光伏电源智能充电控制系统的设计
1引言光伏发电技术在解决特殊领域供电(如通讯、边远地区民用电)方面起到了非常大的作用,特别对于在日照时间较为充足的西部边远地区,光伏电源有着不可替代的地位和作用。就青海省来说,太阳能资源十分丰富,全年日照时数可达h,虽然青海水电资源较为丰富,但由于地域辽阔而人口稀少,电能的供需矛盾显得十分突出。所以,充分利用太阳能资源解决无电地区的用电问题成为当地政府的重要任务。自2000年以来,中央和地方政府共同修建了多座光伏电站,用以缓解边远地区和牧区人民的用电问题,但由于没有一个完善的管理机制,加上农牧民的文化素质较差,给光伏电站的维护和使用带来了很大困难,致使电站寿命大幅度缩短。为了解决这一问题,实行户用电源、智能化管理的模式成为光伏电源发展的主流趋势,而光伏电源实现智能化管理的关键又在于控制系统的智能化。本文针对12V阀控式铅酸蓄电池组成的12/24V控制系统进行了设计,实现了太阳能电池板与电池之间电压的自动识别和自...&
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在能源日渐枯竭、环境污染日益严重的今天,太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点,受到人们越来越多的重视。作为太阳能利用的一种有效方式,光伏发电技术得到了迅速地发展。光伏充电控制系统是光伏发电系统中重要的组成部分,光伏电池将太阳能转变为电能,蓄电池将转化出来的电能储存起来,充电控制系统在该过程中起着枢纽作用。本文以光伏充电控制系统作为研究对象,从系统的参数选择、拓扑结构、控制策略、最大功率跟踪及蓄电池的保护等方面作了详细的分析和研究。论文主要工作如下:1)本文详细介绍了最大功率点跟踪技术在光伏充电系统中的应用,分析和比较了常用的最大功率点跟踪方法的优缺点,讨论了一种改进的MPPT算法——“山峰”逼近法。与原有的跟踪方法相比,该方法具有良好的启动特性,最大功率点跟踪精度、系统对外界条件变化的响应速度和运行的稳定性都有一定的提高。仿真结果表明这种算法能够准确地找到最大功率点。2)通过对蓄电池充电特性和常用充...&
(本文共62页)
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本文是以独立光伏充电控制系统作为研究对象,从系统的拓扑结构、参数的选择、最大功率跟踪(MPPT)、控制策略以及蓄电池的保护等方面做了详细的分析和研究。本论文分析论述了光伏电池及蓄电池的工作原理,仿真分析了光伏电池的输出特性；研究了蓄电池的充电特性和常用的充电方法。本论文所采用的独立光伏充电方法,其充电过程分为最大功率充电、恒压充电和浮充三阶段充电控制策略,该方法综合了恒流充电法快速、安全的优点和恒压充电法能够控制过充电以及在浮充状态保持蓄电池电量的优点。在上述分析的基础上,确定采用Buck拓扑结构作为智能独立光伏充电控制系统的主电路结构,该电路结构简单、运行可靠,可以满足独立光伏充电和最大功率跟踪的技术要求。本系统采用C单片机为控制中心,对光伏电池和蓄电池的端电压不断检测,通过对充电电压或充电电流反馈调节开关管的占空比,实现最大功率跟踪充电、恒压充电和浮充电的功能。完成了基于C独立光伏充电控制器的...&
(本文共85页)
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随着全球经济的进一步发展,人类对于能源的需求越来越大。而以煤、石油为代表的化石能源储量有限,在可预见的未来即将用尽,且随着人们对于居住环境的要求日益提高,传统的化石能源对于环境的严重污染也是越来越不被认可。因此开发一些可持续的绿色能源意义重大,太阳能作为一种可持续利用的清洁绿色能源,是传统化石能源非常好的的替代能源。太阳能因其分布极其广泛,储量十分巨大,已经引起了世界各国的重视,并投入了大量的资金和人力来开发太阳能利用技术,其中以光伏发电技术为研究重点。光伏发电作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式,拥有发电规模大小随意、建设时间较短、维护简单、零排放无污染等诸多优点,得到了各国政府的大力支持,并在全球范围内得到快速推广。在光伏发电系统中,光伏充电控制器是重要的组成部分,已成为目前光伏研究的热点之一。光伏电池输出受到光照条件和环境温度的影响,具有非常复杂的非线性。故在光伏发电的过程中,需要控制器来追踪其最大功率输出点...&
(本文共70页)
