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1、石家庄铁道大学毕业设计太阳电池最大输出功率跟踪方法研究Solar Cells Maximum Output Power Tracking Method Research 2011届 电气工程 系 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导老师 完成日期 2011年05月 25日毕业设计成绩单学生姓名 学号 班 级 专业电气工程及其自动化毕业设计题目太阳电池最大输出功率跟踪方法研究指导教师姓名 指导教师职称讲师评 定 成 绩指导教师王振玉得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩： 系主任 签字：年 月 日毕业设计任务书题目太阳电池最大输出功率跟踪方法研究学生姓名 学号 班级 专业电气工程及其自
2、动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名 导师职称讲师一、主要内容研究太阳电池最大输出功率跟踪方法和特点，综述应用的太阳电池最大输出功率跟踪的方法。二、基本要求分析太阳电池光伏等效电路，根据其等效电路写出关于太阳电池最大输出功率跟踪的文献。三、主要技术指标（或研究方法）查阅相关资料，进行理论研究，写出关于国内外太阳电池最大输出功率跟踪研究的文献。四、应收集的资料及参考文献1.太阳能光伏发电应用技术2.太阳能电池从原理到新概念五、进度计划第1-2周：课题调研、收集、学习参考资料，查阅外文资料，作开题报告第3-5周：制定毕业设计方案。第6-13周：查阅书籍，参考太阳能最大输出功率跟踪方法。第14-1
3、5周：整理并撰写毕业设计论文，提交论文给指导老师。第16周：答辩教研室主任签字时间 2010年12月16日毕业设计开题报告题 目太阳电池最大输出功率跟踪方法研究学生姓名 学号 班级 专业电气工程及其自动化一、研究背景：随着传统能源的日益枯竭，光伏已经成为一种十分具有潜力的新能源。光伏发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，越来越受到关注，在未来的供电系统中将占有重要的地位，光伏电池是作为光伏发电系统中功率输出的源头，但它的物理特性受外界环境影响比较大，如温度和光照强度的变化都可以导致输出特性发生较大的变化，这些特性直接影响了光伏电池的最大功率的输出，所以充分利用光伏电池转换的能量是研
4、究的必然要求。二、国内外研究现状：对于最大功率点的问题，国内外曾经提出过多种的跟踪方法，如定电压跟踪法、增量点导法、扰动观察法、功率回授法等，这些算法的计算量很大、实现较困难，研究的结果都不很理想，所以研究太阳电池最大输出功率的跟踪具有很大的意义。三、研究方案：人们最早对MPPT技术的研究是将多个太阳能电池按不同的并联和串联的排列方式组合起来，在特定的外界环境和负载的情况下，通过改变太阳能电池的排列方式，可以达到较大功率(接近最大功率点)的输出。随后出现两种基本的MPTP研究方法:扰动观察法和电导增量法，其中，扰动观察法的结构简单、被测参数少，而电导增量法在外界环境发生迅速变化时，其动态性能和
5、跟踪特性方面比扰动观察法好。但是这两种方法都存在着一个共同的缺点，即步长固定，如果步长过小，就会导致光伏阵列长时间地滞留在低功率输出区；如果步长过大，就会导致系统振荡加剧。针对这一缺点提出了变步长寻优法：当距离最大功率点较远时，步长取大，寻优速度加快;当距离最大功率点较近时，步长取小，慢慢接近最大功率点;当非常接近最大功率点时，系统稳定在该点工作。随着数字处理器的产生，MPTP控制变得更方便、快捷，但是在数字式实现电导增量法MPTP控制的情况下，决定最大功率工作点时总存在着误差。扰动观察法是目前实现MPPT常用的方法，它通过不断扰动太阳能光伏系统的工作点来寻找最大功率点的方向。其原理是先扰动输
6、出电压值，然后测其功率变化，与扰动之前的功率值相比，如果功率值增加，则表示扰动方向正确，继续朝同一方向扰动;如果扰动后功率值小于扰动前的值，则往相反的方向扰动。四、预期结果：根据自己能力要求和参考的文献资料，期望能够综述出太阳能最大输出功率的研究方法的优缺点。指导教师签字时 间年 月 日摘要太阳能光伏电池是一种新的绿色能源，很多人都在探索并努力的最大利用太阳能，由于光伏发电系统中光伏电池的输出特性具有唯一的最大功率点，需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪(MPPT)。通过分析太阳能光伏电池的原理和数学模型，说明温度和日照对太阳能光伏电池最大输出功率的影响，为研究太阳能电池最大功率跟踪打出基础，现
7、在人们已经提出了一些太阳电池的最大功率点跟踪方法，介绍目前我国太阳能光伏发电技术的应用，并根据不同场合的需要，对太阳能光伏发电系统进行了分类。本文通过查阅文献资料，综述了几种常见的最大功率点跟踪方法中存在的一些优点和缺点，并对最常用的扰动观察法在理论上做出了一些改进，望其能更好的达到最大输出功率跟踪的要求。关键词：太阳能最大功率跟踪光伏Abstract Solar photovoltaic cell is a new kind of green energy, many people are exploring and efforts to the maximum use of solar e
