1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化太阳能光伏逆变电源的设计一、课题研究意义及现状1839 年首次发现光伏（PV）效应，爱因斯坦在 1904 年对其做出了理论解释，并很快得到实验证实。太阳能电池巨大的潜在用途刺激了各国研究机构和公司争相开展光伏效应及其应用技术的研究开发工作，首先是在空间技术中的应用，各种材料的太阳能电池相继问世。1970 年代，出现了针对地面商用的太阳能电池和系统的公司。1983 年世界光伏组件产量达 21.3MW，光伏产业显露雏形。1990 年以后，在能源危机和全球气候变暖的压力下，可再生能源越来越受到关注，德、美、日等国政府相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划” 、“
2、新阳光计划”等，在政府的政策法规和行动计划推动下，全球光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长。2009 年全球新增设备发电容量达 6.4GW，累计总容量达 20GW。依照 EPIA的温和的政策驱动方案，2010 年全球光伏市场的增长量将达 40%至 60%之间，即新增安装量为 8.2GW 到 12.7GW。在 EPIA 持续的政策驱动方案指导下，预计光伏市场的总安装量将在 2014 年达到 30GW。据国际能源署预测，太阳能光伏发电将逐步发展成为未来能源的主体。进入 21 世纪，解决能源危机问题已经刻不容缓。而随着太阳能电池技术水平的提高，光电转换效率的提升，多晶硅原料消耗降低，生产规模扩大，光
3、伏发电成本将不断下降；特别是太阳能电池薄膜技术的突破，光伏系统的制造能耗和发电成本将大幅度下降。预测2020 年前后，民用光伏系统的电价就可与常规能源的电价相持平。太阳能光伏发电技术具有其他能源不可比拟的优势：是真正的无污染排放，不破坏环境的可持续发展的绿色能源；能量具有广泛性，不受地域限制；无机械转动部件，运行可靠，故障率低；维护简单，可无人值守；无需架设输电线路，可以方便地与建筑物结合。本课题设计的独立光伏发电系统，它可以应用在很多地方。如供边远地区，如高原，海岛，边防哨所等军民生活用电；路灯，交通指示灯，太阳能无人值守微波中继站，海洋监测设备，太空卫星供电等；也可以与建筑结合，使未来的大
4、型建筑实现电力自给自足。随着人类的发展并网光伏应该是必然发展的趋势，因为省去蓄电池后光伏发电系统的造价会大幅度降低，也可以跟广泛的应用。二、课题研究的主要内容和预期目标本课题要求设计一个简易的太阳能光伏电源模拟系统，系统主要包括太阳能电池阵列、BOOST 变换器、负载、蓄电池及控制电路等，通过优化配置，实现提高太阳能的转换效率。基本要求：1.日照强时，太阳能电池阵列输出电能给负载供电，多余电能通过双向变换器给蓄电池储存。2.日照弱时，由太阳能电池和蓄电池共同给负载供电。3.当有日照，太阳能电池阵列输出功率大于零且负载断开时，太阳能电池输出电能经BOOST 变换器和双向变换器后给蓄电池充电以储存
5、能量。4.蓄电池放电过低或充电超过过充电压可强行控制关断，以保护蓄电池不被损坏。5.系统稳定抗干扰。三、课题研究的方法及措施本课题将设计独立太阳能光伏发电系统。主要有太阳能电池列阵，蓄电池组，控制器和逆变器四部分组成。（1）太阳能电池列阵。一般采用多晶硅太阳能电池进行串联以形成 12V 和 24V 的各种类型组件。也可根据用户要求自由组合。（2）蓄电池组。光伏系统的储能设备，保证光照不足时负载可以正常工作。（3）控制器。光伏发电系统的核心部件之一，主要用于实现整套系统充、放电管理。（4）逆变器。使光伏系统发出的直流电转成交流电。经过比较，本设计采用 boost 升压电路，来提高逆变器的转换效率
6、；主电路采用单相全桥逆变电路，通过单片机硬件产生 PWM波控制逆变电路，在通过滤波电路得到 220V/50Hz 交流输出。本设计还有具有电流检测，过流保护，欠压保护等提高光伏系统安全的设计。系统设计原理示意图如下：太阳能光伏列阵 BOOST 升压电路逆变电路MCU隔离变压器波形控制电路控制器电路总体框图四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年10月15至2011年4月20日。2010 年 10 月 15 日至 2010 年 11 月 10 日:确定课题，明确任务，查找资料，和导师沟通并确定总体设计方案；2010 年 11 月 10 日至 2010 年 11 月 20 日:写文献综述，外文
