YanCheng Institute of Technology
课程设计报告
课程名称
太阳能发电系统设计
专业
新能源科学与工程
学生姓名
班级
学号
完成日期
2019.06.21
盐城工学院电气学院
太阳能发电系统设计（2019）
太阳能发电系统设计
摘要：
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，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。太阳能热发电技术是规模化开发利用太阳能的一种方式，具有广阔的发展前景。
近年来，光伏发电系统应用的数量和规模得到了迅速的发展，光伏发电进入崭新的阶段。然而要使太阳能电池效率提高1%非常困难，但由于系统设计不当导致发电量降低10%的情况下屡见不鲜，所以必须特别重视光伏发电系统的优化设计。
太阳能发电系统控制技术中的问题，可以分为4个层次：①太阳能聚光单元的控制；
②太阳辐射估计和预测；③能量变换系统的控制；④整个过程的集成控制。通过电压电流检测电路，温度检测电路，实施对蓄电池过充过放的保护，温度补偿等的智能化控制，完成对蓄电池进行充电和放电的控制，以及在过充、过放电、过载等情况发生时对系统进行有效地保护。
关键字：光伏发电；控制技术；系统优化
目录
1.设计框图与要求 (1)
2.光伏控制系统总体设计 (1)
3.硬件设计以及器件选型 (2)
4.软件流程图及部分程序设计 (5)
4.1控制器整体结构图及总流程图： (5)
4.2电压电流采集 (6)
4.3 单片机STC12C5410AD中AD转换流程图 (9)
4.4 PWM调制流程图 (10)
4.5显示模块LCD1602 (12)
4.6温度传感器 (13)
5. 结语 (14)
附录 (18)
附录1 电路原理图 (18)
附录2 元器件清单 (19)
1.设计框图与要求
图1-1 参考原理框图
（1）根据给定的参考原理框图和技术要求，完成整体电路的拓扑设计。
（2）相关器件的选型分析和电路参数计算。
（3）各环节的功能及要求、所用芯片的说明。
（4）具体电路图及说明、对应的软件流程图及说明和关键子程序代码。
（5）系统参数及技术要求：
控制器输入电压范围：DC15~24V；
蓄电池标称电压：DC12V；
最大负载：30W；
具有过充保护、过放保护、过流保护和温度补偿功能。
2.光伏控制系统总体设计
太阳能电池板属于光伏设备(主要部分为半导体材料)，它经过光线照射后发生光电效应产生电流。由于材料和光线所具有的属性和局限性，其生成的电流也是具有波动性的曲线，如果将所生成的电流直接充入蓄电池内或直接给负载供电，则容易造成蓄电池和负载的损坏，严重减小了他们的寿命。因此我们必须把电流先送入太阳能控制器，采用一系列专用芯片电路对其进行数字化调节，并加入多级充放电保护，确保电池和负载的运行安全和使用寿命。对负载供电时，也是让蓄电池的电流先流入太阳能控制器，经过它的调节后，再把电流送入负载。这样做的目的:一是为了稳定放电电流;二是为了保证蓄电池不被过放电;三是可对负载和蓄电池进行一系列的监测保护。若要使用交流用电设备，还需要在负载前加入逆变器逆变为交流。
伏电池受到光照产生电能，由单片机自带的PWM功能产生脉冲控制MOSFET的通断来给蓄电池充电，通过蓄电池两端的分压电阻测量蓄电池的端电压，由于单片机自带A/D转换功能，分压电阻端的电压可直接与单片机相连，实时监测蓄电池的电压，通过显示屏显示出来，通过蓄电池端电压的变化改变
脉冲的占空比，提高蓄电池的充电效率，当蓄电池达到充电充满时的电压后，控制MOSFET断开，停止给蓄电池充电，防止蓄电池过充。电路中通过Pt100监测当前温度，实现温度补偿功能。
蓄电池放电时，通过电压比较器判断蓄电池电压是否高于放电终止电压，若低于则MOSFET断开，蓄电池不向外放电，若高于则MOSFET导通，通过串联在负载的小电阻与差动放大电路测量蓄电池放电电流，将该电流与设定值相比较，若高于则单片机控制NM3断开，若低于则控制NM3导通允许蓄电池放电。防止蓄电池大电流放电和过度放电。
3.硬件设计以及器件选型
（硬件部分由郭泽斌同学设计，器件的选型由谢黄渭同学选取）
常规的太阳能控制器的充电模式是照抄了市电充电器的三段式:充电方法，即恒流、恒压、浮充三个阶段。因为市电电网的能量无限大，如果不进行恒流充电，会直接导致蓄电池充爆而损坏，如果电池板产生的电流大于控制器第一段限制的电流，那么就造成了充电效率的下降。
PWM充电方式就是追踪电池板的最大电流，不造成浪费，通过检测蓄电池的电压以及计算温度补偿值，当蓄电池的电压接近峰值的时候，再采取脉冲式的涓流充电方法，既能让蓄电池充满也防止了蓄电池的过充。
控制器的种类很多，如何选择一款适合自己的控制器呢?控制器的选择，简单地讲，主要考虑以下2个因素:电池组的电压，太阳能电池板的功率和电流。
蓄电池组的电压，小型太阳能发电系统一般只配备一块蓄电池，电压一般是12V，这是最常用的系统，所以控制器也要选择12V的控制器。太阳能电池板的功率和最大电流最终决定了选择哪种型号的控制器。例如:你有一块100w 的太阳能电池板，工作电压是18V，工作电流是5.56A，蓄电池是12V60AH的，需要购买哪种控制器呢?建议购买12V10A 的智能控制器，10A是控制器的最大电流，一般要比太阳能板的最大电流要大一点，留有一定的冗余。如果需要添加一块同样的太阳能电池板，怎么办?那就需要将2块太阳能电池板并联输入控制器，保持系统电压的一致性(因为蓄电池是12V的，需要18V的太阳能充电电压),同时更换大电流的控制器，比如12V20A的控制器。
根据所给电路分析，光伏控制器主要由以下模块组成：单片机控制模块，电压检测模块，电流检测模块，温度补偿模块，MOS管驱动模块，LCD显示模块。
（1）单片机模块
本次设计采用自带8位A/D和4路PWM波输出的STC12C5410AD单片机，它几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，非常适合。
（2）电压检测模块
STC12C5410AD的AD模块可直接接受电压信号，但AD端输入电压一般5V左右，蓄电池输出电压位12V，因此需要加入分压电阻将电压降到AD端输
