毕业论文光伏发电1图片保存+变压器铁芯与线圈匝数.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流毕业论文光伏发电1图片保存+变压器铁芯与线圈匝数.精品文档.2013届毕业生毕业设计说明书题 目: 院系名称: 学生姓名: 指导教师: 目 次1 光伏应急电源概述41.1 光伏应急电源的发展背景41.2 研究目的与意义42 光伏应急电源系统52.1 光伏应急电源系统的组成52.2 光伏电池板的原理52.3 DC/DC变换器52.4 充电控制器62.5 逆变器63 系统硬件的设计与实现73.1 负载功率的计算73.2 蓄电池73.2.1 蓄电池容量的计算73.2.2 蓄电池的选择83.3 光伏电池板93.3.1光伏电池板的选择93.3.2 光伏
2、电池板的安装103.3.3 光伏电池板的保护电路设计113.4 DC/DC变换器123.4.1电压变换电路的基本介绍123.4.2电压变换电路工作与控制133.5 充电控制器143.5.1充电控制器的构成143.5.2 单片机的选择153.5.3 电压反馈模块163.5.4 电流检测模块163.6 DC/AC逆变器173.6.1 逆变器的功率173.6.2 逆变器的电路184 软件设计204.1 系统控制方案204.2 系统控制流程图21结论22致谢23参考文献24引言随着社会的发展,如何合理解决节约能源与保障安全的问题成为人们关注的话题。民用建筑光伏应急电源依靠太阳能发电解决了电能来源问题,
3、在市电发生故障时能够为建筑内部的消防照明灯等安全设施提供电能,可以说光伏应急电源为解决当前的节约能源与保障安给出了一个很好的处理办法。民用建筑光伏交流应急电源系统通过一些列的组件设计实现了将太阳能转变储存为人们需要的电能。系统中的控制器与逆变器是关键构件。充电控制器采用了智能化的单片机,可以大量的减少人的参与工作量。逆变器主要是使储存的电能转换成为负载所需要的交流电,使蓄电池的电能得到良好的应用。蓄电池的电压和电流的信息及时反馈给控制器后,控制器会结合设定的程序判断和决策是否给蓄电池充电,可以很好的预防蓄电池的过度充放电现象的发生,很好的维护了蓄电池的使用,间接的提高了系统的稳定性。光伏应急电
4、源由于依靠光伏发电提供电能,解决了市电故障时不能很好的保障应急设施电能供应的问题,提高了供电的稳定性,很好的保障了消防供电的质量,保障了建筑的消防安全设施的可靠性。此外,依靠太阳能发电还极大的缓解能源问题,在实现保障供电质量保障安全的同时也实现了节约能源与环境保护。1 光伏应急电源概述1.1 光伏应急电源的发展背景 在当今社会,伴随着社会的进步,人们对于自身与社会和谐发展的意识不断提高,能源、安全与健康问题逐步受到人们的关注。当下我们所需要的能源主要还是来自于对石油、煤等化石燃料的利用,这些化石燃料随着不断地开采利用,正在迅速的减少,而且化石燃料的使用过程中还产生了大量的污染物,如产生的二氧化
5、碳可以导致产生温室效应,产生的二氧化硫、二氧化氮等可以对人们的健康与安全产生严重威胁,这些污染物给我们的环境正带来着越来越严重的影响。然而,太阳光能的几乎无穷尽的能量储备,以及绿色无污染的特点正吸引着人们去逐步的探索光伏发电的应用。在整个社会的大发展中,能源与环境成为发展的重要课题,而在我们个人的日常生活中,健康与安全是我们永远不变的主题。随着生活的发展变化,用电器的功率在普遍增大,线路的陈旧以及生活中众多不合理的用电习惯都已经成为影响火灾的重要因素,因此,为了我们的健康与安全,我们要注重消防设施的应用,做好消防设备供电稳定可靠。正是在社会发展的大环境与我们个人发展需求的双重条件的背景下,光伏
