太阳能功率优化器升压系统的研究与实现

太阳能功率优化器升压系统的研究与实现

目录

第1章绪论 (3)

1.1 现如今全球的能源状况 (3)

1.2 太阳能的优点 (3)

1.3 国内外太阳能光伏发电的发展现状 (3)

1.4 太阳能光伏发电系统所面临的问题 (3)

1.5 本文的研究目的和进度安排 (3)

第2章太阳能光伏电池 (3)

2.1 太阳能光伏电池的工作原理 (3)

2.2 太阳能光伏电池的种类 (3)

2.3 太阳能光伏电池的输出特性 (3)

2.4 太阳能光伏发电系统的组成 (3)

本章小结 (3)

第3章光伏阵列架构的分析 (3)

3.1 集中式MPPT架构 (3)

3.2 分布式MPPT架构 (3)

3.3 接入功率优化器（MPPT）的光伏阵列架构 (3)

本章小结 (3)

第4章DC-DC变换器 (3)

4.1 DC-DC变换器的种类 (3)

4.2 升压式DC-DC变换器 (3)

4.3 降压式DC-DC变换器 (3)

4.4 升/降压式DC-DC变换器 (3)

本章小结 (3)

第5章实现最大功率点跟踪的原理分析 (3)

5.1 阻抗匹配的原理 (3)

5.1.1 简单电路中阻抗匹配的原理 (3)

5.1.2 升压式DC-DC变换器实现阻抗匹配的原理 (3)

5.1.3 降压式DC-DC变换器实现阻抗匹配的原理 (3)

5.2 MPPT算法的介绍 (3)

5.2.1 恒定电压控制法 (3)

5.2.2 扰动观察法 (3)

5.2.3 导纳增量法 (3)

本章小结 (3)

第6章TMS320F28035微控制器 (3)

6.1 TMS320F28035的介绍和亮点 (3)

6.2 TMS320F28035的引脚分配 (3)

6.3 TMS320F28035的引脚功能 (3)

本章小结 (3)

第7章系统设计 (3)

7.1 DC-DC级的实施 (3)

7.2 扰动观察算法的实现 (3)

7.3 改进型扰动观察法 (3)

本章小结 (3)

总结与展望 (3)

致谢 (3)

参考文献 (39)

第1章绪论

1.1 现如今全球的能源状况

随着社会的发展和人们生活水平的提高，我们也增加了对能源的需求量。众所周知，我们现在正广泛使用的石油、天然气还有煤炭等这些不可再生资源的存储量正在逐渐减少。现在，如果我们不立即行动起来使能源问题得到妥善解决，势必将会大大的影响社会的发展和人们的日常生活。所以，解决能源问题将成为21世纪的一个重要举措和挑战。

绝大数国家的能源主要是以不可再生资源为主，这也带来了许多的隐患。例如：全球的二氧化碳排放量大约为每年二百多亿吨，这一问题是全球变暖的主要导火索，我们都知道全球变暖将会导致海平面的升高，海水将会大量涌出，许多地区将会面临被淹没的危机，人们将会失去生命和财产甚至是家园。这正是因为这些燃料中含有硫氧化物在空气中燃烧后将会形成酸雨，导致全球的酸雨排放量增多，酸雨对于农业，畜牧业还有建筑业等都有非常严重的危害。再就是，燃料中的碳元素如果在氧气含量少的情况下形成不完全燃烧，将会产生一氧化碳，我们都知道过多的一氧化碳一旦与人体内的血红蛋白结合的话，这个时候，人体内血红蛋白的携氧能力相会变得很弱，人体一旦吸入的氧气含量少，就很有可能使人产生窒息。所以人们一旦吸入了过量的一氧化碳将会面临严重的生命危险。

自从邓小平同志实行改革开发之后，我国的经济慢慢复苏，逐渐形成了一个快速发展的局面，但是却受到能源储存量的限制。我国的能源利用主要是以非常稀缺的不可再生资源为主。根据国土资源局的预测，我国的石油和天然气的储量将会在五十年左右枯竭，煤炭的储量也将会在二百年左右用光，所以我们要加快对新能源开发的步伐。随着“可持续发展”这一概念的深入人心，这要求我们必须要开发出取之不尽，无污染，成本低的新能源[1]。太阳能这一友好型能源成为全球人们关注的焦点。

1.2 太阳能的优点

现如今人们对太阳能的利用主要有两种方式：光电转换和光热转换。前者的转换方式具有无限潜力并发展迅速。它主要具有以下优点：

（1）它是丰富的能源之一，不需要搭建传输电线，对于交通运输不便利的农村、孤岛还有边远山区来说，可以很方便的开发利用。

（2）总所周知，太阳能是一种清洁的能源，再利用之后不会产生像废气、废水、噪音等污染，可以使环境得到很好的保护。

（3）对于可靠性要求高的场所，太阳能光伏发电系统是首要选择，出故障的概率

低，运行维修容易。

（4）太阳能光伏发电系统安装简单，同时它是模块化安装，可以根据客户的实际需求来选择要安装的容量。

太阳能及其开发系统有着无与伦比的优点，如果能够很好的利用太阳能，一定能够更好的造福于人类[2]。

1.3 国内外太阳能光伏发电的发展现状

太阳能光伏发电具有许许多多的优点。国外对太阳能光伏发电方面已经提出和实施了很多的计划方案。如“百万太阳能屋顶计划”“光伏建筑物计划”“1000太阳能屋顶计划”“新阳光计划”等。其发电技术伴随着科技的不断进步，从而应用的越来越普遍。

我国的太阳能光伏发电系统起步虽然晚了一些，但是却以较快的速度在发展。不仅解决了部分国内市场的需要同时也在人们的生活中起到了无可替代的作用。但是，与发展国家的差距还是很大的。所以我国面对的考验仍然较为严峻。2013年对于太阳能光伏发电是具有历史性的一年，全球的光伏发电系统装机容量累计达到了136.7GW，相对于2012年增长了35%。从世界范围的角度来说，光伏发电系统现在已经完成了对初期的开发阶段。

总之，如果可以使太阳能这一可再生资源得到最大的利用率，这将成为具有非常重要意义的创举。

1.4 太阳能光伏发电系统所面临的问题

能源系统设计工程师面临的一个重大挑战是找到一个发电效率和成本效益俱佳的太阳能发电系统。太阳能电池板或者发电系统也存在着一系列的不匹配问题，如生产工艺，产品老化，污渍灰尘，光线被遮挡等。能够将太阳能电池板上的阴影问题得到解决，显得尤为重要。为什么这么说呢？太阳能电池板被阴影遮挡后将会停止光电转换，降低整串太阳能电池板的发电效率。同时，生活中有太多的可能产生阴影问题的因素：树荫遮挡，鸟粪坠落，云彩流动等等[3]。这些都将会引发光伏组件的失配问题。

根据美国半导体实验室的实验数据得到太阳能光伏系统被不同大小的阴影所遮挡将导致的能量损失数据，如下表1-1：

表1-1 太阳能光伏系统阴影遮挡面积所导致的能量损失