usb接口光伏蓄电装置设计(附件)【字数：11472】
摘 要随着社会的快速发展，人们使用化石燃料的速度加快，使得化石能源消耗变得迅速，带来的环境污染问题也日益严重，人类开始大力开发利用新能源。太阳能是可再生能源的重要部分，具有分布广、可再生、无污染等优点，是一种发展潜力巨大的新能源，目前成为人类使用的重要的基本能源。然而光伏发电技术容易受到外界环境的影响，太阳光强变化会导致光伏电池板输出电压不稳定，造成光伏发电系统效率较低。本文研究USB接口光伏蓄电装置设计系统，介绍了光伏发电系统的主要组成部分。同时，对重要组成部分的原理、参数和电路模型进行了详细的介绍。为了实现光伏发电系统的高效输出，文中合理的设计光伏蓄电结构、输出电压检测电路、低压重启电路和电压检测显示电路等硬件装置。最后，经进行软件设计调试完善系统，达到研究效果。本系统将光伏电池、蓄电池、单片机、USB、LCD12864和MPPT算法等技术进行了整体综合，展现USB接口光伏蓄电技术，希望可以提供参考价值。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2光伏发电系统的概述 1
1.3课题研究的内容及要求 3
第二章 光伏电池 4
2.1光伏电池的工作原理 4
2.2光伏电池的等效电路 4
2.3光伏电池的选用计算 5
2.4本章小结 6
第三章 最大功率点跟踪 7
3.1最大功率点跟踪的概述 7
3.2 DC/DC变换电路 8
3.3 Buck变换电路 8
3.4 Boost变换电路 9
3.5本章小结 9
第四章 蓄电池 10
4.1光伏系统蓄电池的概述 10
4.2蓄电池的特性参数 10
4.3蓄电池的选用计算 11
4.4本章小结 12
第五章 系统总体设计方案 13
5.1总体设计方案的概述 13
5.2系统的硬件设计 13
5.2.1主控芯片 13
5.2.2 A/D转换电路 14
5.2.3 USB接口电路 16
5.2.4电压检测电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
16
5.2.5电压显示电路 17
5.2.6充电电路 17
5.3系统的软件设计 18
5.3.1电路初始化程序 18
5.3.2 A/D转换程序 18
5.3.3 LCD12864显示程序 19
5.4充电电路的仿真 19
5.5系统充电的仿真 20
总结与展望 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究的背景与意义
随着人口的增长、时代的进步，化石能源作为是社会发展所使用的主要能源，消耗速度变得十分迅速。然而，化石燃料是经过漫长时间将太阳辐射能量进行转化而形成的，储量是有限的，且属于不可能再生的资源。同时，使用化石燃料会产生各式各样的污染气体。因此，对化石能源的大量使用，致使全球传统能源越来越少，环境污染问题越来越严重，以及传统能源危机问题日益加剧，因此人类不得不开始进行开发利用新能源。
近年来，可持续发展成为我国全面建设小康社会的目标之一，新能源代替化石等传统能源已经成为世界的共同目标。太阳能作为可再生能源的重要组成部分，拥有着传统化石能源无法比拟的优点，它分布广泛、可再生、绿色无污染，是一种发展潜力巨大的新能源。随着人类对太阳能的深入开发利用，太阳能已经逐渐成为人类使用的重要基本能源
光伏发电，是太阳能发电技术中一种主要的发电方式。光伏发电技术，将由半导体构成的光伏电池所吸收太阳辐射能转化为电能，与其他的发电系统相比，也具有许多优点。首先，太阳能属于可再生的一次能源。其次，太阳能的分布是遍布全球的，且我国青海、新疆等地区尤其充足丰富。再而，光伏发电系统还可以作为一种分布式电力系统,可就近供电,能提高系统的安全可靠性。最后，光伏发电不会产生任何污染，运行成本也较小。
光伏发电技术发展至今已经日趋成熟，我国也在大力推行光伏扶贫项目，有效解决精准脱贫。根据国家能源局的统计数据，我国光伏发电规模发展迅速，截至2016年底，我国光伏发电装机容量7742万千瓦，光伏发电新增装机容量3454万千瓦，同比增长79.3%，占全国电源总装机容量的4.7%，新增和累计装机容量均为全球第一。
