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毕 业 设 计（论 文）题 目： 光伏发电模型控制系统设计学生姓名 黄沁沁 指导教师 司立众二级学院 机电学院 专 业 电气工程及其自动化班 级14电气(W专转本) 学 号 1404501009提交日期 2016年5月15日 答辩日期 2016年5月18日金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘要.IAbstract.II第一章 绪论.11.1前言.11.2光伏发电背景及意义.11.3光伏发电历史.21.4研究的主要内容.2第二章光伏发电控制系统的基本组成及其原理.42.1光伏发电控制系统的基本组成.42.2光伏系统的类型.42.2孤立式光伏发电系统的原理.5第三章光伏发电模型控制系统的硬件设计.63.1光伏发电模型的控制模块.63.2光伏发电模型光线检测模块.63.3光伏发电模型的发电模块.73.4光伏发电模型的转轴机构.83.5辅助充电模块.93.6电池电压检测模块.93.7充电显示模块.103.8放电显示模块.103.9光伏发电模型的工作原理.11第四章光伏发电模型控制系统的软件设计.164.1光伏发电模型控制系统的程序流程图.164.2编程软件选用.17第五章光伏发电模型的制作.205.1光伏发电装置的搭建.205.2光伏发电模型的控制器.23金陵科技学院学士学位论文 目录5.3储能电池的选用.245.4逆变器的选用.255.5负载选用.25第六章系统功能验证.266.1光伏发电模型控制系统的自动追光装置.266.2光伏发电模型控制系统的充电控制.266.3升压与逆变环节.276.4负载的使用情况.28第七章结论.29第八章参考文献.31附录I光伏供电系统的元件清单.33附录II光伏发电装置原理图.34附录III C语言程序代码.35附录IV光伏供电装置实物图.42附录V光伏模型储能装置图.43附录VI逆变模块实物图.44附录VII光伏发电模型控制系统整体实物图.45致谢.46金陵科技学院学士学位论文 摘要I光伏发电模型控制系统设计摘 要当我们的生活水平在逐渐提高以后，对能源的需要量也普遍增多。在20世纪初期人们所使用的能源主要有地下矿藏的石油、混合性气体、煤炭等等的化石能源，利用这些矿藏的能源进行发电，不仅污染环境，且不能再生。随着人类现代化的发展这些能源也终将会达到使用的极限，我们急需寻找一种可以替代这些化石能源的新型能源进行发电，由此象征着清洁无污染的新型能源发电系统孕育而生了，其中包括太阳能发电、风力发电、水利发电等等。本文以新型能源中的太阳能为基础，研究基于太阳能这种新型能源的发电系统即光伏发电系统。但由于这种利用太阳能的光伏发电系统的运行受环境因素的影响较大，比如在阴雨天等太阳光照强度不是特别大的时候，光伏发电系统会出现发电量减少等等的一系列问题，因此本文在设计光伏发电模型控制系统的同时就这一问题的解决方法进行详细的阐述。在光伏发电模型控制系统中，主要设计了太阳能发电装置、电能存储装置、升压和逆变装置、负载使用装置这四个部分。本设计对光伏发电模型的发电情况进行深入的研究。本文使用单片机STC12C5A60S2系列为控制模块，制作光伏发电模型。它利用光敏元器件检测光源的强弱，无论在什么时间段，都使光伏电池组件总是工作在发电最强的位置。也就是说，寻找光伏电池组件中发电效率最强的工作点。由此，提高光伏电池组件的的发电效率。从而提高整个光伏发电模型的发电效率。并且通过逆变器将系统产生的电能转换为供一般家庭负载使用的交流电，并使用光伏发电模型对控制系统的每个功能进行验证。关键词：新型能源；太阳能；光伏发电金陵科技学院学士学位论文 AbstractIIDesign of control system for photovoltaic power generation modelAbstractWhen our living standard is gradually improving, the demand for energy is alsoincreasing.In the early twentieth Century the energy used by the people in the main undergrounddeposits of oil, mixed gas, coal and so on, the use of these mineral resources for electricitygeneration, not only pollute the environment, and can not be recycled. With the development ofhuman modernization of these energy will be to limit the use of, it is imperative for us to find acan replace the fossil energy, new