摘 要

现有的能源消费结果不仅难以长期维持下去，而且会给环境带来较大的负荷。可以预见接下来的人类社会发展中清洁能源需要更多的加入，诸如风能和太阳能的使用会越来越广泛。在一个太阳能发电系统中尤其重要的核心部分那便是充电控制器。

通过认真思考准备，选用STC12C5204AD单片机为控制器核心。通过加入电流传感器和电压来完成最大功率点跟踪，实现对蓄电池的充电保护和快速充电。另外考虑到实际物体要放置在露天区域，在室外设计了避雷装置，在元器件间也接入避雷器。

论文主要研究了已有的充电控制器的优缺点，并选择较为合适的方案进行设计。本文在分析了蓄电池充电特性和充电方法后，根据光伏电池的特性，选用了四段式光伏充电方法。

关键词：充电控制器 ；太阳能光伏发电； PWM控制

Abstract

The existing energy consumption results are not only difficult to maintain long-term, but also to bring greater environmental load.It can be predicted that more and more clean energy will be needed in the development of human society, such as the use of wind energy and solar energy will become more and more extensive.In one of the most important parts of a solar power system, the charge controller.

Through careful thinking to prepare, choose STC12C5204AD microcontroller as the core of the controller.Through the Holzer current sensor and voltage to complete the maximum power point tracking, to achieve the battery charging protection and fast charging.In addition, considering the actual object to be placed in the open area, in the outdoor design of lightning protection devices, there are also access between the components of the lightning arrester.

In this paper, the advantages and disadvantages of the existing charging controller are studied, and the appropriate scheme is selected. After analyzing the characteristics of the battery charging and charging methods, according to the characteristics of photovoltaic cells, the four section type photovoltaic charging method is selected.

Key Words：Charge controller；Solar photovoltaic power generation；PWM control

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 2

1.2国内外研究现状综述 2

1.3论文主要内容 3

第2章 硬件设计 5

2.1系统的总体设计 5

2.2DC-DC升压电路 5

2.3电流采样及放大电路 7

2.4电压采集 8

2.5防反接电路 8

第3章 太阳能电池及相关控制器 10

3.1太阳能电池的工作原理 10

3.2太阳能电池的种类 10

3.3太阳能电池的技术参数 11

3.3.1开路电压 11

3.3.2短路电流 11

3.3.3最大输出功率 11

3.3.4转换效率 12

3.4控制器的功能 12

3.5光伏控制器的基本类型 13

3.5.1并联型控制器 13

3.5.2串联型控制器 13

3.5.3脉宽调制型控制器 13

3.5.4多路控制器 14

3.5.5智能型控制器 14

3.5.6最大功率点跟踪型控制器 14

3.6 MPPT功率控制器算法 15

第4章 蓄电池及其电路设计 16

4.1蓄电池的工作原理 16

4.2VRLA蓄电池的充电方式 16

4.2.1初充电： 16

4.2.2浮充充电 17

4.2.3均衡充电 17

4.2.4循环充电 17

4.3蓄电池的性能参数 18

4.3.1蓄电池的电压 18

4.3.2蓄电池的容量 19

第5章 周边电路 20

5.1光伏逆变器 20

5.1单相光伏逆变器电路原理 20

5.2防雷设计 20

结论 22

展望 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

从本质上说，地球上能量的来自于距我们93000000英里之外的太阳。一方面它为地球上的动植物的生长提供能量；另一方面，人类消耗的煤、石油、天然气等由几百年前通过光合作用形成的有机物其实也是一种来自于太阳的能量。而如今全世界人口仍在持续增长，经济发展的速度也飞速提升。人类社会对于能源的需求越来越大。美国能源部能源信息管理综合分析及预测办公室（EIA）于2007年5月发表的“2007年能源形势”指出，人类能源消耗量从2004年到2030年预计将增长57%。然而地球上的化石燃料的蕴藏量是有限的，相关数据表明全球石油可开采约45年，天然气约61年，其中煤剩余约230年。日益严峻的化石燃料的短缺局面使我们不得不改变现有的能源消费结构，近年来人们对全球变暖引起的较高的社会、经济与环境成本逐渐关注起来，可再生能源尤其是太阳能开始走进人们的视野中。另外，人类较为普遍的使用化石燃料作为能源的主要来源造成了较为严重的环境污染，由此导致的全球变暖、冰山融化、海平面上升使得人们不得不改变现有能源的获得方式。气候变化对人类社会的影响将会越来越明显，在今后的社会发展中，由全球变暖而造成的自然灾害将引起某些地区人口大规模的迁移很有可能会导致经济和政治的动荡不安。为了维持人类的生存和发展，使用包含太阳能发电等可再生能源来解决人类对能源的需求是必由之路。

太阳能是太阳上面的氢元素经过核聚变而通过热辐射释放的能量。太阳通过热辐射向外界所释放的能量要是折合成成电能约等于MW。其中30%会从地球上反射到宇宙中去，余下的70%则会被地球吸收。仅仅是太阳照射地球一个小时的能量就等于全世界人类使用一年的能量总和。由此可以看出来自太阳的能量是多么的丰富。