基于超级电容器储能的太阳能光伏发电系统的应用研究

摘要

在世界范围内，常规化石能源日趋枯竭，同时环境污染问题日益引起人们的关注，因此，各国政府越来越重视可再生能源的发展。太阳能取之不尽，用之不竭，而且在转换过程中不会污染环境。太阳能光伏发电在太阳能能量转换的过程中，具有结构简单、整体化设计、运行效率高、维护方便、建设周期短但回报快的特点，是一种清洁和安全可靠的可再生能源，所以太阳能光伏电池发电作为能源革命的主要内容受到了世界各国的广泛重视。但是太阳能光伏发电系统仍然存在很多问题，主要是输出功率不稳定，需要储能装置以及存在最大功率点跟踪问题导致的运行效率低等问题。本文采用超级电容器作为储能元件，运用单片机作为控制器实现了最大功率点跟踪，很好地解决了存在的一些问题。
　　本文以超级电容器储能的光伏发电系统为研究对象，由以下四部分组成：
　　1、本文首先介绍了太阳能光伏电池板的组成以及优缺点；接着分析了太阳能光伏电池的工作原理和等效电路，建立了太阳能光伏电池的数学模型，并通过在MATLAB/Simulink中建模仿真验证其可行性，并且最后分析了它的伏安特性和输出特性。
　　2、介绍了超级电容器的工作原理及其储能原理，并结合其他化学电池分析了超级电容器的优缺点和等效电路图，接着通过硬件中超级电容器的相应参数，建立了超级电容器MATLAB/Simulink的建模仿真，根据其充放电特性的分析清晰地了解了超级电容器。
　　3、第三部分通过仿真分析太阳能光伏电池的伏安特性和输出特性，简洁地介绍了太阳能光伏发电最大功率点跟踪工作原理，接着介绍了一些应用比较广泛的方法，如：恒定电压法、开路电压法、扰动观察法、电导增量法、三步重心比较法，并分析了其优缺点和适用性，最后提出了一种改进的最大功率点跟踪法—分区变步长爬山法。
　　4、最后一部分对基于超级电容器储能的太阳能光伏发电系统进行了仿真研究，验证了其的可行性；后面通过改进的最大功率点跟踪算法与其他方法的对比实验表明改进算法明显增加了系统的抗干扰能力并提高了系统的运行效率。
　　本文设计了基于超级电容器储能的光伏发电系统的硬件小功率实验平台，通过做实验分析了超级电容器在系统中的作用。最后仿真和实验结果验证了本系统的可行性和稳定性。