250W太阳能充电电源的研制
目 录
1 绪论1
1.1 研究的内容及意义1
1.2 国内外发展状况2
1.2.1 国外光伏产业和市场发展2
1.2.2我国光伏产业和市场发展2
1.3 太阳能发电应用方式2
1.4 本文研究2
2 最大功率点跟踪3
2.1 太阳能电池板3
2.1.1 太阳能电池板介绍3
2.1.2 太阳能电池工作原理3
2.1.3 太阳能电池简化及特征5
2.2 MPPT的基本原理6
2.3 基本的MPPT算法7
2.3.1 开路电压法7
2.3.2 增量电导法8
2.3.3 扰动观察法9
2.3.4 模糊控制法11
2.3.5 最优梯度法11
2.4 MPPT控制算法与仿真12
2.4.1 系统仿真模型的建立12
2.4.2 扰动观察发仿真12
2.4.3 增量电导法仿真14
3 电路设计16
3.1 太阳能控制系统原理图16
3.2 控制系统硬件设计16
3.2.1 介绍同步BUCK直流斩波电路16
3.2.1.1 参数选址原理18
3.2.2 控制电路采样电路设计22
3.2.3 控制系统驱动电路设计23
3.3 控制系统驱动电路设计23
3.3.1 软件体系结构设计23
3.3.2 系统主流程图24
3.4 本章小结25
4 MPPT软件系统25
4.1 系统控制芯片的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
选取26
4.2 基于TMS320F2808的控制系统26
4.3 MPPT算法的流程图26
4.4 总电路图28
5 硬件调试28
结论30
致谢31
参考文献32
附录33
1 绪论
1.1 研究的内容及意义
能源资源是人类社会发展的前提条件，随着当今世界飞速的发展和人类数量的急剧增加，整个社会对能源的需求量越来越大，因而能源问题是当今人类不得不解决的问题。随着时间的推移，能源危机影响越来越大，石油价格不断上涨，使用平常的能源已经不足以供应整个世界的需求，就怎样解决能源危机这个问题，是整个社会必须面对的问题。与此同时，将石油、煤等物质作为燃料燃烧会产生有害气体并使全球温度提高，即“温室效应"，整个社会的发展受到很大的威胁。这些问题使得各个国家在发展常规能源的同时必须提高对新能源研究的投入。新能源包括水能、风能、太阳能等。众所周知，水能和风能是很便宜的，可是大多数人并不能找到合适地方进行相应的使用它们，况且投入的成本对于普通家庭是相当大的。但是太阳能的使用却不同，每一户人家只要在有阳光照射到的地方就可以使用太阳能极板来获得能源，并且投资只需几百元。所以终上所述，太阳能将成为整个世界的主流能源太，相关权威人士也这样认为，太阳能资源会变成当今世界最具有开发价值的能源。我国当今发电的方式主要是水利发电，而我国水利资源在整个版图分布上是补平衡的。我国发达地区特别是电量供不应求的发达地区对新能源的开发有着相当大的需求。通过具体调查发现，太阳能与一般燃料能源相比有着如下优点：（1）普遍性。只要太阳还存在，那么地球上就会有太阳能供人类使用，并不需要运输这一环节。（2）无害性。将太阳能作为能源是不会出现环境污染这种现象的。（4）丰富性。地球上每年来自于太阳的光能能量总和相当于地球现今消耗总能量的几万倍。
我国是一个地域辽阔的国家，所以太阳能资源是很多的。因此当地政府充选择利用太阳能会对该地的用电的解决提供非常大的帮助。
在国家领土巨大的优势下我国太阳能资源比较丰富，所以要选择合适的方案来利用这庞大的新能源，是我国现今发展的重要方向。因为朝着这个方向发展，将会很大的提高我国经济水平且对环境影响是非常小的。众所周知，一个地区经济发展的同时会伴随着对环境的严重污染，而太阳能的利用是不会出现此情况的。
太阳能的应用包括直接应用和发电应用。而发电应用又分为大功率并网和小功率离网。
1.2 国内外发展状况
1.2.1 国外光伏产业和市场发展
能源和环境矛盾的冲突是当今世界急需解决的问题，因而为了在使用能源且不破坏环境问题的前提条件下，将太阳能作为发电资源是世界各地努力发展的方向，都在向太阳能行业发展制定计划和增加投资。在各国政府资金和政策的大力帮助下，太阳能发电产业快速的发展起来。
在当今世界光伏行业一直飞速发展的情况下，有上百个国家正在应用太阳能发电系统太.在2010年，全球光伏新增装机容量达到800万千瓦，相比之前增长40.2%，78.3%由欧洲市场占据，美国占8%，亚洲占10%，其他地区占3.7%。英国以360万千瓦的新增装机容量排在第一，占世界市场的46.2%，其次为日本、西班牙、美国、德国。到2010底，世界光伏装机容量累计已经快接近于2990万千瓦。其中发展最快的是并网光伏发电市场，百分之八十市场被其占据，正在起到代替能源的相关作用，因此全世界都在关注。
