《家用光伏发电系统能量流控制研究——毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《家用光伏发电系统能量流控制研究——毕业论文（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I武汉理工大学毕业设计（论文）家用光伏发电系统能量流家用光伏发电系统能量流 控制研究控制研究学院（系）： 自动化学院专业班级： 电气工程 学生姓名： XXXXXXXXXX 指导教师： XXXXX II摘要摘要随着时代的发展和社会现代化的一步步前进，人类对能源的需求越来越多。如今，新能源开发成为解决能源问题的根本途径。在人们对新能源的不断探索中，电能始终处于举足轻重的地位。而太阳能光伏发电也正是新能源和可再生能源的重要组成部分。由此，在光伏发电这一问题中，本文探究了家用光伏发电系统的能量流控制方法。我们采用 MCGS 小型工业平板电脑对 MPPT 太阳能控制器及 48VDC/220VAC 双向转
2、换逆变器进行控制，以控制算法控制太阳能光伏发电并网、太阳能光伏发电充电、电网对蓄电池充电等能量流的流动，利用工业平板进行软件编程。最终实现对于家用光伏发电系统中电压、电流输入输出量等的反映，并简单分析能量流优化的方法，呈现出一个便于操作的触摸屏界面，并通过 Modbus 通讯协议实现与硬件的连接。关键词关键词：太阳能、发电、控制、工业平板、通讯 IIIAbstract With the development of the age and social modernization, a growing number of energy is demanded by peoples. Nowad
3、ays, the development of new energy has become a fundamental way to solve the energy problem. In the course of the continuous exploration of new energy, electric energy always plays a decisive role. At the same time, the solar photovoltaic power generation is an important part of new energy and renew
4、able energy. Thus, this paper explores the domestic photovoltaic power generation systems energy flowing control method for the issue of the photovoltaic power generation. We adopt MCGS small industrial panel PC to control MPPT solar controller and 48VDC/220VAC bidirectional conversion inverter. The
5、 control algorithm controls grid solar photovoltaic power generation, solar photovoltaic power generating and power on charging for the battery energy flowing with the method of industry tablet software programming. Ultimately, MCGS will reflect the home photovoltaic power systems voltage and curren
6、t quantity of input and output and analyze simply about energy flow optimization method. It also will reflect a touch screen interface which is easy for handing and connect protocol and hardware according to the Modbus communication. Key Words：Solar energy, Power generation, Control, Industrial pane
7、l PC, CommunicationIV目录目录摘要IAbstract.II目录.III第 1 章 绪论.11.1研究背景、目的和意义.11.2国内外研究现状.21.3光伏发电系统的原理.31.3.1 光伏电池的工作原理基础.31.3.2 MPPT 太阳能控制器.51.4 设计基本内容5第 2 章 家用光伏发电系统的组成.72.1 光伏发电系统的基本组成72.2 带有 MPPT 的光伏发电系统7第 3 章 通信协议.83.1 通信接口方案83.1.1 RS-232 通信83.1.2 RS485 通信 83.1.3 通信方案选择.113.2 Modbus 协议.113.2.1 协议介绍.113
8、.2.2 Modbus 上的数据传输.123.2.3 Modbus 信息帧143.2.4 错误校验方法.16V3.3 基于 RS-485 物理层的 Modbus 通信协议.173.3.1 主机/从机通信原理173.3.2 信息传输.173.3.3 设备地址.193.3.4 通信时序.19第 4 章 MCGS 工业平板控制.204.1 MCGS 组态软件的整体结构.204.2 MCGS 工程构建.214.3 控制结果24第 5 章 MPPT 能量流优化275.1 最大功率点跟踪控制（MPPT）法275.2 控制总体流程275.3 控制效果29第 6 章 总结与展望.30参考文献.31附录 A .
