毕业设计（论文）-蓄电池光伏充放电控制器的设计.docx
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南阳理工学院本科生毕业设计（论文）
蓄电池光伏充放电控制器的设计
DesignofPhotovoltaicChargingandDischargingControllerforStorageBattery
总计：
毕业设计（论文）25页表 格：
1 个
插 图 ：
19 幅
南阳理工学院本科毕业设计（论文）
蓄电池光伏充放电控制器的设计
DesignofPhotovoltaicChargingandDischarging
ControllerforStorageBattery
学院（系）：
电子与电气工程系 专 业：
电气工程及其自动化 学生姓名：
田 润 学 号：
097409068 指导教师（职称）：
李 鉴（讲师） 评阅教师：
完成日期：
南阳理工学院
NanyangInstituteofTechnology
蓄电池光伏充放电控制器的设计
蓄电池光伏充放电控制器的设计
电气工程及其自动化专业田润
[摘 要] 能源危机的加剧使得光伏电能的应用越来越受到人们的重视，成为新能源利用的主流之一。
本文首先讨论了光伏充放电系统的特点和结构，针对光伏电池电压波动对充电系统带来的影响，进行深入分析，提出了解决办法。
其次对光伏充放电系统的硬件结构也进行了深入讨论，完成了主要元器件的选型和参数整定，设计了降压型BUCK功率变换回路、MOSFET驱动电路、PWM调制电路、电压电流反馈电路以及电压、电流调节器等主要硬件功能模块。
采用PIC 16F877A单片机对系统的工作状态进行综合管理。
[关键词]光伏发电；蓄电池充放电；工程设计法；中断子程序
DesignofPhotovoltaicChargingandDischargingControllerforStorageBattery
ElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyTIANRun
Abstract：
Becauseoftheenergycrisis,Photovoltaic（PV）powerismoreandmoreimportantforpeople,andithasbecomeoneofthemainstreamnewenergy.Inthistopic,thecharacteristicsofPVcharging/dischargingsystemhavefirstbeenanalyzed.Theperturbationinfluenceofphotovoltaiccellhasbeenanalyzed.Andthensomesolutionshavebeenputforward.ThenthehardwarestructureofPVcharging/dischargingcontrollerhasalsobeendeeplydiscussedinthispaper.Themaincomponentsselectionandparametersettinghavebeenfinished.Thesep-downDC/DC-BUCKcircuit,theMOSFETdrivecircuit,PWMmodulatorcircuit,voltageandcurrentfeedbackcircuit,currentandvoltageregulatorcircuithavebeendesigned.ThispaperadoptsPIC16F877Atomanagetheworkingstateofthesystem.
Keywords：
PVpowergeneration；batterycharging/discharging；engineeringdesignmethod；interruptsubroutines
II
目 录
1引言 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2光伏产业与光伏技术国内外现状 1
1.3本论文主要研究内容 2
2光伏充放电系统分析 3
2.1光伏电池阵列特性分析 3
2.2蓄电池充放电特性分析 5
2.3光伏充放电控制器的必要性分析 6
2.4基于DC/DC变换的光伏充放电控制器分析 7
3光伏充电控制系统分析 8
4光伏充放电控制器硬件设计 9
4.1预期技术指标与系统容量设计 9
4.2电路总体设计方案 10
4.3功率主回路设计 12
4.4MOSFET驱动电路设计 13
4.5电压和电流反馈电路设计 14
4.6调节器电路设计 15
4.6.1电流调节器实现 16
4.6.2电压调节器实现 17
5光伏充放电控制器软件设计 17
5.1总体软件流程图 18
5.2白天状态处理子程序 18
5.3夜晚状态处理子程序 19
5.4定时中断处理子程序 20
5.5程序优化及抗干扰设计 21
结束语 23
参考文献 24
致谢 25
1引言
1.1课题研究的背景及意义
随着能源危机问题的日益凸显，美国、日本以及西欧的许多发达国家政府都纷纷出台了很多有利于太阳能产业发展的针对性政策和法规，并且投入大量的人力、物力和财力以支持光伏能源的利用开发和研究。
光伏能源取之不尽、用之不竭，作为一种可再生利用的新能源，得到了广泛的应用。
光伏发电与常规发电如煤炭，石油，核能相比有如下的优点：
（1）普遍性。
地球上处处都有太阳能，不需要寻找、运输。
（2）无害性。
没有废渣、废料、废气、废水的排放，没有噪声，不会污染环境，没有公害。
（3）长久性。
只要有太阳，就有太阳能，因此太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。
