光伏发电系统-毕业设计

1、1.引言日常生活和社会生产离不开能源。人们通过直接或间接使用一些自然资源来获取能量。因此，某种形式的能源及其加工或转化的产品统称为能源。前者称为自然能源或一次能源，如化石燃料、植物燃料、太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和潮汐能，而后者通常称为可再生自然资源新能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能。化石燃料(煤、石油、天然气等)。)也被称为常规能源。值得注意的是，从广义上讲，几乎所有的自然资源都来自太阳能。大气、陆地、海洋和生物接收的太阳能是各种自然资源的来源。化石燃料是古代生物在地下长期沉积形成的，其形成源于古代太阳能。水、风、雨、冰、雪等自然现象的蒸发和凝结也是由太阳驱动的，所以

2、水和风能归根结底来自太阳能。生物质能是通过光合作用和光化学反应转化太阳辐射能量获得的。潮汐能是由太阳和月亮吸收水分产生的。世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截获的太阳能辐射能量通量为1.71014千瓦，比核能、地热能和重力能的总储量大5000多倍。其中大约30%被反射回太空；47%转化为热量，并以长波辐射的形式再次返回太空；大约23%是水蒸发和凝结的能量，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接收的太阳能总量为1108千瓦时。这相当于51，014桶原油，是世界已探明原油储量的近1，000倍，是全球年总能耗的10，000多倍。太阳的能量是如此之大，正如人们常说的“取之

3、不尽，用之不竭”，但是太阳辐射能量的通量密度却很低，在大气层外为1353瓦/平方米。当太阳穿过大气层时，它会进一步减弱，还会受到天气、昼夜、空气污染和其他因素的影响。因此，太阳能对地球来说是间歇性的，有高有低，有时是缺失的。太阳能必须配备储热装置，这使得太阳能利用系统的初始投资昂贵。综上所述，太阳能利用具有以下明显特点：(1)总能量大，但太阳通量密度低；(2)它是可再生能源，但它是间歇性的；(3)无污染的清洁能源；(4)太阳能本身是免费的，其有效利用的初始投资相对较高；(5)太阳能热利用容易实现热能水平的合理匹配，从而充分利用热量。随着环境污染、生态破坏和资源枯竭的日益严重，近年来，世界各国竞

4、相实施可持续发展的能源政策，其中以太阳能光伏发电为最受关注。光伏发电以其安全、可靠、无污染、无燃料消耗、无机械转动部件、故障率低、维护方便等独特优势越来越受到各国的重视。由于全球资源短缺和环境污染日益严重，光伏产业的发展不仅是一个经济问题，也是一个环境保护和能源替代问题。目前，光伏电池主要用于并网和非并网大规模发电领域。因此，太阳能作为一种无污染的绿色能源，如果能用于消费品，对改善地球的整体能源状况和环境具有重要意义。便携式电子设备进入彩屏时代后，随着高分辨率屏幕、MP3MP4音视频播放等配置功能的普及，电池待机性能再次成为制约便携式电子设备发展的瓶颈。太阳能移动电源是专门用来给便携式电子设备

5、充电的，不同于一般的移动电源。目前，太阳能移动电源通常由大容量蓄电池构成。有阳光的时候，索尔2.太阳能移动电源方案设计2.1总体方案设计太阳能移动电源系统是利用太阳能为蓄电池充电的装置，是外出旅游的重要电源之一，因此要求移动电源具有便携性。太阳能移动电源应包括太阳能电池板、控制电路和内置蓄电池。现在将移动电源设计成图2.1所示的形状。内置锂电池控制电路太阳能电池板适配器接口发光二极管灯图2.1移动电源型号2.2控制电路方案设计太阳能移动电源系统控制电路的设计思路从锂离子二次电池的恒流/恒压充电控制开始，同时配有锂离子电池。当室外没有220伏交流电时，利用太阳能直接给负载锂离子充电，给锂离子电池

