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1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 I 页 摘摘 要要 近年来，在全球能源危机不断加剧的情况下，世界上很多国家开始投入对新能 源的探索和发展，我国也紧随其步伐，制定了相关的发展及推广使用计划，明确了 发展安全清洁高效的现代能源技术，推动新能源生产和消费革命。在太阳能光伏发 电的应用领域，保证太阳能发电系统稳定可靠的运行是基础,也是提高太阳能转换 率必需具备的条件，所以工作状态监控是太阳能光伏发电系统的重要组成部分。 本文通过对目前太阳能发电技术的发展背景以及现状的分析，结合相关理论知 识，对离网型光伏发电系统的组成结构进行了设计和分析，并结合智能电网的大主 题，设计了一套基于 STC
2、89C52 单片机的智能化太阳能监控装置，其主要功能包括 了对光伏方阵工作温度、工作电压、工作电流以及环境光照强度的参数进行采集， 并通过 RS-232 总线传输至 PC 端，供工作人员实时分析及控制，对于其中的温度、 光强采集制作了硬件演示设备，实现了对参数的采集和显示，同时通过上位机与下 位机之间的串口通信实现了人机互动。课题还针对太阳能的最大功率跟踪、提高太 阳能转换效率的解决办法、温度控制充电电压等典型问题提出了可行性策略。 关键词：关键词：太阳能；光伏；单片机；监控， 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 II 页 Abstract In recent years, with
3、 the increasing acute global energy crisis, many countries begin to explore and develop the new energy investment in the world. China also follows the pace and make a lot of plans that are concerning develop and promote the new energy .Our country defines the development of safe, clean and efficient
4、 modern energy technologies, what is more, China should promote the new energy production and consumption of the revolution. In the field of solar energys application, to ensure the stability and reliability of the solar power system is the basis and it is also a condition of improving the conversio
5、n rate of solar energy. So the monitoring device is an important part of the solar photovoltaic power system. Through the analysis of the current status of solar power generation technology and the development background of solar power generation technology also combined with theory knowledge, this
6、paper is carried out the whole analysis and design of off-grid photovoltaic systems composition structure, combined with the theme of the smart grid.I have designing a set of intelligent solar monitoring device based on STC89c52 single-chip microcomputer, the main features include the work of photov
7、oltaic array s temperature, voltage, current and ambient light intensity parameters were collected and send it to the PC terminal through the RS-232 bus, the worker can timely to analysis and control for it.This project makes the temperature and light intensity collection hardware demonstration equi
8、pment, the demonstration equipment have parameter acquisition and displays functions and through serial port to communication between the PC and worker, realize the human-computer interaction. The topic also make the idears of solar energy maximum power tracking, the solution of the solar energy con
9、version efficiency and the temperature control of the charging voltage and so on. Key words: solar energy; photovoltaic; single-chip microcomputer; monitoring, 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目录 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT . II 1 绪论 . 1 1.1 太阳能发电技术 . 1 1.1.1 发展背景 . 1 1.1.2 技术原理及应用 . 1 1.2 太阳能发电监控装置 2 1.3 本文主要研究内容 3 2
10、 光伏发电系统组成结构设计 . 4 2.1 光伏发电系统结构及原理 4 2.2 电池单元 5 2.2.1 太阳能电池的分类 . 5 2.2.2 太阳能电池的工作原理 . 6 2.2.3 影响转换率的因素 . 6 2.3 控制器单元 6 2.4 逆变器单元 7 2.4.1 逆变器的分类 . 7 2.4.2 离网型光伏逆变器 . 7 2.4.3 并网型光伏逆变器 . 8 2.4.4 光伏逆变器性能参数 . 8 2.5 蓄电池储能单元 9 2.5.1 光伏发电储能装置分析 . 9 2.5.2 温度控制充电电压策略 . 10 3 光伏发电监控系统设计 . 11 3.1 光伏发电系统监控系统分析 11
11、3.2 测温装置设计 11 3.2.1 方案论证 . 11 3.2.2 原理图设计 . 12 3.3 电源电路设计 16 3.3.1 设计方案规划 . 16 3.3.2 变压设计 . 16 3.3.3 整流设计 . 17 3.3.4 滤波设计 . 18 3.3.5 稳压设计 . 19 3.4 直流电压电流检测电路设计 19 3.4.1 设计方案规划 . 19 3.4.2 模数转换模块设计 . 20 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目录 3.4.3 直流电流检测设计 . 20 3.4.4 直流电压检测设计 22 3.5 最大功率点跟踪电路设计 22 3.5.1 设计意义 . 22 3.
