太阳能智能路灯控制系统设计_大学毕业论文(编辑修改稿)

太阳能智能路灯控制系统设计_大学毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

能量消耗，节约了占地空间，还降低了配置成本。 一般的并网 发电系统如下图所示，将太阳能电池控制系统和民用电网并联，当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时，由电网来进行补充。 而当其输出的功率超出负载需求时，将电能输送到电网中。 并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。 但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，因而没有太大发展。 而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。 太 阳 能 电池 阵 列控 制 器 逆 变 器D C / D C 变 换 器直 流 负 载蓄 电 池电 网交 流 负 载南昌航空大学自考本科毕业论文 7 图 3 并网光伏发电系统图 离网型的光伏发电系统 离网光伏发电系统是指未与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统，其输出功率提供给本地负载 (交流负载或直流负载 )的发电系统。 其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，也可为通信中继站、气象站和边防哨所等特殊处所提供电源。 离网型的太阳能发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。 系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交 流负载等构成。 光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。 下图所示为一种常用的太阳能独立光伏发电系统结构示意图，该系统由太阳能电池阵列、 DC/DC 变换器、蓄电池组、 DC/AC 逆变器和交直流负载构成。 DC/DC变换器将太阳能电池阵列转化的电能传送给蓄电池组存储起来供日照不足时使用。 蓄电池组的能量直接给直流负载供电或经 DC/AC 变换器给交流负载供电。 该系统由于有蓄电池组，因而系统成本增加，但可在无日照或日照不足时为负载供电。 [8] 南昌航空大学自考本科毕业论文 8 图 4 独立的太阳能光伏发电系统图 太阳能电池最大功率点跟踪 目前，太阳能电池阵列在太阳能光伏发电系统造价中占很大比重，而且太阳能电池的转化效率本身就不高，因此有必要研究提高太阳能电池利用效率的方法，以降低系统单位价格的成本，促进太阳能光伏发电系统的应用推广。 太阳能电池最大功率点跟踪 (简称 MPPT)是其中的途径之一，它能最大程度的利用太阳能电池转化所得的电能。 [9] 太阳能电池最大功率点跟踪原理及方法 太阳能电池的输出特性受电池温度和日照强度等因素的影响，电池温度主要影响太阳能电池的开路电压，日照强度主要影响太阳能电池的短路电流。 在一定日照强度和温度下，太阳能电池有唯一的最大输出功率点，太阳能电池只有工作在最大功率点才能使其输出的功率最大。 目前使用的太阳能电池最大功率点跟踪方法主要有恒电压法、观察扰动法、电导增量法以及其它的一些跟踪方法。 1. 恒电压法 温度一定时，在不同的日照强度下，太阳能电池阵列输出曲线的最大功率点基本是分布在一条垂直线的附近，因此只要保持太 阳能电池阵列输出电压为常数且等于某一日照强度下太阳能电池阵列最大功率点的电压，就可以大致保证在该温度下太阳能电池阵列输出最大功率。 恒电压法具有控制简单，易于实现，稳定性好，可靠性高等优点，比一般太阳能光伏系统可望多获得 20%的电能，较之不带 CVT 的直接藕合要有利得多。 然太 阳 能电 池 板D C / D C变 换 器蓄 电 池 直 流 负 载控 制 器 逆 变 器 交 流 负 载南昌航空大学自考本科毕业论文 9 而恒电压法忽略了太阳能电池温度对太阳能电池阵列最大功率点的影响，一般硅太阳能电池的开路电压都在较大程度上受结温影响，以常规单晶硅太阳能电池而言，当太阳能电池温度每升高 1℃时，其开路电压下降率约为 %%，这说明太阳能电池的最大 功率点对应的电压也随电池温度的变化而变化，其中对太阳能电池温度影响最大的因素是环境温度和日照强度。 因此对于四季温差或日温差较大的地区， CVT 方式并不能完全跟踪太阳能电池阵列最大功率点，从而导致系统功率损失。 研究结果表明，虽然许多太阳能光伏系统仍然采用这种最大功率点跟踪方法，但这种方式所带来的功率损耗相比于微电子技术的迅速发展及微电子器件的大幅度降价，已经显得很不经济。 