然而，众所周知，光伏发电受环境影响较大，在遇到云层、建筑物、树木等遮挡工况时太阳光强变化，光伏阵列特性类似于多峰曲线，该曲线会随着遮挡面积、遮挡区域和辐照度的变化而变化，会导致光伏电池板输出电压不稳定，导致输出超压或者欠压，从而导致光伏电池板不能持续供电。若此时光伏逆变器没有适宜的MPPT策略，则会造成更大的功率波动，轻则造成电站发电量损失，重则威胁电网功率平衡。光照和温度等因素的变化会影响光伏电池的输出功率，因此采取合适的最大功率点跟踪（MPPT）技术，设计恰当的光伏蓄电电路和控制软件成为必要的存在。
1.2光伏发电系统的概述
太阳能是太阳光线的热辐射能，太阳能发电技术即利用光生伏特效应的基本原理，使用太阳能电池基本装置，直接将太阳热辐射能转换为电能。光伏发电系统，其基本结构单元可包括：光伏电池阵列、蓄电池和控制器。根据系统中是否存在光伏逆变器，又可以将光伏发电系统分为直流系统、交流系统、交直流系统等。从图11显然可知，光伏发电系统的部分组成。
图11 光伏发电系统的基本结构单元组成框图
在光伏发电系统中,一般情况下，需要将光伏电池组件进行串并联后组成光伏阵列，增大输出功率后进行供电。系统中采用了蓄电池，作为光伏发电系统的储能装置，这样便可以将系统转换好的电能有效的储存起来。
根据太阳能光伏发电系统与电网的关系，又可以将系统分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。
独立光伏发电系统，又可称作为离网发电系统。在光伏发电系统中，光伏电池和蓄电池可以构成独立的光伏供电系统。该独立系统可以直接给负载供电，当太阳能电池转换输出的电能不能够达到负载的供电要求的时候，蓄电池便可以及时进行补充供电，而当太阳能电池转换输出的功率超出了负载的供电需求时，蓄电池又可以将转换的电能储存起来，从而电能便不会回馈到电网上给其它负载供电。独立光伏发电系统的组成中，输出电压在进行升/降压之后进行供电，在供电需求中仅有直流负载的时候，便可直接与负载相连；如果存在交流负载，则需要经过逆变单元，再与负载相连，如图12独立光伏发电系统基本结构单元组成框图所示便知。
图12 独立光伏发电系统的基本结构单元组成结构框图
并网光伏发电系统，指系统将太阳能转换为电能后，逆变器接入光伏电网后，根据公用电网的要求将产生的直流电转化为电能，再接入公共电网，与公共电网进行并联。在并网光伏发电系统中，当太阳能电池转换输出的电能不能够达到负载的供电要求的时候，电网便可以及时进行补充供电，而当太阳能电池转换输出的功率超出了负载的供电需求的时候，电能便被输送到电网。因此，逆变器转换需要满足电网对电能的各项性能的指标要求，而且还需要具备各种保护功能，确保接入电网的时候不会影响到电网的正常稳定运行。并网光伏发电系统中，对并网光伏逆变器的要求较高，有带蓄电池和不带蓄电池两种形式。如图13所示，带有蓄电池的并网光伏发电系统的结构框图。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景与意义 1
1.2光伏发电系统的概述 1
1.3课题研究的内容及要求 3
第二章 光伏电池 4
2.1光伏电池的工作原理 4
2.2光伏电池的等效电路 4
2.3光伏电池的选用计算 5
2.4本章小结 6
第三章 最大功率点跟踪 7
3.1最大功率点跟踪的概述 7
3.2 DC/DC变换电路 8
3.3 Buck变换电路 8
3.4 Boost变换电路 9
3.5本章小结 9
第四章 蓄电池 10
4.1光伏系统蓄电池的概述 10
4.2蓄电池的特性参数 10
4.3蓄电池的选用计算 11
4.4本章小结 12
第五章 系统总体设计方案 13
5.1总体设计方案的概述 13
5.2系统的硬件设计 13
5.2.1主控芯片 13
5.2.2 A/D转换电路 14
5.2.3 USB接口电路 16
5.2.4电压检测电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
16
5.2.5电压显示电路 17
5.2.6充电电路 17
5.3系统的软件设计 18
5.3.1电路初始化程序 18
5.3.2 A/D转换程序 18
5.3.3 LCD12864显示程序 19
5.4充电电路的仿真 19
5.5系统充电的仿真 20
总结与展望 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究的背景与意义