6、充电；在雨天或夜晚，阳光不足时，如USB接口电源开关的外部市电充电电路，太阳能电池板充电电路的内部电池负载充电电路等。配置好的锂离子电池用于给负载锂离子电池充电，以保证在任何情况下不间断运行。也就是说，系统的设计主要集中在太阳能充电上。当有足够的阳光且电池有足够的供电能力时，系统可以主要通过太阳能充电给负载充电，当没有阳光或阳光弱时，主要通过电池充电给负载充电，便携式电子设备以太阳能为补充。为了匹配负载锂离子二次电池的充电电路，系统的电池也采用锂离子电池。锂离子二次电池的容量是普通负载电池的2-3倍。这里，选择容量为5000毫安的3.7V锂电池。由于锂离子二次电池本身不允许过放电，系统中设计了

7、保护电路，以避免电池深度过放电造成的永久性损坏。电池的充放电转换可以通过开关按钮进行切换，可以根据系统的充放电指令来实现。当系统没有放电指示时，只要按下按钮，系统立即切断放电电路，启动充电电路给电池充电；如果负载需要同时充电，充电电路只能通过连接负载并切换开关来切换为负负载充电。该系统还配有外部稳压电源输入端口。当没有阳光且蓄电池容量不足时，外部交流电源可以给负载充电。同时，在紧急情况下，可以在外出前通过该端口由外部电源给蓄电池充电，从而保证便携式电子设备在雨天外出时能够正常工作。太阳能移动电源系统的控制电路结构如图2.2所示：图2.2太阳能移动电源系统的控制电路结构图，其中外部市电充电电路可

8、以通过适配器和CN3068芯片对内部电池进行恒流恒压充电；太阳能充电电路主要通过太阳能电池板和MC34063给电池充电。由于太阳能电池板的电压随光强变化很大，采用了MC34063芯片，可以选择电压较大的太阳能电池板，MC34063可以降低电压，也起到了稳压的作用；手机充电电路也采用MC34063，不仅可以升压和稳压，还可以防止过充；UCC3952用于保护电路，保护内部蓄电池免受过压、过流、过放电和短路的影响。3.容量计算和设备选择3.1锂电池容量计算和选择近年来，越来越多的产品如PDA、数码相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备都采用锂电池作为主电源。锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循

9、环寿命长、电池电压高和自放电率低等优点。为了匹配锂离子二次电池的充电电路，锂离子电池也被用作系统的蓄电池。锂离子二次电池的容量是普通负载电池的2-3倍。这里，选择容量为5000毫安的4.2V锂电池。3.2太阳能电池板的功率计算和材料选择最大可接受的充电电流充电电流：5000毫安0.5克2.5安太阳能电池板功率：2.5安3.7伏7013瓦因此，选用约15瓦单晶硅太阳能电池板，采用的单晶硅太阳能电池板转换效率高。采用的铝合金框架强度高，抗机械冲击能力强。功率容差范围(确保输出功率在-33%容差范围内)4。控制电路设计太阳能移动供电系统的电路应包括太阳能充电电路、市电充电电路、锂电池保护电路和放电电

10、路等几个部分。下面依次介绍各个部分的电路设计。4.1太阳能充电电路由于光照强度的变化，太阳能电池板的电压不断变化，其内阻相对较高，所以其输出电流也较小，这就需要一个DC转换电路对转换后的电池进行充电。为了使太阳能移动电源能够长时间工作，应选用电压较高(工作范围5-7V)的太阳能电池板。然而，内部锂电池的充电极限电压为4.2V.因此，为了内部锂电池的安全充电，选用了MC34063作为太阳能充电电路，可以降低电压，稳定电压。充电电路如图4.1所示。图4.1太阳能充电电路该电路的输入电压在5-7V之间，要求输出电压为4.2V，输出电流为500毫安。则应将MC34063设置为降压模式，如图3.1所示。

11、黄色发光二极管LED3用于显示太阳能电池板是否有电压，并可根据其亮度判断太阳能电池板的电压。如果要求发光二极管的电流不超过30mA，则限流电阻R3为R3=(57)V/30mA，R3=300欧姆。4.1.1设置充电电压图4.2 MC34063功能框图根据图4.2所示的MC34063功能框图，引脚FB为比较器的反向输入端。当电池电压等于参考电压时，开关三极管关断，此时电池充电终止。因此，如果输出电压VOUT为4.2V，FB引脚上的电压V5为1.25V，那么V5=VOUTR5/R6=1.25可以求解为R5/R6=0.4，R5=1.2K，R6=3K 4.1.2。MC34063的输出电流由连接到SC引脚