energy power generation, which symbolizes the cleanpollution-free new energy power generation system conceived and gave birth to the, includingsolarpower,windpowerhydroelectricpowerandsoon.In this paper, based on the new energy of the solar energy, the research based on this newtype of solar energy power generation system, namely photovoltaic power generation system.However,due to theuse of solar photovoltaic power generation system is greatly affected by theenvironmental factors,For example, in rainy days the sun light intensity is not particularly large,Photovoltaic power generation system will be a series of problems, etc.,Therefore this paper inthe design of photovoltaic power generation model control system at the same time on thesolutionofthisproblemisdescribedindetail.In the control system of photovoltaicpower generation model,The main design ofthe solarpower generation equipment, electric energy storage devices, boost and inverter device, load theuse of the four parts of the device.The design of photovoltaic power generation model forin-depth studyofthesituation.In thispaper,theuseofsingle-chip STC12C5A60S2 series forthecontrol module, the production of photovoltaic power generation model.It uses thephotosensitive components to detect the intensity of the light source,That is to say,Look for themost efficient power generation efficiency of photovoltaic cell components.Thus,Improving thepower generation efficiency of PV modules.So as to improve the efficiency of the photovoltaicpower generation model.And the electric energy produced by the inverter can be converted intoalternating current for general household load.Each function of the control system is verified bythephotovoltaicpowergenerationmodel.金陵科技学院学士学位论文 AbstractIIIKey words:Newenergy;Solarenergy;Photovoltaicpowergeneration金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论1第一章 绪论1.1 前言目前，电能从人类开始使用以来，就在人类生活中占据着重要的地位，小到个人，大到国家都离不开电能。夏天的所使用电风扇、空调、空调扇等等的制冷工具。冬天的电暖宝、热空调、加湿器等等的工具，还有在夜晚，电能可以供给给我们工作、生活。但这些电器，如果没有电能的供给，一切的电器都将成为一堆垃圾，没有任何的利用价值。而在现今的社会电能主要靠火力发电等等的化石能源维持电能的供应，但是随着化石能源的日渐枯竭，我们日常所使用的电子电器即将成为一堆垃圾。我们急需一种新能源来代替化石能源发电维持我们日常生活的电能供应，满足我们的生产生活所需要的所有电能。