7、翻译2010 年 11 月 20 日至 2010 年 12 月 4 日：完成开题报告，准备开题答辩2010 年 12 月 4 日至 2010 年 12 月 30 日：确定电路设计布局和元器件的选择；2011 年 1 月 4 日至 2011 年 1 月 20 日：完成电路焊接成型和测试；2011年3月1日至2011年4月20日：撰写毕业论文，做好论文答辩的PPT资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献1.马潮AVR 单片机嵌入式系统原理与应用实践M北京：北航出版社，2007，102 刘凤君现代逆变技术及应用M北京：电子工业出版社，2006，093 汪令祥. 光伏发电用 DC/DC 变
8、换器的研究D合肥：合肥工业大学, 20064 杨海柱.金新民.最大功率跟踪的光伏并网逆变器研究J北方交通大学学报, 2004,(02)：65-685 王兆安,黄俊等电力电子技术M北京：机械工业出版社，2009，66 王志娟太阳能光伏技术M杭州：浙江科学技术出版社，2009，97 王长贵王斯成等太阳能光伏发电实用技术M北京：化学工业出版社，2009，108 Antonio Luque, Steven Hegedu Handbookof PV Science and EngineeringMAmerican Wiley,2003 年 07 月 079 罗玉峰，陈裕先，李玲太阳能光伏发电技术M江西：
9、江西高校出版社，2009，210曹倩茹. 光伏发电的最大功率跟踪研究D.西安：西安科技大学,2006 .蓄电池 交/ 直流负载毕业论文文献综述电气工程及自动化太阳能光伏发电摘要：太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源。太阳能发电指把太阳能照射的能量转化为电能。直接将太阳能变成电能的半导体器件称太阳能电池。据估计，每年地球上接收到的太阳能相当于地球上每年燃烧其他燃料所获得能量的 3000 倍，因此大力开发与利用太阳能是 21 世纪的高新技术。太阳能光伏系统由太阳能电池方阵、太阳能控制器、蓄电池组、逆变器、防反充二极管等组成。当然，要使太阳能发电真正达到实用要求，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其
10、成本；二是要提高逆变器的转换效率；关键词：太阳能电池；太阳能控制器；蓄电池；逆变器；1.引言自上世纪 90 年代以来，可再生能源技术在世界范围内得到迅速发展，太阳能，风能，生物质能，地热能，海洋能等各类能源技术都得到了不同程度的开发。太阳能技术是现阶段应用最广泛并已实现商业化的是太阳能热水器和晶硅电池。风能是发展最早的技术，现已基本成熟，经济接近常规能源，并开始步入并网阶段。生物质能技术的应用已进入产业化发展的初期。地热能和海洋能技术也得到了高度关注，一些实验性电站运行良好，展现出广泛的利用前景。但从可再生能源得资源状况和技术发展水平来看，今后发展较快的主要还是太阳能。 12.光伏发电的关键部
11、件逆变器利用新能源的关键技术逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电。因此，逆变技术在新能源的开发与利用领域有着至关重要的地位。 2DC-AC 逆变器是应用功率半导体器件，将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置。现在 DC-AC 逆变器具有广泛的应用前景，如：（1）以直流发电机、蓄电池、太阳能电池和燃料电池为主直流电源的场合，如航空静止变流器（27V 或 DC270V/AC115V 400Hz） 、通信静止变流器（DC48V/AC220V 50Hz） ；（2）以变频或恒频交流电为主交流电源且采用交-直-交变化方案的场合，如飞机变速恒
12、频电源（变频交流电/AC115V 400Hz） 、新型风力发电电源（变频交流电/AC220V 50Hz） ；（3）不间断电源（UPS）中的核心环节逆变器 3-4传统的 DC-AC 逆变器采用低频环节逆变技术，主要有方波逆变器，阶梯波合成逆变器，正弦波脉宽调制 SPWM 逆变器。这三种逆变器的共同点是，电路结构简单，但是用来调整电压比的变压器工作频率等于输出电压频率，导致其体积和重量大，音频噪声也大。为了克服低频环节逆变技术的缺点，Mr. Espelage 于 1977 年提出了可变高频环节逆变技术新概念。这一概念的提出，显著提高了逆变器特性。因此，该技术引起了人们极大的研究兴趣，取得了显著的研
13、究成果。 5当然，逆变器的发展也离不开电子技术与电力电子技术的发展。随着各种先进且易于控制的功率器件（如 MOSFET、IGBT、GTO 等）发展，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理（DSP）控制。逆变装置也将向着体积跟小，效率跟高，性能指标跟优越的方向发展。 63.太阳能光伏发电前景通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统（简称PV） 。目前，在工程上广泛应用的光电转换器件晶体硅太阳能电池。地面太阳能光伏发电系统主要分独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统两大类。 7随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作