12、5.2 设计方法分析 . 22 3.5.3 跟踪电路设计 . 23 3.6 太阳光照强度测量电路设计 25 3.6.1 方案论证 . 25 3.6.2 设计原理图 . 25 4 硬件制作及调试 . 26 4.1 硬件制作 26 4.2 硬件调试 26 5 软件程序设计 . 28 5.1 上位机设计可行性分析 28 5.2 初始化设计 28 5.2.1 数据初始化程序分析 . 28 5.2.2 串口初始化程序分析 . 28 5.2.3 显示窗口的初始化 . 29 5.2.4 建立数据日志设计 . 30 5.3 串口设置 30 5.4 温度、光强处理方案 31 5.5 控制下位机设计 34 5.6
13、 界面设计 34 5.6.1 员工登录界面设计 . 34 5.6.2 采集界面设计 . 35 5.7 下位机程序设计 36 5.7.1 主程序设计 . 36 5.7.2 接收中断程序设计 . 37 6 结束语 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 42 附录一 硬件演示设备原理图 . 43 附录二 硬件演示设备 PCB 图 . 44 附录三 太阳能发电系统结构示意图 . 45 附录四 硬件演示设备源程序 . 46 附录五 元件清单 . 70 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 70 页 1 绪论 1.1 太阳能发电技术 1.1.1 发展背景 随着人类在科技领域的发展以
14、及社会的进步，对新能源的要求逐日增加，如何 选择新型能源，已经成为了人类所亟待解决的问题。在当前所使用的能源中，火电 占了大部分比例，但伴随而来的是环境的污染以及将来可能面临资源枯竭的危险， 而水电和核电也由于种种局限性，不能成为主要使用能源。而太阳能则是通过太阳 的光照使光方阵进行光电变换来产生电能。这种方式与其他发电方式不一样的是， 它具有取之不尽用之不竭、不产生任何污染物的特点，在地域上不受任何资源分布 限制；在使用方面，可根据需求设立发电点；电能质量比较高；转换时间时间短。 总而言之，太阳能具有极大优点，是未来能源结构调整和应对气候日益恶劣的最优 能源。 目前，世界上很多经济发达的国家
15、都对本国的光伏产业提出了发展规划。近邻 日本，在 2004 年 6 月份有日本能源发展组织提出了面向 2030 光伏路线图 即 PV2030 计划，这一规划的具体目标是：到达 2030 年后，安装的太阳能电池组件达 到约 100GW，要使光伏技术成为日本最为关键的技术之一；在 2004 年 3 月份，欧盟 的联合研究中心发布了欧洲光伏研发路线图 ，这一报道指出，预计到 2030 年， 欧盟等国的通过太阳能发电产生的电能将占总电量的 10%以上，到 2040 年为止，这 一指标将上升到 20%，到 21 世纪末，要突破 60%；在 2007 年的 6 月，美国的相关 机构也提出了关于发展太阳能的
16、国家太阳能项目路线图 ，针对美国国内几种重 要太阳能电池，从价格、可靠度、工作效率、发电成本等方面分别提出了规划。 我国也于 2007 年由国家发改委提出了可再生能源中长期发展规划这一规 划提出了未来光伏发电产业的中长期目标：预计到 2015 年累计安装量达到 250MW， 到 2020 年安装要能够达到 1600MW， 但实际安装情况已经远远超过预想计划， 到 2015 年止，我国太阳能安装量已达 19GW。在 2012 年，国家工信部公布了太阳能光伏 产业“十二五”发展规划这一报告，报告提出了对各大光伏企业的要求，要求到 2015 年止，多晶硅领先企业要达到 5 万吨级，骨干企业达到万吨级；太阳能电池企 业安装量达到 5GW 级，整体成本下降约 35%。虽然我国光伏产业起步较晚，但基于 政府的政策扶植和其他发展国家市场的带动，使得我国光伏生产能力也迅速增长， 可以预期， 21 世纪末期，太阳能将成为各国使用的主要能源。 1.1.2 技术原理及应用 太阳能光伏
