1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人口数量的激增和工业科技的发展，能源消耗量增大，能源问题已然呈现在我们面前。针对目前的能源危机，大力开发各种清洁高效的新能源和可再生能源已成为全球焦点，从能源供应等各个方面综合考虑，太阳能无疑是最具有前景的可再生能源^[1]。

现在船舶使用的动力燃料主要是重柴油和高粘度劣质燃油，自上世纪七十年代的石油危机以来,燃油价格和消耗量一直攀升^[2]，巨大的燃油消耗，不仅产生大量的氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳、二氧化硫和微粒等有毒有害物质，造成严重的噪音污染和环境污染，影响船上工作人员的正常工作和休息^[3]，也会带来高额的营运开支。将光伏发电技术应用于船舶上，将光能转化为电能，有利于减轻重柴油等传统船用能源的比例，从而大幅度减少对环境的污染，减少对不可再生能源的消耗，具有重大的理论和现实意义。但由于船舶营运环境的不确定性，光伏发电系统的输出功率易出现明显的波动，影响船舶的正常航行。因此，对应用于船舶的光伏发电系统有待于进一步的研究。

将太阳能光伏发电技术应用到船舶的想法在20世纪80年代就已存在。1985年,位于美国德克萨斯州的sun smith公司推出了一种systein-12型的太阳能充电装置,其可以供车辆及船舶的蓄电池充电。随后,在相关企业赞助下，世界太阳能船舶大赛solar splash于1993年开始举办,每年举办一届。1997年,两艘太阳能作为动力驱动的客运船开始运行于瑞士的日内瓦湖上。2000年,澳大利亚开发出世界第一艘商用的太阳能/风能混合动力双体客船^[4]。2006年10 月，瑞士太阳能船 “太阳 21 号”首次依靠太阳能穿越大西洋。2008年8月26日，日本邮船株式会社与新石油公司合作耗资1.5亿元在旗下一艘船长 200 米，排水量达 60123t 的滚装船“御夫座领袖（auriga leader）”号上装上太阳能光伏系统^[5]。国内在船用光伏系统领域也有许多成果，但与国外的相关技术水平还有较大差距。如2007年11月由沈阳泰克太阳能应用有限公司研制的“001号”太阳能旅游船；2010年2月10日，亚洲最大的全太阳能船在高雄下水，并进入正式运营。2010年6月，中国第一艘太阳能动力游船“尚德国盛”号首航，并被确认为上海世博会上海企业联合会馆的“移动展馆”以及指定用船。

本毕业设计的对象是光伏发电系统中的光伏控制器，主要目标是建立光伏电池工程用数学物理模型并进行特性分析，研究几种常见的mppt控制算法，实现最大功率点的仿真跟踪，并完成船用mppt光伏控制器功率及控制单元硬件设计（buck电路电感l值及电容c值数学推导和igbt开关管选型设计）和软件设计（主控程序、脉冲宽度调制输出程序和pi调节程序），熟悉仿真过程的实现方法以及设计要求并能熟练地完成整个装置的设计，加深对光伏发电原理、最大功率跟踪控制和控制器设计等知识的理解。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 本设计的基本内容、目标

光伏发电是利用光伏电池将太阳能转化为电能。其发电原理是半导体的光生伏打效应，当光能照射到太阳能电池板上时，被电池吸收的一部分光能以光子的形式与组成半导体的原子价电子相碰撞，产生光生电子-空穴对。电子和空穴在内建电场的作用下分别驶向n区和p区，则使得p区带正电，n区带负电，从而产生“光伏电压”。将负载接入引出的电池电极上，就有“光生电流”通过，获得功率输出^[6]。

光伏控制器是光伏系统中的一部分（光伏系统结构如图1），主要由buck变换器、采样与保护电路、控制单元和驱动电路等组成。工作原理是微处理器每隔一个周期对组件和储能单元电压和电流信号进行采样，对采样数据进行mppt控制算法分析，产生所需的pwm脉冲信号,通过驱动电路来控制dc/dc变换器中的开关管的开通与关断，来调节太阳能电池阵列的输出电压，最终实现对储能系统的充放电控制和太阳能电池阵列最大功率点的追踪的控制^[7]。

本设计是对船用光伏控制器进行设计与仿真，采用稳定性高、抗干扰能力强、适用于船舶恶劣工况要求、工作范围大的英飞凌xc886clm单片机为控制核心，完成船用光伏控制器的硬件电路及软件设计，并通过光伏控制器对太阳能电池板的最大功率实时跟踪，稳压输出对蓄电池充电以提高光伏电源的发电效率，利用matlab仿真平台搭建系统模型并进行仿真验证。

3. 研究计划与安排

1-3周，完成开题报告；

4-5周，完成英文文献的翻译；

5-7周，完成光伏控制器设计方案；

7-11周，建立光伏电池数学模型；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈爱龙.光伏发电系统mppt技术的研究与实现[d].电子科技大学,2011.

[2]吴新宪.太阳能和风能在船舶上的应用分析[d].武汉理工大学.2010.5.

[3]孙培廷，李斌.船舶柴油机[m]. 大连：大连海事大学出版社,2001.2.1.

[4]林杰.船用光伏发电系统布置优化与电磁兼容研究[d].武汉理工大学，2012.6.