2. 扰动观察法 扰动观察法的原理是 :在每个控制周期用较小的步长改变太阳能电池阵列的输出，改变的步长是一定的，方向可以是增加也可以是减少，控 制对象可以是太阳能电池阵列的输出电压或电流，这一过程称为“扰动”。 然后，通过比较干扰周期前后太阳能电池阵列的输出功率，如果输出功率增加，那么继续按照上一周期的方向继续“干扰”过程，如果检测到输出功率减少，则改变“干扰”的方向。 扰动观察法的最大优点就是结构简单，被测参数少，容易实现。 但是即使在某一周期太阳能电池阵列运行在最大功率点，由于扰动的存在，下一周期太阳能电池阵列运行点又会偏离最大功率点，因此太阳能电池阵列实际是在最大功率点附近振荡运行，从而导致部分功率损失。 其次，难以选择合适的变化步长，步长过小，跟踪 的速度缓慢，太阳能电池阵列可能长时间运行于低功率输出区，步长过大太阳能电池阵列在最大功率点附近的振荡又会加大，跟踪精度下降，从而导致更多的功率损失。 另外，当外部环境突然变化，太阳能电池阵列从一个稳定运行状态变换到另一个稳定运行状态的过程中，会出现误判现象。 3. 增量电导法 为了解决扰动观察法导致的功率损失问题，有人在 1995 年提出了增量电导法。 由太阳能电池阵列输出电气特性知，太阳能电池阵列的输出功率 电压 (PV)曲线是一个单峰曲线，在最大功率点处，功率对电压的导数为零。 增量电导法的优点是 :在日照强度发生变化时，太阳能电池阵列输出电压能以平稳的方式追随其变化，而且稳态的电压振荡也较扰动观察法小。 增量电导法的缺点是 :太阳能电池阵列可能存在一个局部的最大功率点，这种算法可能导致系统稳定在一个局部的最大功率点； 如同扰动观察法一样，增量电导法的变化步长也是固定的，步长过小会使跟南昌航空大学自考本科毕业论文 10 踪速度变慢，太阳能电池阵列较长时间工作在低功率输出区。 步长太长，又会使系统振荡加剧，影响跟踪精度。 在实际的光伏系统中，增量电导法的实现对硬件的要求相对较高，控制系统需采用高速微处理器完成数据处理。 南昌航空大学自考本科毕业论文 11 第三章 铅酸蓄电池 太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换为电能的器件，当太阳光照射到半导体 PN 结时，就会在 PN 结两边产生电压，使 PN 结短路，从而产生电流。 这个电流随着光强度的加大而增大，当接受的光强度达到一定数量时，就可以将太阳能电池看成恒流电源。 对于太阳能电池方阵而言，应按照用户的要求、负载的用电量及技术条件确定太阳能电池组件的串并联数。 串联数由太阳能电池方阵的工作电压决定，应考虑蓄电池的均浮充电压、线路损耗以及温度变化对太阳能电池的影响。 蓄电池的容量决定其最大充电电流 ，该数值再结合负载电流，可决定太阳能电池并联数。 太 阳能电池组件（也叫太阳能电池组件）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。 其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作，太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 太阳能蓄电池的工作原理 白天太阳光照射到太阳能组件上，使太阳能电池组件产生一定幅度的直流电压，把光能转换为电能，再传送给智能控制器，经过智能控制器的过充保护，将太阳能组件传来的电能输送给蓄电池进行储存；而储存就需要有蓄电池，所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。 普通蓄电池又称为铅酸蓄电池，它的电极是由铅和铅的氧化物构成，电解液是蒸馏的水溶液。 主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低 (即每公斤蓄电池存储的电能 )、使用寿命短和日常维护频繁。 老式普通蓄电池一般寿命在 2年左右，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。 不过随着科技的发展，普通蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。 铅酸蓄电池最明显的特征是其顶部有 6 个可拧开的塑料密封盖，上面还有通气孔。 这些密封盖是用来加注、检查电解液和排放气体之用。 按照理论上说，铅 酸蓄电池需要在每次保养时检查电解液的高度，如果有缺少需添加蒸馏水。 但随着蓄电池制造技术的升级，铅酸蓄电池的维护也不再复杂。 正常使用， 23 年间铅酸蓄电池都无需添加电解液或蒸馏水。 储能是光伏发电系统的重要组成部分，尤其对于独立光伏发电系统而言，储能环节更是不可缺少的组成部分。 储能系统的好坏直接影响到光伏发电系统的性南昌航空大。