太陽能增氧機動力供給系統(tǒng)的研究與設計.pdf

1、近年來國際社會普遍關注對太陽能、風能、海洋能、地熱能等可再生能源的開發(fā)應用，其中太陽能發(fā)電由于具有取之不盡、用之不竭、清潔無污染的特點更是備受關注。目前，太陽能電源技術研究的熱點依然是提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)成本。高額的造價仍然是制約太陽能普及的瓶頸，所以太陽能增氧機主要用于為景觀水域中的魚類供氧，而鮮有應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領域。然而，我國作為世界養(yǎng)殖大國，養(yǎng)殖水面巨大，所需漁機數(shù)量龐大，每年消耗的電能相當可觀，所以在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益

2、嚴重的今天，對于太陽能增氧機動力供給系統(tǒng)的研究不僅是將太陽能應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領域的一種嘗試，更是關系到可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的百年大計。
　　 增氧機作為一種普遍應用的漁業(yè)機械與其它漁機設備如投餌機等有很多相同之處，根據(jù)漁業(yè)養(yǎng)殖的特性無論是喂食還是增氧基本都是有一定的時間要求，不需要24小時連續(xù)開機，且一次開機時間不長，所以本文在分析了光伏供電的基本原理之后，研究了光伏系統(tǒng)電源配置過程中配置原則、主要部件的作用和技術性能。并在此基礎

3、上探討了光伏供電在漁業(yè)機械上的應用，漁機設備進行電源配置需考慮的因素，包括光伏方陣設計，蓄電池容量，光伏方陣在安放時的角度要求如方位角和傾斜角以及逆變器選用。并舉例分析了光伏增氧機的電源配置，提出了光伏供電在漁業(yè)機械上應用的前景。
　　 研究光伏系統(tǒng)的重點是它的最大功率點跟蹤技術，由太陽電池的伏安特性可知，光伏電池具有強烈的非線性，是一種時變的直流電源。太陽電池的輸出功率隨光照強度和溫度等因素時刻變化，所以為了達到提高能量利用率

4、的目的，我們需要經(jīng)常改變負載的工作功率點來適應太陽電池輸出特性的變化，達到輸出功率最大。這對于造價昂貴的光伏發(fā)電系統(tǒng)尤為重要。最大功率點跟蹤技術(Max PowerPoint Tracker,MPPT)，其實質是一個自尋優(yōu)的過程。主要包括固定電壓法、擾動觀察法、增量電導法、智能控制法等。本文在分析了以上幾種控制方法的基礎上，提出了一種PID參數(shù)模糊自整定的控制方法，它結合了PID精確控制和模糊控制自整定占空比的優(yōu)點，能夠合理地處理好控制

5、精度和速度這一對矛盾，使光伏電池在所處環(huán)境發(fā)生變化時可快速跟蹤最大功率點的變化，使光伏系統(tǒng)始終輸出最大功率，并有效消除了系統(tǒng)在最大功率點附近存在的振蕩現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并結合MATLAB仿真將本控制方法與模糊控制比較，證明其優(yōu)越性；利用光伏系統(tǒng)的仿真驗證所提出控制方法的有效性。
　　 為了進一步驗證控制算法的有效性，本文利用飛思卡爾公司生產(chǎn)的MC9S12XS128單片機為核心，采用直流電源和滑動變阻器在實驗室中模擬太陽能方

6、陣，選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的H橋式直流驅動芯片MC33886作為驅動IGBT的集成驅動，它具有輸出電流大，輸入電壓范圍寬泛，輸出電阻小，輸入電阻大等優(yōu)點。利用目前廣泛應用的一種檢測MPPT控制器有效性的實驗室替代實驗進行軟件編程和硬件電路搭建，實驗結果表明，所采用的MPPT控制器對于最大功率點跟蹤的有效性。
　　 本論文以太陽能增氧機為研究對象，探討其獨立光伏發(fā)電電源配置方法，提高能量轉換效率的最大功率點跟蹤技術，以及蓄電

7、池和逆變器的匹配策略。主要研究如下：
　　 1、綜述國內外獨立光伏系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，以及光伏電源的結構組成；
　　 2、介紹國內外太陽能增氧機的種類結構及研究現(xiàn)狀；
　　 3、從獨立光伏電源利用方面研究了光伏電池基本的發(fā)電原理和輸出特性；
　　 4、探討獨立光伏增氧機電源配置，包括蓄電池選用及容量計算，光伏電池組件串并聯(lián)設計，光伏方陣角度的設計，以及逆變器的選用和配置策略；
　　 5、針對光照強度變化

8、的不確定性、光伏電池陣列溫度變化、負載變化和光伏電池強非線性，使光伏電池陣列的最大功率點變化的情況，提出一種采用模糊控制自整定PID比例、積分、微分控制，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤(MPPT)控制的方法。在綜合比較，分析各種變換器拓撲的基礎上，本文以BOOST電路作為MPPT控制器的主電路。MATLAB仿真實驗結果表明該方法能夠快速、準確地跟蹤光伏電池的最大功率點，避免在最大功率點的振蕩，提高能量轉換效率；
　　 6、基于飛思卡