9、33附录 B36致谢.38武汉理工大学毕业设计(论文)1第第 1 章章 绪论绪论长期以来，人们就一直在努力研究和利用太阳能。我们地球所接收到的太阳能，虽然只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，但是这些能量相当于全球所需总能量的 34 万倍，可谓取之不尽，用之不竭。太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。特别是在近 10 多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料以扩大太阳能的应用领域。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应
10、用十分广泛，在一些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。电能是目前使用最广泛的能源利用形式，光电转换在太阳能的引用领域中占有重要的地位。太阳能电池就是一种经由太阳光照射后，把光的能量转换成电能的能量转换元件，由它组成的系统通常我们称之为光伏电池光伏系统。1.1 研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义电能是当今最重要的能源形式，使用方便，适用范围广。无论是国有大规模发电还是家用小规模发电，它都已在我们的生活中扮演着不可或缺的角色。然而，作为二次能源的电能，它并不能从自然界直接获得，需要一次能的消耗才能得到。无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平
11、，大约只有世界总储量的 105。从长远来看，可再生能源将是未来人类的主要能源来源，世界上多数发达国家和部分发展中国家都十分重视可再生能源对未来能源供应的重要作用。在新能源发展中，光伏发电是发展最快的产业之一,世界各国都把太阳能的开发和利用作为重要的研究内容。根据欧洲 JRC 的预测，到 2030 年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，达到 10%以上，可再生能源在总能源结构中占到 30；2050 年太阳能发电将占总能耗的 20%，可再生能源占到 50以上，到本世纪末太阳能发电将在能源结构中起到主导作用。利用小型工业平板电脑的控制算法监测系统从太阳能电池板和国家电网两向的电量信息，并显
12、示在工业平板电脑显示屏上，便于用户操作。进而，通过对系统的能量流数据进行分析，确定优化方案，最终实现对太阳能光伏发电并网、太阳能光伏发电充电以及电网对蓄电池充电过程中能量流流动的控制。我国的光伏产业虽然起步晚，但其发展迅速。如今，太阳能已经是我国重点开发、武汉理工大学毕业设计(论文)2利用和发展的新能源之一。近年来，政府出台了部分政策来鼓励发展家用光伏发电。尽管在发展过程中仍存在不足之处，但对于太阳能这一新能源能够走入寻常百姓家的进程来说，研究家用光伏发电系统对我们日常生活用电的提供来说是非常值得的。而能量流控制则是整个系统的关键部分，重中之重。我们希望可以根据控制算法所呈现出来的用电数据信息
13、，对家用光伏发电系统作进一步改进，从而优化或提高光伏发电系统的能效。1.2 国内外研究现状国内外研究现状随着世界各国陆续进行的工业化进程和现代化发展，能源消耗得越来越多，应运而生的世界光伏产业正迅猛发展。自 20 世纪 90 年代后半期开始，世界太阳能电池产量逐年增长，光伏产业也迅速蹿升为继 IT 行业之后发展最快的产业。美国是最早实现太阳能转换为电能的国家。1930 年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池” ，使太阳能变成电能。1954 年，恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶太阳能电池。在 2008 年新增装机容量已经列全球第 2 位16，20l1 年 2月 4 日，美
14、国能源部发起“Sunshot”计划，拟在 2020 年前将太阳能光伏系统总成本降低75，达到每千瓦时 6 美分，随后美国能源部宣布了一系列有条件贷款担保太阳能光伏项目，整个 2011 年美国阳能光伏发电装机容量为 1855 万千瓦，为 2010 年的两倍以上。美国光伏产业的迅猛发展主要得益于与光伏发电相关的组件价格大幅下降以及联邦政府的大力补贴。德国可以说是世界上对光伏产业支持力度最大的国家。其太阳能光伏电池的用量接近整个世界的一半，其光伏产业近几年来发展迅猛。德国 2009 年的太阳能总装机容量为4Gw，2010 年则迅速增长到 10Gw，2011 年更是创下世界纪录，年装机容量达到75Gw
15、。但由于其光伏产业发展的过于迅速，导致了光伏产业产能过剩，一系列老牌光伏产业申请破产，包括 solon、Gecko G 姒 lp 和 systaic 等著名厂商，其中 Solon 是德国光伏企业中最早上市的公司，为德国的明星企业。日本是最早推广光伏发电产业的国家之一，2004 年以前日本一直雄踞光伏产业的霸主地位，但自从 2005 年开始，日本取消了“阳光屋顶计划” ，装机容量呈下降趋势，2009 年后，日本重新开始太阳能屋顶补贴计划，光伏产业呈现发展新面貌，但由于20052008 年之间政府的消极政策，导致日本光伏技术比之欧洲国家相对落后，其太阳能电池价格偏贵。中国光伏产业发展相对滞后，国内
16、光伏市场狭小，2006 年以来中国光伏产品的出口武汉理工大学毕业设计(论文)3比例一直在 95以上，而国内太阳能总装机容量仅为全球总容量的 2。中国政府今年来连续颁布了一系列政策支持光伏产业，在， “十二五”期间，国家已明确了从两方面推动光伏发电应用：一是通过国际通行的招标方式，启动建设一批规模较大的并网光伏电站；二是继续大力推进和实施“金太阳示范工程” ，通过多种政策补贴的组合带动应用项目发展。1.3 光伏发电系统的原理光伏发电系统的原理1.3.1 光伏电池的工作原理基础光伏电池的工作原理基础太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。光伏电池，也叫太阳能电池，它是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。其中，光电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就