（4）巨大性。
一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍。
由于光伏能源存在上述的优势，光伏发电在世界范围内受到高度重视，发展很快。
从远期看，光伏发电将以分散式电源进入电力市场，并部分取代常规能源；从近期看，光伏发电可以作为常规能源的补充，解决特殊应用领域，如通信、信号等的野外电源，和边远无电地区民用生活用电需求，从环境保护及能源战略上都具有重大的意义。
1.2光伏产业与光伏技术国内外现状
太阳能光伏发电产业自20世纪80年代以来持续高速发展，每年以30%-40%的速度递增。
光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及亚洲等各国，普遍受到重视。
尽管利用太阳能光伏发电具有许多优点，但是其发电的价格比常规电力价格高出许多，在电力市场上无法与常规能源进行竞争。
20世纪90年代以前，太阳能光伏发电主要应用在边远的农村无电地区以及远距离通讯、光伏水泵等产业领域。
为了鼓励光伏能源的开发和利用，各国政府分别积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展。
其中，以美日德等西方发达国家为主。
美国计划到2010年要求发电成本降到7.7美分/千瓦时；日本计划到2010年一半以上的新居屋顶将安装光伏太阳能光伏发电系统；德国政府颁布的“可再生能源法”于2000年4月1日正式生效。
此外，意大利、印度、瑞士、法国、荷兰、西班牙都有类似的计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。
从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域。
大功率应用如光伏集中发电并网、屋顶光伏电池建筑等发展迅速；中小功率应用如光伏路灯，景观灯，广告等己逐渐成
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为市场主力。
我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。
在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距不断减小。
2008年北京奥运会，国家计划将太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现。
但与发达国家相比还存在相当大的差距。
首先，我国生产规模较国外比较小，自动化水平比较低；其次，专用原材料国产化程度也不高。
因此，我国光伏产业在国内外市场上仍面临着非常严峻的考验。
光伏技术方面，随着硅工艺技术的提升，光伏电池本身的的成本和发电效率不断的提升。
目前光伏电池的发电成本可以达到24元/WP，转换效率可达20%.大规模中长期应用较传统的发电方式优势越发明显。
并且近几年来，伴随低功耗、高光通量LED技术日趋成熟，各有关部门都纷纷出台了以LED灯取代传统的高功耗，低光通量照明设备的政策。
对照明功耗要求的降低，使得装配容量较小蓄电池的光伏系统就可以满足LED作为照明负载对能耗的需求，无形中为中小功率光伏系统的应用提供了一个广阔的平台。
深圳市不久前就正式发布
《LED产业发展规划（2009-2015年）》，争取到2010年，深圳市LED相关产业年产值达到280亿元以上；到2015年，深圳市LED相关产业年产值达到1300亿元以上。
如果这些这块市场中适合于光伏充放电系统供电的场合如光伏路灯，景观灯，广告灯等能
部分或全部采用光伏系统供电，那么带给光伏市场的经济推动力和价值是非常可观的[1]。
目前，光伏充放电控技术主要的趋势是在光伏电池与蓄电池之间通过DC/DC电力变换设备，对光伏电池的输出能量进行电力变换，控制其输送到蓄电池的充电电压、充电电流符合蓄电池的需求，从而保护蓄电池，延长系统的使用寿命。
蓄电池光伏充放电控制器国内外均有产品问世。
例如德国STECA太阳能路灯控制器，北京汇能精电科技有限公司太阳能路灯控制器，哈尔滨格瑞太阳能公司太阳能路灯控制器等。
大多数光伏充放电控制器产品是采用脉冲式电压的充电方式对蓄电池进行充电，控制器对功率主回路输出的电压、电流控制性能指标分析与设计稍显不足。
国外的控制器多采用专门设计的集成芯片控制，价格昂贵，在性价比上也有欠缺。
1.3本论文主要研究内容
介于现有相关资料对光伏充放电控制器的探讨多是以实现某些具体功能为切入点，并没有对光伏充电系统进行建模分析与计算，忽略了光伏充放电控制器性能指标的优化设计问题，可能会造成光伏充放电控制器实际运行状况并不理想。
针对这一不足，本文从光伏充放电系统的特点出发，在建立光伏充电系统数学模型的基础上，采用连续时间系统的工程设计方法，对充电回路进行设计，使得光伏充放电系统的性能指标
得到改善。
在改善光伏充放电系统性能的基础上，再展开各种功能上的开发。
力求完成一种性能良好、功能完善的中小功率光伏充放电系统的软硬件设计。
本文对光伏充放电系统的硬件结构也进行了深入讨论，完成了主要元器件的选型和参数整定，设计了降压型BUCK功率变换回路、MOSFET驱动电路、PWM调制电路、电压电流反馈电路以及电压、电流调节器等主要硬件功能模块。
本课题采用PIC16F877A单片机对系统的工作状态进行综合管理。
文中阐述了软件总体设计构架和主要软件功能模块的设计思想。
完成了蓄电池充电过充保护、蓄电池过放保护、自动调整充电状态给定、光控负载通断以及设定主要充放电参数等功能的设计。
2光伏充放电系统分析
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