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0引言近年来,光伏发电以其资源丰富、分布广泛、取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优异的特性在全世界范围得到快速发展,被认为是当今世界最具有发展前景的新能源技术。在一般情况下太阳能电池板输出电压不稳定,因而通常需要将太阳能转换为电能存储于蓄电池等储能设备中,再进行稳压输出。充电控制系统在此过程中起着枢纽作用,其性能的好坏直接影响系统的整体应用效果,一方面需要尽可能高地将太阳能转换为电能,同时为了延长蓄电池的使用寿命,必须对其充放电过程严格控制,防止蓄电池过充电及深度放电[1]。因而,如何提高光伏发电系统的转换效率及延长储能电池的使用寿命是光伏充电控制系统需要解决的关键问题[2-5]。针对上述两个问题,本控制系统利用最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)算法提高光伏发电系统的光电转换效率,脉冲充电模式减缓硫酸化结晶过程,修复受损的蓄电池,有效地延长其使用寿命。另外,蓄电池表面温度的实时监测...&
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随着科学技术的日益发展及国家节能减排重大战略举措的实施,越来越多的控制系统向轻便化、智能化、节能化方向发展。这就要求系统轻便、快速、低功耗、小功率并能适应环境工作温度的变化。目前常用的小功率、低功耗智能控制系统结构图如图1所示。其中控制系统各部分分别要求供给不同的电源电压和供电电流,且对稳定度也有不同的要求。因此,在节能降耗的今天和市电紧缺的偏远山区,设计一个高效、稳定、小巧轻便的供电电源系统显得十分重要。本系统采用太阳能光伏电池和蓄电池联合供电方案,阳光充足且太阳能板输出功率满足á系统要求时,太阳能板为系统供电,阳光强度不够时则由蓄电池供电。1太阳能光伏电池[1]太阳能光伏电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其基本构造是由半导体的p-n结组成。此外,异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。所谓光电效应是指太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p...&
(本文共3页)
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太阳能光伏路灯控制系统 MALI_图文
导读：控制器（只），采用自带恒流、恒压、调功一体控制器降低系统功耗、降低组件成本，（实际降低系统总损耗20％左右，24V系统，（以晚7点－晨5点为例）通过控制器夜间分时段调节LED灯的功率，路灯的实际电流小于1.75A（加5％线损等），图2.9光伏系统的逆变器主拓扑结构，系统采用单相桥式逆变的拓扑结构，系统采用了工频变压器来保证逆变电压和电网电压的适配，并且使电网电压和系统相隔离，太阳电池输出的直流
控制器（只）
三、40瓦备选方案三（带调节功率、带恒流）
采用自带恒流、恒压、调功一体控制器降低系统功耗、降低组件成本。
（实际降低系统总损耗20％左右，以下以15％计算）
1、LED灯，单路、40W，24V系统。
2、当地日均有效光照以4h计算，
3、每日放电时间10小时，（以晚7点－晨5点 为例）通过控制器夜间
分时段调节LED灯的功率，降低总功耗，实际按每日放电7小时计算。
（例一：晚7点至11点100％功率，11点至凌晨5点为50％功率。合计：7h）
（例二：7：00－10：30为100％，10：30－4：30为50％，4：30－5：00为100％）
4、满足连续阴雨天5天（另加阴雨前一夜的用电，计6天）。
电流 ＝ 40W÷24V
计算蓄电池 ＝ 1.67A × 7h ×（5＋1）天
＝ 1.67A × 42h
蓄电池充、放电预留20％容量；路灯的实际电流小于1.75A（加5％
实际蓄电池需求＝70AH 加20％预留容量、再加5％损耗
70AH ÷ 80% × 105% ＝ 92AH
实际蓄电池为24V /92AH，需要两组12V蓄电池共计：184AH
计算电池板
1、LED灯 40W、 电流：1.67A
2、每日放电时间10小时，实际按7小时计算（调功同上蓄电池）
3、电池板预留最少20％
4、当地有效光照以日均4h计算
WP÷17.4V ＝ （1.67A × 7h × 120％）÷ 4 h
实际线损等综合损耗小于5％
电池板实际需求＝122W × 105％ ＝ 64W
实际电池板需24V /64W，所以需要两块12V电池板共计：128W
综合组件价格：正片电池板128W，31元/瓦， 计：3968元
蓄电池184AH ，7元/AH
40W LED灯：