6、应急电源的研究在不断地发展着,并以其实用,无污染等来更好的特点正逐渐受到人们的关注。1.2 研究目的与意义民用建筑交流光伏应急电源是新能源与社会生活应用的一个良好结合。交流光伏应急电源不仅具有光伏发电的优势,也有应急电源的性能。光伏应急电源系统具有良好的社会效益和巨大的环保效益双重优势。一方面,光伏发电系统在利用太阳能的时候,不会产生污染物,也不会产生噪音, 是一种洁净的能源。另一方面,民用建筑应急电源作为电力供应不可缺少的一部分,对人民生活和工作供电的可靠性与稳定性有重要的意义。开展民用建筑交流光伏应急电源的研究符合国家的关于发展新能源的计划与方针,也符合我们科技与生活相结合,科技服务生活服
7、务社会的主题。2 光伏应急电源系统2.1 光伏应急电源系统的组成 光伏应急电源系统通过特制的太阳能电池板利用光生伏特效应产生电能,然后通过存贮与变换装置将产生的电能供应给消防应急装置,从而为建筑内的消防安全提供电能。太阳能光伏交流应急电源主要采用了电压的变换与逆变技术,系统主要包括光伏电池模块、电压变换模块、控制器模块、蓄电池组模块、逆变器模块五部分组成,除此之外,围绕控制器设计的信息检测反馈模块也是该光伏应急电源系统的一个重要组成部分,系统的结构框如下:图2.1 光伏应急电源的系统结构2.2 光伏电池板的原理光伏电池板的工作原来主要是根据法国科学家贝克雷尔(Becqurel)发现的光生伏特效
8、应,即在太阳光照射的条件下,由于半导体材料的特殊性质,不同部位之间会产生电压差。光伏电池板正是依据光生伏特效应,利用光照下半导体材料中PN结在吸收光能的情况下,通过PN结电场的作用,在形成电子空穴对的过程中产生微弱的电流,从而将太阳能化学能与电能的转化。2.3 DC/DC变换器DC/DC变换器主要在电阻,电容,电感以及半导体开关器件组成的电路中,通过控制电路的占空比,控制电路的工作与休眠的时间,从而实现变换。本课题中采用的降压变化器除了具有变换的效果外,还应该具有可以通过单片机进行PWM控制的效果。因为DC/DC变换器的根本目的是将电压变换为适合为蓄电池充电的电压,在充电的过程中,为了使电池的
9、损害最小,变换器应该能够具有几种不同的输出方案。2.4 充电控制器 充电控制器是光伏应急电源系统的核心,充电控制器的正常良好的运转对于系统性能的发挥有着十分重要的作用。在系统的控制模块中,单片机的作用是信息的比较处理与控制信号输出。在单片机内存储有根据蓄电池的性能特性编写的在不同情况下电路对蓄电池的充电方案,当检测的信息送入到单片机后,单片机通过对回馈来的信息转换后与存储的信息进行比较,根据比较结果按照设定的程序输出控制信号,从而控制外电路对蓄电池进行充电或停止充电。2.5 逆变器DC/AC逆变器主要由功率开关器件,半导体二极管以及电感组成,由于电感在通电的瞬间和当电流稳定后,其分别相当于开路
10、和短路,这就造成了逆变器电路中两组中的四个相对的开关器件交替导通的情形,然而不同组的开关器件导通时输出端的电压方向不同,因此就将直流电逆变成了交流电。在本课题中采用的逆变器除了具有改变电流的性质外,还应该满足负荷的功率要求。 3 系统硬件的设计与实现3.1 负载功率的计算 本设计是以本校E区01座学生宿舍楼为研究对象,主要对其应急照明电源进行设计与研究,该研究对象为两幢楼的连体楼,其中的应急设备负荷统计如下:表3.1 负荷统计 结合对以上对宿舍区的负荷情况的统计可得 负载总功率=7(只/层)*3(W/只)*6(层)*2(幢) =252(W)3.2 蓄电池3.2.1 蓄电池容量的计算 蓄电池容量
11、的计算与放电深度、负荷大小等因素有关,其计算公式如下: 公式中各代表量的含义如下表 : 由3.1可得,应急照明系统的负荷总值为252W,根据国家对应急照明灯照明时间的要求可以得出,其应急照明设备的工作时间应该不低于90分钟,结合上面的计算公式,选择放电深度为75%,选择最多的没有光的时间为3天时,可以计算出C=1872.5Wh,选择12vd的铅酸蓄电池组成24V电池组可得电池组的容量为: C=C/24=1872.5/24=78.0Ah 由计算可得电池组的容量可得,该光伏应急电源系统应采用2块100Ah的铅酸电池串联组成所需要的蓄电池组。3.2.2 蓄电池的选择 选择伏应急电源系统的蓄电池,除了
