独立光伏发电系统中充电控制器的研究与设计

摘要

随着经济规模的扩大，世界的能源危机日益突出。太阳能作为一种清洁、可持续的再生能源具有广阔的应用前景，光伏发电是太阳能利用的一个重要形式。在独立太阳能光伏发电系统中，储能设备能否高效、持久工作直接影响着整个光伏系统的稳定性。研究并设计一个高性能的充电控制器对提高独立光伏发电系统的效率和稳定性有重要意义。
　　由于光伏电池的输出具有复杂的非线性，需要控制器对其最大功率点进行跟踪，从而提高独立光伏发电系统发电效率，降低发电成本。目前大多数独立太阳能光伏发电系统的储能设备使用蓄电池，而对蓄电池的保护不当，造成蓄电池使用寿命不长。本文设计了一种基于单片机Atmega48的充电控制器，带MPPT功能，并对蓄电池的充放电方式进行了优化管理。本文的主要工作和成果如下:
　　1.针对光伏电池的输出特性，建立太阳能电池的数学模型和Matlab/Simulink仿真模型，并比较了几种常规最大功率跟踪(MPPT)算法的优缺点以及如何改进的研究方法，本文采用自适应的占空比观察法，来实现最大功率跟踪。
　　2.针对光伏蓄电池寿命不长的问题，深入了研究了光伏蓄电池的特性、充放电原理、影响蓄电池寿命的因素，研究和比较了目前蓄电池充放电的方法，结合实际要求，采用分阶段智能充电法作为本系统的充电管理方式。
　　3.最后从硬件和软件上实现了充电控制器的开发设计，经过实验测试，该充电控制器充放电效果良好，达到预期效果。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 世界的能源形势

1．1．2 太阳能的优势

1．2 独立光伏发电系统的基本组成和工作原理

1．3 独立光伏系统中充电控制器存在的问题

1．4 光伏充电控制器国内外研究现状

1．5 本文的主要内容和结构安排

第2章 光伏电池组件特性及最大功率跟踪

2．1 光伏组件

2．1．1 光伏电池组件的数学模型

2．1．2 光伏电池组件的特性

2．1．3 温度和太阳光辐照度对光伏组件输出特性的影响

2．2 最大功率跟踪

2．2．1 最大功率跟踪的原理

2．2．2 最太功率跟踪的算法

2．3 本章小结

第3章 蓄电池组

3．1 铅酸蓄电池的充放电原理

3．2 光伏蓄电池的特性

3．3 影响蓄电池寿命的几个因素

3．4 蓄电池的充放电方法

3．5 本章小结

第4章 充电控制器的硬件电路设计

4．1 充电控制器的基本组成和功能

4．2 充电控制器的硬件设计

4．2．1 主控芯片电路设计

4．2．2 BUCK电路

4．2．3 MOSFET驱动电路

4．2．4 电压检测电路

4．2．5 充电电路设计

4．2．6 充放电保护电路

4．2．7 电源电路

4．2．8 状态显示电路

4．2．9 输出电流采样电路和温度检测电路

4．3 本章小结

第5章 软件设计

5．1 总体流程设计

5．2 最大功率点跟踪算法

5．3 充电控制设计

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