8、nergy, because the output characteristics of photovoltaic cells in a photovoltaic system with unique maximum power point, needed on photovoltaic maximum power point tracking (MPPT). By analyzing principle and mathematical model of solar photovoltaic cells, shows temperature and sunshine effect on ma
9、ximum output power of solar photovoltaic cells, to study solar maximum power point tracking outgoing foundation, now people have come up with some method of maximum power point tracking for solar cells, the current application of solar PV technology in China, and according to the needs of different
10、occasions, solar photovoltaic power generation system are classified.Through access to literature, review some common methods of maximum power point tracking some of the advantages and disadvantages exist, and on the most common disturbance observation in theory made some improvements, hope to bette
11、r achieve its maximum output power tracking requirements.Key words：Solar energyMaximum powerTrackingPV 目录第1章绪论11.1课题背景11.1.1能源危机及环境污染问题11.1.2太阳能的开发和利用21.2太阳能光伏发电产业的广阔前景31.2.1国外光伏发电产业的发展31.2.2我国光伏发电产业的发展4第2章太阳能光伏发电系统概述62.1太阳能光伏发电系统的组成62.2太阳能光伏发电系统的分类62.3太阳能光伏发电系统的应用6第3章太阳能光伏电池的建模和特性83.1太阳能光伏电池的原理83.2
12、光伏电池的数学模型93.3光伏电池电气特性10第4章DC/DC变换器的设计124.1典型的DC/DC变换电路124.1.1降压式变换器124.1.2升压式变换器124.2升压变换器的工作原理13第5章最大功率点跟踪研究155.1最大功率点跟踪的原理155.2最大功率点跟踪的研究进展165.2.1MPPT在电力电子技术应用方面的研究进展165.2.2MPPT在控制理论方面的研究进展165.3几种最大功率点跟踪方法的比较175.3.1定电压跟踪法175.3.2传统扰动观测法和爬山法175.3.3电导增量法185.4改进的扰动观察法18结论与展望23参考文献24致谢25附录26I石家庄铁道大学毕业设
13、计第1章绪 论1.1课题背景1.1.1能源危机及环境污染问题能源犹如人体的血液。十八世纪的工业革命，大大推动了人类社会的生产力水平，使人类进入了机器大生产的工业时代。从此，人类大规模地开采矿产、石油、砍伐森林、开垦草原，满足世界经济的发展。可以说，世界经济的现代化，得益于传统能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。因而它是建筑在传统能源基础之上的一种经济。然而，这一经济的资源载体将在21世纪上半期迅速地接近枯竭。能源危机迫在眉睫。根据对石油储量的综合估算，可支配的传统能源的极限大约为11801510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2亿年左右年宣
14、告枯竭;天然气储备估计在131800152900兆立方米，年开采量维持在2300兆立方米，将在5766年内枯竭;煤的储量约为5600亿吨，1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年;铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期;核聚变到2050年还没有实现的希望。传统能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终将葬送现代市场经济。事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由传统能源的重新配置与分配而引发1。总之，能源危机随时会爆发，它的爆发将具有爆炸性!环境污染问题也成为人们普遍关注的焦点。环境污染是指对生态系统有害的物质进入环境后对生态系统所造成的干扰和损害的现象，对人类以及其他生物的生存和发展会产生不利影响。例如，由于化石燃料的燃烧，大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，危及人类和其他生物的身体健康，同时还会腐蚀材料，给人类
