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太阳能电池阵列模拟器的研究与设计

韩珏  
【摘要】:在当今石化能源日益减少,生态环境遭受破坏的情况下,太阳能等可再生能源的探求与利用已成为热门话题。光伏系统以其良好的环境效应被越来越广泛的应用,但在光伏系统的研发过程中,太阳能电池阵列由于实验受到日照强度、环境温度的影响,导致实验成本过高,研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期,提高研究效率及研究结果的可信性。 本文首先叙述了研究太阳能电池阵列模拟器的意义,描述了太阳能电池的外部特性。接着介绍了模拟式的太阳能电池阵列模拟器及其缺点,并提出了数字式的太阳能电池阵列模拟器。 随后,本文研究了硅太阳能电池的物理数学模型,在此基础上选择了适合太阳能电池阵列模拟器的数学模型。然后根据数学模型,兼顾模拟器的工作性能,研究了如何确定模拟器工作点的各种算法。 根据太阳能电池阵列模拟器对硬件电路的要求,本文选择了正激变换器作为主电路拓扑,并对其工作原理进行了详细的分析,同时介绍了电路的设计。本文选择infineon公司的XC164CS单片机作为控制器,这是因为太阳能电池阵列模拟器需要实时检测电路,通过运算处理数据,最后得到控制量,而XC164CS最高工作频率可达40MHz,能够满足模拟器的控制需求。 最后,本文给出了实验结果,证明所设计的太阳能电池阵列模拟器具有良好的性能。它的静态工作点均与所模拟的太阳能电池阵列Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线上的各点吻合;且能动态的模拟负载变化时的工作情况。


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