光伏电池与超级电容的开题报告.doc

毕 业 设 计（论 文） 开 题 报 告课题名称基于光伏电池和超级电容的电源系统设计系 部电气与信息工程学院专 业电子信息科学与技术班 级T883-1学 号20080830112姓 名黄国猛指导教师蒋伟荣2 0 1 2年 3 月 10 日前言跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。而能源问题更为突出，不仅表现资源匮乏，更严重的是化石能源的开发利用加剧了环境恶化，并由此引起的很多能源危机.随着目前大量使用的煤炭资源的不可再生,以及日渐减少，对新能源的开发与使用也日益迫切. 使得越来越多的国家把目光投向可再生能源。太阳能相比于传统的能源具有储量巨大、获取方便、无污染等优越的方面。电力储能环节在独立光伏系统中具有很重要的地位。目前，一般以铅酸蓄电池作为独立光伏系统的储能器件,但蓄电池自身并不完善,环境污染、循环寿命短、充电状态判断困难等缺点.一种可替代的传统蓄电池且对环境毫无污染的新型储能产品，也开始被广泛应用-超级电容器.作为一种新型能源器件,超级电容的性能不断改善,它兼有常规电容器功率密度大、充电电池比能力高的优点，可快速充放电而且寿命长，正在发展成为一种新型、高效、实用的能量储存装置，具有实现大容量电力储能，替代蓄电池大大发展潜力。一、 课题来源光伏发电受气候和环境的影响很大，其输出功率具有不稳定行和不可预测性。独立光伏系统需要配置一定容量的储能装置，以确保负载用电的持续性和可靠性。鉴于蓄电池存在的不足，超级电容是介于蓄电池和普通电容器之间的一种储能装置。而超级电容作为一种可替代传统蓄电池且对环境无污染的新型储能产品，已经被广泛应用于小功耗的电子设备、UPS、混合动力等领域。光伏电池与超级电容的组合具有结构简单、配置灵活、循环寿命长、高温性能好、对环境无污染等特点。本文设计一种利用光伏电池与超级电容实现电能的存储于输出装置，即一种电源装置。二、国内外现状1、光伏电池进入新世纪后，世界光伏发电量每年以30%以上的速度递增，2004装机总量达到1200mw，比2003年同比增长61%,是全球发展最快的新能源。近几年国际上光伏发电加速发展，2010年，欧洲各国对于光伏补贴将要削减的消息使得欧洲光伏产业“抢先装机”的现象成为风潮，直接导致2010年光伏产业的产量和装机比2009年上升了140%之多。2010年我国我国的光伏电池产量约占全球总产量的50%，在“世界第一”的交椅上坐得更加稳当。世界能源统计回顾2011报告显示，中国的光伏发电装机容量2010年末为893兆瓦，但占世界的份额仅为2.2%。真正享受太阳能这一清洁能源之利的，依然是欧美和日本。世界能源统计回顾2011报告显示，到2010年年末，欧洲累计安装29617.145兆瓦，占世界光伏发电装机总容量的74.5%。以国家而论，世界最大的光伏发电国家是德国，2010年末装机容量高达17320兆瓦，占世界份额的43.5%；西班牙和日本装机容量分别为3892兆瓦和3617.2兆瓦，占世界的份额为9.8%和9.1%；意大利、美国分居世界第四和第五位，占世界的份额为8.8%和6.3%。在过去，太阳能光伏发电所使用的晶体硅电池的核心技术长期被美国、德国、日本等国公司所垄断，我国则成为晶体硅电池及组件的加工生产大国，产生了无锡尚德、江西LDK、常州天合、天成英利等众多国际著名多晶电池和组件生产企业。随着技术不多发展，我国薄膜电池技术的基础研究和产业化实验，终于与国际保持同步。南开大学光电子薄膜与器件研究所是国际著名、中国顶尖的薄膜电池研发机构。在非晶硅、微品硅薄膜电池技术、硒铟铜薄膜电池技术领域取得了卓越的成果。四川大学的碲化镉电池技术呀展现出了产业化应用的前景。2、超级电容超级电容也称电化学电容器，电化学双电层电容器（EDLC）即Electric Double Layer Capacitors。它具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能。因其功率大，质量轻，无污染，可多次充放电等优点而成为一种新型的储能装置。自美国人Becker发表第一篇关于超级电容器的专利以来，超级电容器以其特有的优点为业界所重视，并得到很大程度上的发展。