臺灣博碩士論文加值系統

近幾世紀來，由於工業科技快速進步，二氧化碳排放問題日益嚴重，使得地球表面溫度持續升高，造成了嚴重的氣候變遷，並且引發了許多嚴重的天災，因此再生能源的需求便受到了極大的關注。為了避免能源耗盡與環境急速惡化，找尋可用且乾淨的替代能源是全球的趨勢，也是目前最當務之急的事情。而太陽能發電技術的應用正因為具有乾淨、取之不盡與方便取得等的優點，所以越來越受到國際社會與科學界重視。
本文主要目的是針對太陽能發電系統中三種最常見的最大功率追蹤(MPPT)演算法做一個比較，本文使用Matlab/Simulink軟體進行建模與模擬的工作，將建模完成的太陽能電池模型與直流-直流升壓型轉換器模型結合，並且搭配同為功率回授的擾動觀察法、增量電導法與爬山法來建構出一個具有最大功率追蹤功能的太陽能發電系統，並且針對這三種最大功率追蹤法在不同天候狀況下進行模擬與分析。經由模擬結果的比較，可以觀察到三種追蹤演算法均能準確地追蹤到最大功率，其中爬山法的動態反應較擾動觀察法快，但太陽能電池模組(PV模組)輸出結果則是擾動觀察法較為穩定，而由於增量電導法的判斷過程較複雜，因此其追蹤至最大功率點的追蹤時間亦較其他兩種方法稍長。爬山法比較適用於蓄電池充電等不需太在意輸出穩定度的地方，擾動觀察法則適用於有具精密電器的系統，而增量電導法由於具有不會造成誤判的優點，所以適用於天候狀況變化快速的地方。

In recent centuries, the rise of industry and consciousness technology makes the Earth's surface temperature increasing, and causes serious climate changes and natural disasters. To avoid rapid depletion of energy resources and environmental deterioration, it is global trend and urgent priority to search for available clean energy sources. Since solar power technology has advantages of clean, inexhaustible and easy to acquire, it obtains more and more attention to the international and scientific community.
The purpose of this paper is to compare three maximum power point tracking (MPPT) algorithms in a photovoltaic simulation system. The Matlab/Simulink is used in this paper to establish a model of photovoltaic system with MPPT function. This system is developed by combining the models of established solar module and DC-DC boost converter with the algorithms of perturbation and observation (P&O), incremental conductance (INC) and hill climbing (HC), respectively. The system will be simulated under different climate conditions and MPPT algorithms. According to the comparisons of the simulation results, it can be observed that the photovoltaic simulation system can track the maximum power accurately using the three MPPT algorithms discussed in this paper. HC MPPT algorithm possesses fast dynamic response, but P&O MPPT algorithm is well regulated PV output voltage and power than HC algorithm. Since the deterministic process of INC algorithm is more complicated than the other two algorithms, therefore, the tracking time spent by INC algorithm is also a little longer than the other two algorithms. The HC method is suitable for the cases of battery charging which doesn't need to care about the output stability, and the P&O method is more suitable for the system with sophisticated electric devices. Furthermore, the INC method is adaptable to the cases of fast changing weather conditions owing to its advantage of no misjudgment.

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 2
1.2 研究方法 3
1.3 文獻探討 3
1.4 論文大綱 4
第二章 太陽能發電系統簡介 5
2.1 太陽能發電系統 5
2.1.1 獨立型太陽能發電系統 5
2.1.2 市電併聯型太陽能發電系統 6
2.1.3 混合型太陽能發電系統 7
2.2 太陽能電池 8
2.2.1 太陽能電池發電原理 8
2.2.2 太陽能電池種類 10
2.2.2.1 單晶矽太陽能電池 11
2.2.2.2 多晶矽太陽能電池 12
2.2.2.3 非晶矽太陽能電池 12
2.2.2.4 化合物太陽能電池 13
2.3 太陽能電池之特性 14
2.4 太陽能電池模組特性模擬 17
第三章 最大功率追蹤演算法與轉換器 23
3.1 最大功率追蹤演算法 23
3.1.1 電壓迴授法 23
3.1.2 功率迴授法 24
3.1.3 擾動觀察法 25
3.1.4 增量電導法 26
3.1.5 直線近似法 28
3.1.6 實際量測法 30
3.1.7 爬山法 31
3.2 直流-直流轉換器 32
3.2.1 降壓型轉換器 32
3.2.2 升壓型轉換器 33
3.2.3 升降壓型轉換器 33
3.2.4 直流-直流升壓型轉換器之設計與模擬 34
第四章 太陽能發電系統模擬結果與分析 41
4.1 前言 41
4.2 太陽能發電系統之建模與分析 41
4.2.1 擾動觀察法 43
4.2.2 增量電導法 45
4.2.3 爬山法 46
4.2.4 具最大功率追蹤功能之太陽能發電系統模型 48
4.3 最大功率追蹤模擬結果與分析 53
4.3.1 擾動觀察法 53
4.3.2 增量電導法 58
4.3.3 爬山法 61
4.3.4 最大功率追蹤模擬之比較 65
4.4 總結 77
第五章 結論與未來研究方向 79
5.1 結論 79
5.2 未來研究方向 80
參考文獻 81

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