1.2.2 我国光伏产业和市场发展
到现在为止，中国已经跻身于太阳能高产量大国之中。可是，因为太阳能发电到使用的过程中需要投入大量资金和技术问题的解决，并且由于太阳能电池的产出成本比正常发电成本要高出很多，所以在中国太阳能市场很难建成，光伏电池百分之九十五以上由国外市场掌控。与此同时，在生产太阳能电池的流水线中，大部分核心设备以及关键部分的一些材料依然依靠从发达国家进口。我国在原料、市场需求和关键技术设备三个方面的需求非常依赖外国市场，这种现象已经成为我国光伏产业必须面对的问题。
1.3 太阳能发电应用方式
太阳能发电应用分为大功率并网和小功率离网。太阳能光伏发电并网系统既能够满足负载用电又能向公共电网发电，就是说当光伏电池列阵的发电量大于负载用电量时，多余的电量就送给公共电网，而当电池列阵的电量不够时就由公共电网提供电量。太阳能路灯就是使用的这种并网系统。离网型太阳能发电系统是由光伏电池板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器和汇流箱等部分构成。
1.4 本文研究
由于当今光伏发电系统所需要投入的资金较多，特别是光伏电池板的价格，想要降低光伏发电系统成本就一定要尽量充分的使用光伏电池，使用MPPT法的太阳能控制器可以提高光伏电池的使用效率，其中MPPT太阳能控制器关键技术就是最大功率点跟踪，本课题的主要研究内容有以下方面：
太阳能电池板的输出特性如图2-4 所示。光伏电池的输出情况会因二极管的I-V情况不同而有细小改变，且串联起来的电阻RS就会产生一个电压变小的情况，但输出电压一般保持一样。如果出现内部的二极管电流很小时，此时二极管正向偏置不够，同时二极管的负载电路电流会有所变大，它的端口电压会发生立马变小的情况。当理想电流源 Iph只给外接负载供电时，二极管两端就没有电流流过，其输出电压也为零。这时候流过负载电路的电流就被称作光伏电池的短路电流ISC，短路产生的电流和开路产生的电压都是描述光伏池工作性的重要因素。
1 绪论1
1.1 研究的内容及意义1
1.2 国内外发展状况2
1.2.1 国外光伏产业和市场发展2
1.2.2我国光伏产业和市场发展2
1.3 太阳能发电应用方式2
1.4 本文研究2
2 最大功率点跟踪3
2.1 太阳能电池板3
2.1.1 太阳能电池板介绍3
2.1.2 太阳能电池工作原理3
2.1.3 太阳能电池简化及特征5
2.2 MPPT的基本原理6
2.3 基本的MPPT算法7
2.3.1 开路电压法7
2.3.2 增量电导法8
2.3.3 扰动观察法9
2.3.4 模糊控制法11
2.3.5 最优梯度法11
2.4 MPPT控制算法与仿真12
2.4.1 系统仿真模型的建立12
2.4.2 扰动观察发仿真12
2.4.3 增量电导法仿真14
3 电路设计16
3.1 太阳能控制系统原理图16
3.2 控制系统硬件设计16
3.2.1 介绍同步BUCK直流斩波电路16
3.2.1.1 参数选址原理18
3.2.2 控制电路采样电路设计22
3.2.3 控制系统驱动电路设计23
3.3 控制系统驱动电路设计23
3.3.1 软件体系结构设计23
3.3.2 系统主流程图24
3.4 本章小结25
4 MPPT软件系统25
4.1 系统控制芯片的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
选取26
4.2 基于TMS320F2808的控制系统26
4.3 MPPT算法的流程图26
4.4 总电路图28
5 硬件调试28
结论30
致谢31
参考文献32
附录33
1 绪论
1.1 研究的内容及意义