在超级电容的研究及应用方面，美国日本和俄罗斯走在世界的前列。在美国，Maxwell Technology公司、加利福尼亚大学圣迭戈分校、Aubum大学、Los Alamos National lab等单位在研制超级电容器。Maxwell公司生产的Power Cache超级电容器。已由通用汽车公司组成并联混合电源系统和串联电源系统用于货车和汽车上。ISE Research Thunder Volt公司将power cache超级电容用在器新开发的混合电力推进系统Thunder Pack中。日本的NEC/Tokin公司、松下公司均有系列超级电容产品，本田公司在器开发的第三代和第四代燃料电池电动车FCX2V3、FCX2V4分别使用了自行开发的超级电容来取代二次电池，减少了汽车的重量和体积，是系统功率增加，同时可在刹车时回收能量。我国对超级电容的研究起步比较晚。由上海奥威科技开发公司、晒较大等十多家科研单位联合开发的电容公交车快速充电系统于2004年7月通过验收，我国首部“超级电容公交车”在上海张江开始投入运行。哈尔滨工业大学在第一代电容车的基础上，改进了随时充电的弊端，研制出充电15分便能连续行驶25km的，最高时速可达52km/h的电容车。同时，中国科学院电工研究所、北京有色金属研究总院、锦州电力电容有限责任公司等单位在电动车用超级电容器的开发研究方面进行了很多工作。三、综合分析超级电容充电电路需要解决两个问题，一是在光照强烈，光伏电产生的电压超过其额定电压时光伏电池对超级电容过充而影响超级电容的使用寿命。而是在光照微弱下，超级电容电压超过光伏电池时超级电容对光伏电池反向充电，这样不但浪费能源而且对光伏电池有一定的损坏。光伏电池是一个非线性电源，因此，其工作状况由负载的性质和状况决定。只有负载工作，光伏电池的输出曲线与负载的特性曲线的相交点即为光伏电池的工作点。为了找到稳定的光伏电池的最大输出功率，拟采用最大功率跟踪方法.目前常用的光伏电池最大功率点控制方法有很多种，如CVT（恒压控制）、电压扰动法、导纳增量法、二次插值法等各有优点。这里采用电压扰动法，此方法控制思路简单，容易实现，可实现对最大功率点跟踪控制，提高系统的利用率。电压扰动法的原理是将本次光伏方阵的输出功率和上次的相比较，来确定是增加还是减小光伏方阵工作电压来实现MPPT四、方案论证光伏电池与超级电容及蓄电池组成的电源装置的工作流程图如下蓄电池负载超级电容控制器光伏电池充电电路放电电路 图1 混合储能的电源装置示意图 设计思路：光伏电池产生的电能，经控制器给超级电容充电，超级电容储存的电能在需要时经由放电电路输出。蓄电池在日照不足或者超级电容储能不足时给负载供电。控制器的作用是具有几个功能：1、控制蓄电池的放电；2、控制充电电路对超级电容进行充电。1、控制蓄电池的放电：主要是在超级电容电量不足时，通过控制器控制蓄电池进行放电，即通蓄电池的是否处于工作状态由控制器决定。2、控制充电电路对超级电容进行充电：在电源装置中添加一套最大功率跟踪控制器为超级电容器充电。超级电容器充放电时端电压浮动较大，不满足负载恒压/恒流工作要求，为了延长超级电容的寿命，在放电电路中还要设计过放保护电路。超级电容器在系统中具有两大功能，首先，作为能量储存装置，在白天使存储光伏电池提供的能量，在夜间或者阴天光伏不能发电时向负载供电；其次与光伏电池及控制器配合，实现MPPT（MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking）太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。）五、进程安排2012.1.1-2012.1.4选课题2012.2.5-2012.3.5 查阅与课题相关资料2012.3.8-2012.3.13 写开题报告2012.3.20-2012.4.15 硬件电路设计、部分电路试验。2012.4.15-2012.5.15完成软件设计和系统安装。2012.5.15-2012.5.20 完成系统测试并完成论文初稿。2012.5.20-2012.5.28 完成论文终稿和答辩PPT六、参考文献1苏全振，蔡丹，李文生.超级电容器太阳能草坪灯的设计与实现J电子元器应用.2008年11期.2陈建宏，张晋维.太阳能自动充电灯R.台湾东南技术学院