随着人口的增长、时代的进步，化石能源作为是社会发展所使用的主要能源，消耗速度变得十分迅速。然而，化石燃料是经过漫长时间将太阳辐射能量进行转化而形成的，储量是有限的，且属于不可能再生的资源。同时，使用化石燃料会产生各式各样的污染气体。因此，对化石能源的大量使用，致使全球传统能源越来越少，环境污染问题越来越严重，以及传统能源危机问题日益加剧，因此人类不得不开始进行开发利用新能源。
近年来，可持续发展成为我国全面建设小康社会的目标之一，新能源代替化石等传统能源已经成为世界的共同目标。太阳能作为可再生能源的重要组成部分，拥有着传统化石能源无法比拟的优点，它分布广泛、可再生、绿色无污染，是一种发展潜力巨大的新能源。随着人类对太阳能的深入开发利用，太阳能已经逐渐成为人类使用的重要基本能源
光伏发电，是太阳能发电技术中一种主要的发电方式。光伏发电技术，将由半导体构成的光伏电池所吸收太阳辐射能转化为电能，与其他的发电系统相比，也具有许多优点。首先，太阳能属于可再生的一次能源。其次，太阳能的分布是遍布全球的，且我国青海、新疆等地区尤其充足丰富。再而，光伏发电系统还可以作为一种分布式电力系统,可就近供电,能提高系统的安全可靠性。最后，光伏发电不会产生任何污染，运行成本也较小。
光伏发电技术发展至今已经日趋成熟，我国也在大力推行光伏扶贫项目，有效解决精准脱贫。根据国家能源局的统计数据，我国光伏发电规模发展迅速，截至2016年底，我国光伏发电装机容量7742万千瓦，光伏发电新增装机容量3454万千瓦，同比增长79.3%，占全国电源总装机容量的4.7%，新增和累计装机容量均为全球第一。
然而，众所周知，光伏发电受环境影响较大，在遇到云层、建筑物、树木等遮挡工况时太阳光强变化，光伏阵列特性类似于多峰曲线，该曲线会随着遮挡面积、遮挡区域和辐照度的变化而变化，会导致光伏电池板输出电压不稳定，导致输出超压或者欠压，从而导致光伏电池板不能持续供电。若此时光伏逆变器没有适宜的MPPT策略，则会造成更大的功率波动，轻则造成电站发电量损失，重则威胁电网功率平衡。光照和温度等因素的变化会影响光伏电池的输出功率，因此采取合适的最大功率点跟踪（MPPT）技术，设计恰当的光伏蓄电电路和控制软件成为必要的存在。
1.2光伏发电系统的概述
太阳能是太阳光线的热辐射能，太阳能发电技术即利用光生伏特效应的基本原理，使用太阳能电池基本装置，直接将太阳热辐射能转换为电能。光伏发电系统，其基本结构单元可包括：光伏电池阵列、蓄电池和控制器。根据系统中是否存在光伏逆变器，又可以将光伏发电系统分为直流系统、交流系统、交直流系统等。从图11显然可知，光伏发电系统的部分组成。
图11 光伏发电系统的基本结构单元组成框图
在光伏发电系统中,一般情况下，需要将光伏电池组件进行串并联后组成光伏阵列，增大输出功率后进行供电。系统中采用了蓄电池，作为光伏发电系统的储能装置，这样便可以将系统转换好的电能有效的储存起来。
根据太阳能光伏发电系统与电网的关系，又可以将系统分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。
独立光伏发电系统，又可称作为离网发电系统。在光伏发电系统中，光伏电池和蓄电池可以构成独立的光伏供电系统。该独立系统可以直接给负载供电，当太阳能电池转换输出的电能不能够达到负载的供电要求的时候，蓄电池便可以及时进行补充供电，而当太阳能电池转换输出的功率超出了负载的供电需求时，蓄电池又可以将转换的电能储存起来，从而电能便不会回馈到电网上给其它负载供电。独立光伏发电系统的组成中，输出电压在进行升/降压之后进行供电，在供电需求中仅有直流负载的时候，便可直接与负载相连；如果存在交流负载，则需要经过逆变单元，再与负载相连，如图12独立光伏发电系统基本结构单元组成框图所示便知。
图12 独立光伏发电系统的基本结构单元组成结构框图
并网光伏发电系统，指系统将太阳能转换为电能后，逆变器接入光伏电网后，根据公用电网的要求将产生的直流电转化为电能，再接入公共电网，与公共电网进行并联。在并网光伏发电系统中，当太阳能电池转换输出的电能不能够达到负载的供电要求的时候，电网便可以及时进行补充供电，而当太阳能电池转换输出的功率超出了负载的供电需求的时候，电能便被输送到电网。因此，逆变器转换需要满足电网对电能的各项性能的指标要求，而且还需要具备各种保护功能，确保接入电网的时候不会影响到电网的正常稳定运行。并网光伏发电系统中，对并网光伏逆变器的要求较高，有带蓄电池和不带蓄电池两种形式。如图13所示，带有蓄电池的并网光伏发电系统的结构框图。
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