14、为理想的可再生能源受到许多国家的重视。在可再生能源中，太阳能取之不尽，清洁安全，是理想的可再生能源。我国的太阳能资源比较丰富，且分布范围广，太阳能光伏发电的发展潜力巨大。此外，目前太阳能光伏发电技术已日趋成熟，是最有可持续发展性的可再生能源技术之一。专家预测，在今后的十几年中，太阳能电池的市场走向将发生很大的变化，特别是从以前的大多数独立光伏发电系统转向并网发电系统。 83.1 太阳能光伏技术的应用太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳每年到达地球表面的总能量相当于目前世界主要能源探明储量的 1 万倍，在加上太阳能的普遍性、清洁性和经济性，太阳能在未来世界能源结构转换中担当重
15、任，成为理想的替代能源。 9（1）太阳能电源用户：小型电源 10100W 不等，用于边远无电地区，如高原，海岛，牧区，边防哨所等军民生活用电；35kw 家庭并网发电系统；（2）交通领域：如航标灯，交通/铁路信号灯，交通警示/标志灯，路灯，高空障碍灯，高速公路/铁路无限电话亭，无人值班室供电等。（3）通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站，光缆维护站，广播/通信/寻呼电源系统，农村载波电话光伏系统，小型通信机，士兵 GPS 供电等。（4）石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统，石油钻井平台生活及应急电源，海洋监测设备，气象/水文观测设备等。（5）家庭灯具电源：如庭院灯，
16、路灯，手提灯，野营灯，登山灯，垂钓灯，黑光灯，割胶灯，节能灯等。（6）光伏电站：10K50000KW 独立光伏发电站，风光（柴）互补电站，各种大型停车场充电站等。（7）太阳能建筑：将太阳能发电站与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来的一大发展方向。（8）其他领域：配套的太阳能汽车/电动车，电池充电设备，汽车空调，换气扇，冷冰箱等；太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；海水淡化设备供电；卫星，航天器，空间太阳能电站等。 10-124.总结在一系列可再生能源中，风能，水能，生物质能等都要受到地域，原料的影响，发展空间有限。核能是最危险的，没人有愿意生活在一颗原子弹边上。太阳能则没有
17、地域的限制，阳光普照大地，处处皆有，可直接开发利用。而且多余的能量不会浪费，可以用储存在蓄电池中，当日照不足时也可以产生足够的电能，不会影响正常的供电。太阳能光伏技术有其他能源不能比拟的优势，但是它的缺点也很明显：就是它的分散性和不稳定性。所以在有限的地方提高太阳能光伏的转换效率，降低生产成本才是今后发展光伏发电系统的主要方向。参考文献1 王侠发展可再生能源M山东：山东人民出版社，2008，10.2 刘凤君现代逆变技术及应用M北京：电子工业出版社，2006，09.3 汪令祥. 光伏发电用 DC/DC 变换器的研究D合肥：合肥工业大学, 2006.4 杨海柱,金新民.最大功率跟踪的光伏并网逆变器
18、研究J北方交通大学学报,2004.(02):65-68.5 陈道炼DC-AC 逆变技术及其应用M北京：机械工业出版社，2003，11.6 王兆安，黄俊等电力电子技术M北京：机械工业出版社，2009，6.7 王志娟太阳能光伏技术M杭州：浙江科学技术出版社，2009，9.8 王长贵，王斯成等太阳能光伏发电实用技术M北京：化学工业出版社，2009，10.9 Antonio Luque, Steven Hegedu Handbookof PV Science and EngineeringMAmerican：Wiley，2003，07，0710 杨志刚，杨乐等小型太阳能光伏电源实用技术M上海：科学普及
19、出版社，2009，1.11 罗玉峰，陈裕先，李玲太阳能光伏发电技术M江西：江西高校出版社，2009，2.12 Julian Randall.Designing Indoor Solar ProductsMAmerican：Wiley，2005，9.毕业设计（20_ _届）太阳能光伏逆变电源研制方案摘 要近年来，光伏发电技术有了广泛的应用，随着我国新能源法的颁布，光伏发电系统将在我国拥有更广阔的发展空间。逆变电源是光伏发电系统的重要部件，其逆变效率对光伏发电系统的应用产生较大影响。目前，纯正弦波输出逆变电源主要采用工频变压器升压输出。本课题的设计正是采用工频变压器升压输出，其中硬件主要为直流升压
