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1、毕 业 设 计（论 文）题 目： 太阳能光伏系统控制器的设计与制作 (英文)：A design and production of solar photovoltaic system controller 院 别： 自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 太阳能光伏系统控制器的设计与制作摘要随着经济的发展，人口的增长和科学技术的进步，人类对化石能源的消耗量不断增大，能源危机和环境问题日益突出，可再生能源的利用也因此引起了人们的广泛关注。要实现环境和能源的可持续发展，除了通过技术创新、制度创新、产业转型等多种手段，尽量减少煤炭，石油等高碳能源消耗，并提
2、高人们的节能意识外，开发新能源的应用是更重要的手段，其中太阳能光伏发电是主要的新能源之一。本文分析了基于PIC12F675单片机制作的太阳能光伏系统控制器的工作原理及功能。本文中太阳能光伏系统控制器结合了太阳能电池的输出特性，分析设计简单合理的光伏控制器系统，以及针对对蓄电池充放电的特性，设计了蓄电池过充电与过放电保护。关键词：太阳能；光伏系统控制器；PIC12F675；蓄电池；过充电；过放电A design and production of solar photovoltaic system controllerABSTRACTAs the rapid development of eco
3、nomy and technology as well as the population growth, and increasing concern on the use of renewable energy is caused by the growing pollution and energy crisis due to the use of fossil-fuel-based energy. To realize the sustainable development of environment and energy, in addition to technology inn
4、ovation, system innovation, industrial transformation and other means, to minimize coal, oil contour carbon energy consumption, and improve peoples energy saving consciousness, development of new energy application is more important, the solar photovoltaic power generation is one of the major new en
5、ergyAnalyzed in this paper, based on PIC12F675 MCU produced by solar photovoltaic system the working principle and function of the controller. Solar photovoltaic system controller in this paper combined with the solar cell output characteristics, simple and reasonable analysis and design of photovol
6、taic controller system, and the battery charge and discharge characteristics, design the battery over charge and over discharge protection.Key words: Solar Energy; Photovoltaic system controller; PIC12F675; storage battery;overcharge; over discharge目 录1 绪论11.1太阳能光伏系统控制器的的概述11.1.1什么是太阳能光伏系统控制器11.1.2太
7、阳能光伏系统控制器的分类11.2 太阳能光伏系统控制器的研究意义与研究现状21.2.1研究意义21.2.2研究现状32 太阳能光伏系统控制器系统的组成52.1太阳能电池板52.1.1太阳能电池发电原理62.1.2太阳能电池的输出特性72.2 蓄电池22.2.1铅酸蓄电池的充电方法32.2.2光伏系统蓄电池特殊性42.3 系统控制器52.3.1PIC12F675单片机52.3.2场效应管72.3.3硬件元件清单83 光伏系统控制器的硬件设计103.1 电路原理图103.2 单片机电路103.3 充放电控制器123.4 工作过程153.5 PCB布局图163.6电路的仿真164 光伏系统控制器的软
8、件设计214.1软件设计的开发环境214.2 程序设计214.2.1主程序224.2.2定时中断服务子程序234.2.3A/D转换子程序254.2.4数值比较子程序264.3 程序的配置与烧写265 结论与展望285.1 结论285.2 展望28参考文献29致谢30附录A31附录B331 绪论1.1太阳能光伏系统控制器的的概述1.1.1什么是太阳能光伏系统控制器太阳能光伏系统控制器由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。太阳能光伏系统分为离网发电系统与并网发电系统：1、离网发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交
9、流负载供电，还需要配置交流逆变器。2、并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网发电的主流。太阳能光伏系统控制器工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求
10、。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。本次课题制作的小功率太阳能光伏发电装置一般不存在和电网并网的可能，因此需要在不用电的时候用蓄电池把电能储藏起来，需要用电时再使用蓄电池中储藏的电能。 1.1.2太阳能光伏系统控制器的分类光伏充电控制器基本上可分为五种类型：并联型光伏控制器、串联型光伏控制器
11、、脉宽调制型光伏控制器、智能型光伏控制器和最大功率跟踪型光伏控制器。 1、并联型光伏控制器。当蓄电池充满时，利用电子部件把光伏阵列的输出分流到内部并联电阻器或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉。并联型光伏控制器一般用于小型、低功率系统，例如电压在12V、20A以内和系统。这类控制器很可靠，没有继电器之类的机械部件。 2、串联型光伏控制器。利用机械继电器控制充电过程，并在夜间切断光伏阵列。它一般用于较高功率系统，继电器的容量决定充电控制器的功率等级。比较容易制造连续通电电流在45A以上的串联型光伏控制器。 3、脉宽调制型光伏控制器。它以PWM脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时，脉冲的
12、频率和时间缩短。按照美国桑地亚国家实验室的研究，这种充电过程形成较完整的充电状态，它能增加光伏系统中蓄电池的总循环寿命。 4、智能型光伏控制器。基于MCU（如Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）对光伏电源系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏阵列进行切离和接通控制。对中、大型光伏电源系统，还可通过MCU的RS232接口配合MODEM调制解调器进行距离控制。 5、最大功率跟踪型控制器。将太阳能电池电压V和电流I检测后相乘得到功率P，然后判断太阳能电池此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，刚调整脉宽，调制输出占空比D
13、，改变充电电流，再次进行实时采样， 并作出是否改变占空比的判断，通过这样的寻优过程可保证太阳能电池始终运行在最大功率点，以充分利用太阳能电池方阵的输出能量。同时采用PWN调制方式，使充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。本次课题设计是属于智能型光伏控制器中的一种。1.2 太阳能光伏系统控制器的研究意义与研究现状1.2.1研究意义随着社会的发展，能源问题已经成为全球最为关注的问题之一，能源危机已经成为全人类所面临的主要危机，特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧，电力紧张阻碍着我们的日常生产、生活，甚至严重影响到我国经济的发展与社会文明的进步。常规化石燃料的无节制使用和二十世纪
14、七十年代发生的两次石油危机，使得人们越来越清醒地认识到化石燃料资源迟早会枯竭耗尽。根据我国现已探明可丌采的化石能源储量的统计和使用这些能源的速度，可以预计，煤可以应用的时间约为54-81年，石油为15-20年，天然气的时间28-58年，核燃料使用的时间也不会超过百年，前一个数字是预测的估计，后一个数字是保守的估计。因此找到一条可持续发展的包括太阳能在内的可再生能源等的新出路，将是我们避免人类能源短缺与枯竭的紧迫任务。随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，不可再生资源的大量消耗及能源价格的飞涨，给人类带来了不安。寻找一种廉价的新型可再生能源代替石油等不可再生能源成为世界各国的发展方向。地球表面每
15、年接受太阳的辐射量达5.41024J，相当于1.81014t标准煤。若将其中的0.1%按转换率5%转换为电能，每年发电量可达5600TWh，相当于目前全世界年能耗的40倍。因此，太阳能发电对今后能源发展有着特别重要的意义。且太阳能的诸多优点使发展太阳能已是大势所趋，太阳能时代的到来已为时不远了。太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量。太阳能一般分为两类：太阳能光伏和太阳热能。其中太阳能光伏有着极其重要的应用。它用由硅制成的光电板组件接受阳光，转换太阳能为电能并将其储存在蓄电池等储能器件中。储存的能量能够在人们需要的时候使用，并且太阳能是可再生资源2，所以太阳能光伏发电是一种可代替旧能源的有效、便捷的方法。太阳能光伏发电目前具有比较成熟的技术。其具有安全可靠、无噪音、无污染、能量随处可得、不受地域限