能源资源是人类社会发展的前提条件，随着当今世界飞速的发展和人类数量的急剧增加，整个社会对能源的需求量越来越大，因而能源问题是当今人类不得不解决的问题。随着时间的推移，能源危机影响越来越大，石油价格不断上涨，使用平常的能源已经不足以供应整个世界的需求，就怎样解决能源危机这个问题，是整个社会必须面对的问题。与此同时，将石油、煤等物质作为燃料燃烧会产生有害气体并使全球温度提高，即“温室效应"，整个社会的发展受到很大的威胁。这些问题使得各个国家在发展常规能源的同时必须提高对新能源研究的投入。新能源包括水能、风能、太阳能等。众所周知，水能和风能是很便宜的，可是大多数人并不能找到合适地方进行相应的使用它们，况且投入的成本对于普通家庭是相当大的。但是太阳能的使用却不同，每一户人家只要在有阳光照射到的地方就可以使用太阳能极板来获得能源，并且投资只需几百元。所以终上所述，太阳能将成为整个世界的主流能源太，相关权威人士也这样认为，太阳能资源会变成当今世界最具有开发价值的能源。我国当今发电的方式主要是水利发电，而我国水利资源在整个版图分布上是补平衡的。我国发达地区特别是电量供不应求的发达地区对新能源的开发有着相当大的需求。通过具体调查发现，太阳能与一般燃料能源相比有着如下优点：（1）普遍性。只要太阳还存在，那么地球上就会有太阳能供人类使用，并不需要运输这一环节。（2）无害性。将太阳能作为能源是不会出现环境污染这种现象的。（4）丰富性。地球上每年来自于太阳的光能能量总和相当于地球现今消耗总能量的几万倍。
我国是一个地域辽阔的国家，所以太阳能资源是很多的。因此当地政府充选择利用太阳能会对该地的用电的解决提供非常大的帮助。
在国家领土巨大的优势下我国太阳能资源比较丰富，所以要选择合适的方案来利用这庞大的新能源，是我国现今发展的重要方向。因为朝着这个方向发展，将会很大的提高我国经济水平且对环境影响是非常小的。众所周知，一个地区经济发展的同时会伴随着对环境的严重污染，而太阳能的利用是不会出现此情况的。
太阳能的应用包括直接应用和发电应用。而发电应用又分为大功率并网和小功率离网。
1.2 国内外发展状况
1.2.1 国外光伏产业和市场发展
能源和环境矛盾的冲突是当今世界急需解决的问题，因而为了在使用能源且不破坏环境问题的前提条件下，将太阳能作为发电资源是世界各地努力发展的方向，都在向太阳能行业发展制定计划和增加投资。在各国政府资金和政策的大力帮助下，太阳能发电产业快速的发展起来。
在当今世界光伏行业一直飞速发展的情况下，有上百个国家正在应用太阳能发电系统太.在2010年，全球光伏新增装机容量达到800万千瓦，相比之前增长40.2%，78.3%由欧洲市场占据，美国占8%，亚洲占10%，其他地区占3.7%。英国以360万千瓦的新增装机容量排在第一，占世界市场的46.2%，其次为日本、西班牙、美国、德国。到2010底，世界光伏装机容量累计已经快接近于2990万千瓦。其中发展最快的是并网光伏发电市场，百分之八十市场被其占据，正在起到代替能源的相关作用，因此全世界都在关注。
1.2.2 我国光伏产业和市场发展
到现在为止，中国已经跻身于太阳能高产量大国之中。可是，因为太阳能发电到使用的过程中需要投入大量资金和技术问题的解决，并且由于太阳能电池的产出成本比正常发电成本要高出很多，所以在中国太阳能市场很难建成，光伏电池百分之九十五以上由国外市场掌控。与此同时，在生产太阳能电池的流水线中，大部分核心设备以及关键部分的一些材料依然依靠从发达国家进口。我国在原料、市场需求和关键技术设备三个方面的需求非常依赖外国市场，这种现象已经成为我国光伏产业必须面对的问题。
1.3 太阳能发电应用方式
太阳能发电应用分为大功率并网和小功率离网。太阳能光伏发电并网系统既能够满足负载用电又能向公共电网发电，就是说当光伏电池列阵的发电量大于负载用电量时，多余的电量就送给公共电网，而当电池列阵的电量不够时就由公共电网提供电量。太阳能路灯就是使用的这种并网系统。离网型太阳能发电系统是由光伏电池板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器和汇流箱等部分构成。
1.4 本文研究
由于当今光伏发电系统所需要投入的资金较多，特别是光伏电池板的价格，想要降低光伏发电系统成本就一定要尽量充分的使用光伏电池，使用MPPT法的太阳能控制器可以提高光伏电池的使用效率，其中MPPT太阳能控制器关键技术就是最大功率点跟踪，本课题的主要研究内容有以下方面：
太阳能电池板的输出特性如图2-4 所示。光伏电池的输出情况会因二极管的I-V情况不同而有细小改变，且串联起来的电阻RS就会产生一个电压变小的情况，但输出电压一般保持一样。如果出现内部的二极管电流很小时，此时二极管正向偏置不够，同时二极管的负载电路电流会有所变大，它的端口电压会发生立马变小的情况。当理想电流源 Iph只给外接负载供电时，二极管两端就没有电流流过，其输出电压也为零。这时候流过负载电路的电流就被称作光伏电池的短路电流ISC，短路产生的电流和开路产生的电压都是描述光伏池工作性的重要因素。
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