12、的电阻R4决定。目前要求输出电流IOUT为500毫安，IOUT=2 Ic，R40.33Ic，然后R4=0.3。4.1.2设置其他参数：热电偶引脚的外部电容C3为470PF，电感L1为200uH，工作频率为72KHz；如果C4为220UF，电路输出电压的纹波系数为8mV；快速开关二极管D3可以是普通二极管IN4001或肖特基二极管IN5821。这里，为了提高效率，通常使用肖特基二极管IN5821。此外，二极管D2可以选择为IN4001，以防止反向电压，而电容器C2可以过滤输入。值得注意的是，在实践中，由于电容等效串联电阻和电路板布局的影响，需要增加理想峰峰值输出纹波电压的计算值。纹波电压应保持在

13、一个小值，因为它将直接和定期影响线路和负载。该充电电路的适用工作温度范围为0- 70，因此不能在超过该温度的环境中使用。4.2市电充电电路在中国，市电为220伏交流电。然而，有必要用DC给电池充电。因此，有必要设计整流电路和充电电路。在该充电器中，整流电路可以作为适配器电路，充电电路可以由锂电池充电集成电路CN3068实现。4.2.1适配器电路适配器电路如图4.3所示。图4.3适配器电路图220伏交流输入，一端由4007半波整流，另一端由10uF欧姆电阻滤波。这个10欧姆的电阻用于保护。如果后面的故障引起过流，电阻会烧坏，以免引起更多的故障。右侧的4007、4700pF电容和82K电阻构成高压

14、吸收电路，用于在开关管13003关断时吸收线圈上的感应电压，从而防止由施加到开关管13003的高压引起的击穿。13003是一个开关管(完整名称应为MJE13003)，耐压为400伏，最大集电极电流为1.5A，最大集电极功耗为14W，用于控制初级绕组和电源之间的通断。当初级绕组连续接通和断开时，在开关变压器中将形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的无名端，所以看不出是正向还是反向。然而，从该电路的结构来看，可以推断该电源应该是反激式的。左端的510K是启动电阻，为启动开关管提供基极电流。13003以下的10个电阻是电流采样电阻，采样后电流变成电压(其值为10 * 1

15、)，通过二极管4148后加到晶体管C945的基极。当采样电压大于约1.4V，即开关管的电流大于0.14A时，晶体管C945导通，这降低了开关管13003的基极电压，从而降低了集电极的电流，从而限制了开关的电流，并防止其由于过大的电流而烧坏(事实上，这是一种恒流结构，将开关管的最大电流限制在约140mA)。变压器左下绕组(采样绕组)的感应电压由整流二极管4148整流，并由电容器22uF滤波以形成采样电压。为了便于分析，我们将晶体管C945的发射极的一端作为地。那么采样电压为负(约-4V)，输出电压越高，采样电压越负。在通过6.2V齐纳二极管之后，采样电压被施加到开关管13003的基极。如前所述，

16、输出电压越高，采样电压越负。当其为负到一定程度时，6.2V齐纳二极管击穿，从而拉低开关13003的基极电位，这将导致开关管关断或延迟开关的导通，从而控制输入变压器的能量，控制输出电压的上升，实现稳定输出的功能。下面的1K电阻和串联的2700pF电容是正反馈支路，它从采样绕组中取出感应电压并将其施加到开关管的基极以维持振荡。右边的次级绕组没什么好说的，它由二极管RF93整流，220uF电容滤波，然后输出6V电压。没有找到二极管RF93的数据，估计是一个快速恢复管，如肖特基二极管。由于开关电源具有较高的工作频率，因此需要一个具有工作频率的二极管。可以使用普通的肖特基二极管，如1N5816和1N5817。由于频率高，变压器还必须使用高频开关变压器。铁芯通常是高电阻率的高频铁氧体磁芯，以减少涡流。4.2.2充电电路充电电路如图4.4所示。图4.4充电电路图4.5 CN3068 I设置充电电压的功能框图根据图4.5所示的CN3068的功能框图，FB引脚为电池电压检测输入。该引脚可以检测电池阳极的电压，从而在恒压充电时准确调制电池阳极的电压，避免电池阳极与CN3068的BAT引脚之间的线电阻或接触电阻等寄生电阻对充