控制器（只）
2.5 逆变器的工作方式
图2.9 光伏系统的逆变器主拓扑结构
系统采用单相桥式逆变的拓扑结构，如图5．1所示，Q1-Q4是功率
器件，组成逆变桥，D1--D4是对应的反并联二极管。系统采用了工频变压 器来保证逆变电压和电网电压的适配，并且使电网电压和系统相隔离。图中 C1，L3，C2组成了直流侧的兀型滤波器用来滤除直流侧两倍于电网频率的 电压纹波；L1，C3，L2组成了交流侧的T型滤波器，用来滤除交流侧的电
流谐波，从而保证并网电流的品质。太阳电池输出的直流电能经过逆变后， 输出和电网电压同频、同相的交流电流，从而既向负载供电，又向电网输送 电能。系统根据太阳电池输出电压和功率的大小来判断昼夜，日出而作，日
落而息。在白天电压正常的情况下，系统首先判断太阳电池电压是否正 常，然后进行锁相，锁相完成后接通接触器K2，系统开始软启动并向LED发 电，其功率的大小完全由太阳电池确定。
LED的照明功能
2.6.1 LED照明的特点
1．寿命长。其使用寿命可达十万小时；
2．发光效率高。LED经过几十年的技术改良，光效达到50～200明流/瓦，是白炽
灯的5～8倍，是荧光灯的2～3倍，是钠灯的2倍。其光的单色性好，光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光；
3．有利于环保。Led为全固体发光，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，无
污染。光源体积小，接近点光源，可随意组合，易开发成轻便薄小的照明产品。
4．启动时间短。LED的响应时间只有几十纳秒，因此在一些需要快速响应的场合，
LED很适合。
5．结构牢固。LED是用环氧树脂封装的半导体发光的实心固体光源，其结构不包
含玻璃、灯丝等易损部件。
6．功耗低。LED的功耗十分小，是一种节能光源。
由于单个LED功率不大，单个LED用于照明的例子还不多。在LED手电筒里，如图2－13，也是采用的多个LED组合照明。网上可以找到单个功率最大的商品LED功率为50w，但其价格还使其不能广泛使用。
2.6.2 LED的驱动方式
LED总的驱动方式可分为线性驱动和开关驱动。线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方，包括电压控制和电流控制两种。开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率，开关型驱动方式主要分为降压式和升压式两大类。
所谓电压控制就是指只需驱动芯片提供额定的电压，如图2－14a。电流控制如图2－14b就可以让输出电流随着负载的变化作调整，工作电流可按照设定要求稳定在某个值。这两种方式都需要反馈侦测。再分析图2－14a所示的LED的工作特性，无论是设定电压考察电流还是固定电流分析电压，实际上在同一的电流设
定点要使LED产生近似相同亮度的电压浮动范围很大，因此不推荐使用电压控制，而采用电流控制显然有优势，能使得电流不依赖于驱动电压。
常见的电流控制的拓扑结构有两大类：电容式和电感式，两种结构都可以通过脉宽调制(PWM)做开关控制，开关频率为30kHz～2MHz，随着器件工艺水平的提高，开关速度还可能增加，效率也会得到相应的提升。随着LED设计工艺技术的提高，可以制造出更大功率和高亮度的器件，就需要相应的超大电容结构来满足设计性能，弥补前面两种在驱动能力上的不足。
图2.10 LED电压、电流控制原理
降压式开关驱动方式，如图2.11左：是针对电源电压高于LED的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。电路的主要原理是利用按照要求通断的电子开关S所得到的斩波电流，来得到满足LED工作时要求的电流值，通过电流的负反馈作用(由R0进行电流取样)使得流经LED的电流If稳定在一定的范围内，同时可以兼有一定的调光功能。
图中的电感L的作用是起到S开通时储能和S关断后的续流作用，以减少流过LED电流If的波动。
升压式开关驱动，如图2.11右：是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。电路的工作原理是利用按照要求通断的电子开关S的通断作用。在S开通时电源Vdd给电感L储能，S关断后L上的电压极性反转与电源电压Vf相叠加来得到满足LED工作时要求的电流值If和电压值Vr，通过电流负反馈作用(由R0进行电流取样)，使得流过LED的电流If稳定在一定的范围内，同时可以兼有一定范围的调光功能。
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