在这样的情况下，清洁无污染的太阳能走进了我们的能源结构。就近几年探明的矿藏和自然界提供的一次能源来说，除太阳能和其他清洁能源之外，各种矿藏的化石能源已经是非常紧缺了。特别是在我国，其他化石能源都低于世界平均水平。我国既要维持大家电能的供给，又要保护我们赖以生存生活环境。本课题利用单片机STC12C5A60S2系列，来控制光伏发电模型的运作。以光伏电池为研究对象，光伏的发电效率作为被控制量。选择光敏电阻作为光伏发电模型控制系统的检测机构，为光伏电池组件选择在某一时间段太阳光辐射最强的位置。使系统取得良好的发电效果。在本系统中太阳光辐射大小是靠光敏电阻的检测，然后将检测到的模拟量传送给单片机的。将测得的四个方位的检测值相互比较，通过单片机程序，产生控制信号，输出调整光伏电池组件的位置。从而实现对光伏电池组件发电效率的控制。1.2 光伏发电背景及意义能源的使用，始于一百多年前，发展中的世界对能源有着极大的需求，自人类进入开始进入工业社会以来，能源的需要也变多了，在一个世纪多世纪的时间内，人类近乎疯狂的开发和使用各种能使用的矿藏能源。人类将这些能源转换为热能、电能、机械能等等一切人类需要使用的能。当这些能源的大量的利用和开发，人类发现了很多的问题，人们生活的地球经历了矿藏的开发，随之而来的便是严重的污染，同时这样的污染还造成了对我们自身的损害。但是放弃能源的使用，面临的就是生活的倒退，研制的各种设备将无用武之地。人们在利用能源解决需求的前提下。开始了寻找新的，对环境污染较少或者没有污染的新型的能源。人们称之为能源与保护环境的革命。在上个世纪50年代以后，很多国家和地区都纷纷开发和利用更加环保、更加效率高的能源。以此来解决这一与能源消费密切相关的重大环境问题。特别是在十九世纪末到二十世纪中叶，人类开始使用电能，到了二十世纪末，电能基本上就走进了各种行业，也走进了人们的日常生活中。同时电能也成为人类应用的能源中金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论2最重要的能源。电能的利用和发展，让我们推进了现代化的进程，但是电能的大量使用，造成了电能原生材料煤炭的不断减少。在二十世纪的能源结构中人类主要使用煤炭作为发电的主要原料，人们利用煤炭的燃烧获得热能，将热能转换为化学能最后电能。这也就是我们所熟知的火力发电也就是现代大多数热电厂所使用的发电方式。但是这种发电不仅仅污染环境，也造成了能源的紧缺现象。通过很长时间的调查和研究，人们发现自然界有很多可以不污染环境并且能量大的清洁能源。其中最主要的是太阳能，在世界各地，太阳光辐射到我们生活的地球，会产生巨大的能量。由此太阳能逐渐走进人类的视野和我们的生活。太阳能，顾名思义就是太阳光辐射的力量。它可以再生，而且对环境不产生污染。但是如何利用太阳能呢？这是人们地球产生首要解决的问题。太阳能虽然可以辐射到我们生活的地球产生热能，可以辐射到水里，使水发热。但是如何将太阳光辐射的力量用于工业，用于发电呢？太阳能电池板的出现，解决了人们不能利用太阳能的尴尬局面。同时也开创了利用太阳能发电的新格局。起初，太阳能电池板以硒为材料，光电转换率较低，价格昂贵，且不适宜推广。但是面对这样一种巨大的能量，科学家们纷纷进行研究，主要研究的是改变光电转换率和降低生产成本。后来经过长达大半个世纪的研究，光伏技术得到了很大的发展。而现在，太阳能发电已成为目前最重要的发电技术之一。1.3光伏发电历史利用太阳能进行发电，这种技术的研究早在一百多年前就开始了。法国物理学家贝克勒尔发现，将两片金属浸入溶液中可以构成光伏电池，因为在有光照的情况下，这种物体会产生额外的电动势。他把这种产生电动势的现象叫光生伏特效应。后来，在经过科学家们的研究以后，开发出了以硒这种非金属物质为基础的光伏电池，人们把这种以硒为材料制作出的电池称为光伏电池。但由于这种以硒为基础的电池，成本昂贵，在很长一段时间内制约的光伏技术的发展。直到科学家们研究出以硅为材料的光伏电池，这种材料光伏电池的出现，不仅提高了光电的转换效率，而且也大大的降低了生产成本。世界各国的科学家们纷纷开始研究光伏技术的新发展。在我国从20世纪中期开始研究光伏，首次使用太阳能是在投射卫星上。自1973年以后我国的光伏技术开始应用于地面，但由于价格昂贵且光伏发电效率随气候影响较大，在很长达一整个世纪内光伏技术并没有得到很好应用和推广。1.4 研究的主要内容本课题就是利用太阳能这种新型能源为基础的 ，以保护环境为前提。使用STC12C5A60S2系列单片机、逆变器等元件对光伏发电模型控制系统进行设计。本毕业设计研究的主要内容和解决的一些问题概括了以下几个方面:（1）查阅资料，掌握本系统所用各器件的基本知识，简明介绍本光伏控制系统的基本结构，掌握本系统的工作原理及应用。金陵科技学院学士学位论文 第一章 绪论3（2）介绍本过程控制系统的硬件部分，其中包括元器件的介绍、电气原理图等问题。在光伏发电模型控制系统能够对光伏电池组件的追光方式进行设计。（3）综合前面三点的设计方法，提出在单片机STC12C5A60S2系列基础上进行对光伏发电模型控制系统设