12、必须考虑的蓄电池的容量外,蓄电池在实际工作中的状态以及工作环境也需要进行一定的考虑,如工作环境的温度,工作过程中的放电深度,以及电池的维护与保养等情况,只有综合考虑了多方面的因素选择出来的蓄电池才可能更好的发挥其功用。 结合我们当地的环境情况,我们国家的相关的标准,和相关电池的参数信息我们可以做出做出这样的选择:武汉市蔡甸区华锐电源有限公司经过CCC认证的一款蓄电池,该电池的相关性能数据如下:表3.2 蓄电池性能参数 从上面的数据表中,可以看出,该款蓄电池在满足系统本身对电池的容量要求的同时,其本身的特殊性能,如防水设计,电路保护结构和比较宽的工作温度范围等很好的解决了适应艰难环境的问题,因此
13、选择这款蓄电池可以满足所研究的光伏应急电源系统的要求。3.3 光伏电池板 3.3.1光伏电池板的选择光伏电池板是光伏应急电源系统中最直接的与大自然的接触模块,因此光伏电池板在选择的过程中,除了考虑系统要求的参数性能外,其实际工作的环境情况(如狂风冰雹等恶劣天气)也要加以参考,只有将系统可能面对的各方面问题都进行了充分的研究,选择出合适的的光伏电池板。广州森阳太阳能科技有限公司的SUMYOK品牌的一款型号为SYK100-18P光伏电池板,电池板的参数如下:表3.3 光伏电池板性能参数 从上面的表中可以看出,该太阳能电池板的性能参数能够满足系统各方面对电池板的参数要求。100W的功率虽然不算大,但
14、是介于应急照明电源的特殊性质及其发生的极低的频率,100W的功率足以能够在再次使用的间隔期间为系统蓄电池充满电。比较宽的工作温度范围(-40+85)完全可以适应生活中极其特殊的环境的考验,从表面抗压参数可以看出在12级强风的挑战中电池板依然能够保持完好。此外该电池板采用白玻璃,在大部分的情况下都能够达到理想的透光率。3.3.2 光伏电池板的安装 光伏电池板性能的发挥除了自身的特性外,一个不可忽视的伊苏就是光伏电池板的安装。经查询数据可得当地的经纬度为东经112,北纬34,全年日照时间2400h,平均光照时间为6.57小时每天,则具体的安装角度计算与选择方案如下: (1)方位角 光伏电池板的方位
15、角是指在太阳光照射下电池板发出最大功率是的朝向与基准的方向(正南方)之间的夹角。依据安装方位角的计算公式(方位角 (一天中负荷的峰值时刻(24小时制)12)15(经度116)可得,光伏电池板安装角的范围大致为4 41(4为偏向东方4,41为偏西方41),由于不同季节的光照时间与不同,其最大的光照强度也不相同,所以计算出的方位角不是一个确切的数值。 (2)倾斜角 光伏电池板安装的倾斜角是指在电池板安装的方向确定的情况相下,光照时电池板产生最大功率时电池板与地面之间的夹角。由于该课题研究的对象位于北半球,则依据相关的计算公式可以得到:该系统中光伏电池板的安装角度为41。3.3.3 光伏电池板的保护
16、电路设计 由前面的设计资料可得,白天存在光照的时候,光伏应急电源系统太阳能电池板正常工作,其输出的电压为18V, 当没有太阳光照的时候太阳能电池板将不能产生电能,而单块蓄电池的开路电压为22V, 这时就会存在蓄电池向光伏电池板反充电的可能,根据只能由光伏电池板向蓄电池充电的要求,结合二极管的单向导电性 ,可以在光伏电池板与系统蓄电池之间安置一个合适的二极管来解决,电路结构图如下:图3.1 防反冲光伏发电系统结构3.4 DC/DC变换器3.4.1电压变换电路的基本介绍 在光伏应急电源系统的设计中,电压变换电路模块主要的作用是将光伏电池板发出的电能变换电压以为蓄电池充电使用。本设计中的电压变换电路
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