20、环节和逆变环节。在直流升压环节，本课题采用了Boost升压电路，使逆变之前的电压维持在一定的数值上，这样有利于提高逆变的效率，升压电路的控制器为UC3843电流型控制芯片。在逆变环节，主控芯片采用ATmega16单片机，生成SPWM波并监视系统状态。全桥逆变电路采用IRS2453D为驱动控制芯片，实现DC-AC转换，简化了驱动电路设计，同时采用LC滤波电路使输出的波形更接近正弦波。软件部分，程序主要包括SPWM波算法，AD采样调节，软件保护算法（短路保护），并采用软件滤波，从而产生高质量的电压输出波形。本课题通过翻阅大量的相关文献资料，分析整理出有关信息，采用对比选择、模块独立、综合处理的研究
21、方法，结合实际情况选出最优方案进行设计。关键词：DC-AC；恒压充电；SPWM；Boost电路AbstractIn recent years, photovoltaic technology has been widely used, with the promulgation of Chinas new energy law, photovoltaic power generation system will be in our country have a broader space for development. Inverter power supply is an importan
22、t component of photovoltaic power generation system, the inverter efficiency of the application of photovoltaic power generation system have a greater impact. Currently, pure sine wave output inverter transformer used mainly frequency boost output. This design is the use of frequency step-up output
23、transformer, which links the hardware and the main boost for the DC-link inverter.DC step-up in the link, the subject of using Boost step-up circuit, the inverter voltage to maintain the previous value in a certain, and so help to improve the efficiency of inverter, controller for the boost circuit
24、UC3843 current mode control chip.In the inverter part, the master chip microcontroller ATmega16, generate SPWM waves and monitor system status. Full-bridge inverter circuit driven by IRS2453D control chip, to achieve DC-AC conversion, simplifying the drive circuit design, while using the output LC f
25、ilter circuit is closer to sinusoidal waveform.Software part, the program includes SPWM wave algorithm, AD sample conditioning, software protection algorithms (short-circuit protection), and using filtering software to produce high quality output voltage waveform.Through this project read a large number of related documents, and analysis of relevant information, the use of comparative selection, module independent, comprehensive treatment of research methods, selecting the best program with the actual situation of the design.Key Words: DC-AC；constant voltage；SPWM；Boost
