BIPV单体光伏电池最大功率跟踪的研究

摘要

建筑节能与低碳排放已倍受人们的关注，而降低建筑能耗、减少建筑耗能给环境带来的污染亦成为当前的焦点。太阳能因其清洁环保、资源丰富的优点，作为新能源被世界各国开发和利用。建筑物具有大量的迎光面积并没有产生经济效益，将太阳能发电系统与建筑物相结合，既可以降低太阳能发电系统的成本，又可以降低系统在远距离电力传输过程中的电能损耗。随着科技的飞速发展，太阳能光伏建筑必将成为新能源和建筑节能的有效途径之一。本文研究了光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic，简称BIPV)存在的效率问题。
　　为实现BIPV系统的高效率，对光伏系统电气结构进行研究，并对光伏系统中DC/DC变换器与传统DC/DC变换器之间的主要差异进行研究。采用软开关技术，适当提高开关管的工作频率，降低变换器的体积与重量。在理论分析基础上，选用改进Boost-ZVT-PWM电路作为实验样机的主电路拓扑结构。为减少太阳能电池板之间的失配现象，提出一种适用于BIPV建筑的直流模块式电气结构，可以提高电池组件的发电效率，同时能以交流、直流两种形式向建筑物供电。
　　提出新的控制算法。在太阳能电池板的建模与仿真分析基础上，对BIPV最大功率跟踪控制技术(maximum power point tracking，简称MPPT)进行研究。在对比较常用的MPPT控制算法进行仿真分析的基础上，提出一种改进扰动观察控制算法。该算法拥有扰动观察法的全部优点，同时提高了扰动观察法的跟踪速度，降低了控制器的复杂程度，并通过仿真分析验证新的控制算法的可行性与优越性。
　　对变换器的硬件电路进行设计，包括主电路、辅助电路、控制电路。对电路中各元件参数进行详细计算与合理选型。对变换器的软件流程进行设计，包括主程序、MPPT控制程序、PWM驱动波形生成方法。针对实验中出现的实际问题，对改进后的MPPT控制算法进行修改，提出可行的解决方案。
　　最后，通过实验样机的实验测试，验证本文技术方案的有效性与可行性。

目录

BIPV 单体光伏电池最大功率跟踪的研究

RESEARCH ON MAXIMUM POWER POINTTRACKING OF SINGLE PV MODULE FORBUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICSYSTEMS

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 光伏建筑一体化(BIPV)概述

1.3 国内外研究现状与工程实例

1.4 本课题主要研究内容

第2 章 BIPV 系统电气结构与太阳能电池建模

2.1 光伏发电系统分类

2.2 BIPV 系统电气结构

2.3 太阳能电池建模

2.4 太阳能电池的工作特性

2.5 本章小结

第3 章 光伏阵列最大功率跟踪算法的研究与仿真

3.1 光伏发电系统最大功率跟踪原理

3.2 常用的最大功率跟踪算法(MPPT)及仿真分析

3.3 改进的MPPT 控制算法

3.4 改进算法与其它MPPT 算法仿真对比分析

3.5 本章小结

第4 章 光伏系统直流模块的硬件设计与软件实现

4.1 光伏发电系统中DC/DC 变换器的特点

4.2 典型的DC/DC 变换电路

4.3 改进型Boost-ZVT-PWM 变换器工作原理

4.4 硬件电路设计

4.5 控制电路设计

4.6 本章小结

第5 章 仿真分析与实验研究

5.1 变换器实验样机

5.2 主电路仿真与实验波形

5.3 变换器MPPT 跟踪性能测试

5.4 变换器效率测试

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