臺灣博碩士論文加值系統

本文探討太陽能最大功率追蹤於不同工作環境下，利用升壓型直流轉換器，使太陽能光電板工作在最大功率點，以供給負載所需電能達到最大效率。
本文首先討論擾動與觀察法與三點權位比較法之優缺點，並結合上述兩種追蹤法的優點，加入一系統判斷程式，利用太陽能光電板之輸出電壓及電流回授，穩定且快速地追蹤太陽能板最大功率點。所有軟體控制程式以MPLAB軟體撰寫，實驗電路製作配合微處理機（Microchip PIC16F877）作為控制核心，減少電子電路元件，以達到最大功率追蹤的目的。

This thesis presents the method of maximum power point tracking (MPPT) of the photovoltaic at any operating conditions. The photovoltaic works on the maximum power point that makes the load to get high efficiency by the Boost DC/DC converter.
First of all, "Perturbation and Observation method" and "Three points weighting method" are compared, and combine the both methods with their advantages. Then, add the determinative program to track photovoltaic's MPPT stably and quickly by voltage and current feedback controller. In the software, the program is written by MPLAB. In the hardware, a microprocessor (Microchip PIC16F877) is chosen in order to reduce hardware components and achieve MPPT purpose.

目錄

封面內頁
簽名頁
授權書．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii
中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iv
英文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v
誌謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vi
目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．vii
圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．x
表目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xiii

第一章　緒論
1.1 研究動機．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2 研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.3 論文組織與架構．．．．．．．．．．．．．．．3
第二章　太陽光電池特性介紹
2.1 太陽光電轉換原理．．．．．．．．．．．．．．4
2.2 太陽光電池種類．．．．．．．．．．．．．．．4
2.2.1 單晶矽太陽光電池．．．．．．．．．．．．．6
2.2.2 多晶矽太陽光電池．．．．．．．．．．．．．7
2.2.3 非晶矽太陽光電池．．．．．．．．．．．．．7
2.3 太陽能光電池特性介紹．．．．．．．．．．．．8
2.4 最大功率點追蹤法介紹．．．．．．．．．．．．15
2.5 三點權位比較法原理．．．．．．．．．．．．．24
第三章 交換式電源轉換器
3.1 交換式電源轉換器概論．．．．．．．．．．．．27
3.2 交換式電源轉換器基本架構．．．．．．．．．．28
3.3 非隔離型(Non-Isolation)轉換器．．．．．．．．30
3.3.1 降壓型轉換器．．．．．．．．．．．．．．．31
3.3.2 升壓型轉換器．．．．．．．．．．．．．．．32
3.3.3 升降壓型轉換器．．．．．．．．．．．．．．34
3.4 隔離型(Isolation)直流轉換器．．．．．．．．．36
3.4.1 順向式轉換器．．．．．．．．．．．．．．．37
3.4.2 返馳式轉換器．．．．．．．．．．．．．．．39
3.4.3 推挽式轉換器．．．．．．．．．．．．．．．41
3.4.4 半橋式轉換器．．．．．．．．．．．．．．．43
3.4.5 全橋式轉換器．．．．．．．．．．．．．．．45
第四章 系統設計與軟體規劃
4.1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
4.2 實體電路製作．．．．．．．．．．．．．．．．48
4.2.1 微處理機及其介面電路．．．．．．．．．．．49
4.2.2 太陽能板．．．．．．．．．．．．．．．．．50
4.2.3 升降壓型轉換器．．．．．．．．．．．．．．52
4.2.4 功率開關驅動電路．．．．．．．．．．．．．54
4.2.5 電壓、電流迴授電路．．．．．．．．．．．．55
4.3 軟體控制流程．．．．．．．．．．．．．．．．57
4.3.1 最大功率追蹤控制法則切換程式．．．．．．．59
4.3.2 蓄電池充電控制程式．．．．．．．．．．．．62
第五章 電腦模擬與電路實測結果
5.1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64
5.2 電腦模擬與電路實測結果．．．．．．．．．．．65
第六章 結論與未來展望
6.1 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75
6.2 未來研究方向．．．．．．．．．．．．．．．．75
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．77
附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80

圖目錄

圖2.1 太陽能電池發電原理示意圖．．．．．．．．．5
圖2.2 太陽光電池等效電路圖．．．．．．．．．．．9
圖2.3(a) 在固定日照強度(1000W/m2)，不同溫度下，太陽能板輸出電壓與輸出電流關係曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
圖2.3(b) 在固定日照強度(1000W/m2)，不同溫度下，太陽能板輸出電壓與輸出功率關係曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
圖2.4(a) 在固定溫度(25℃)，不同日照強度下，太陽能板輸出電壓與輸出電流關係曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
圖2.4(b) 在固定溫度(25℃)，不同日照強度下，太陽能板輸出電壓與輸出功率關係曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
圖2.5 擾動與觀察法示意圖．．．．．．．．．．．．17
圖2.6 擾動與觀察法軟體流程圖．．．．．．．．．．18
圖2.7 增量電導法軟體流程圖．．．．．．．．．．．19
圖2.8 三點權位比較法最大功率點附近資料型態．．．21
圖2.9 三點權位比較法其他排列方式．．．．．．．．24
圖2.10 三點權位比較法程式流程圖 ．．．．．．．．26
圖3.1 交換式電源轉換器之基本結構圖．．．．．．．29
圖3.2 基本降壓型轉換器(a)．．．．．．．．．．．．31
圖3.3 基本降壓型轉換器(b)．．．．．．．．．．．．31
圖3.4 基本升壓型轉換器(a)．．．．．．．．．．．．33
圖3.5 基本升壓型轉換器(b)．．．．．．．．．．．．33
圖3.6 基本升降壓型轉換器(a)．．．．．．．．．．．34
圖3.7 基本升降壓型轉換器(b)．．．．．．．．．．．34
圖3.8 隔離型交換式電源轉換器之基本結構圖．．．．．36
圖3.9 順向式直流轉換器．．．．．．．．．．．．．．37
圖3.10 返馳式直流轉換器．．．．．．．．．．．．．39
圖3.11 推挽式直流轉換器．．．．．．．．．．．．．41
圖3.12 半橋式直流轉換器．．．．．．．．．．．．．43
圖3.13 全橋式直流轉換器．．．．．．．．．．．．．45
圖4.1 系統架構方塊圖．．．．．．．．．．．．．．．48
圖4.2 微處理機之介面電路規劃圖．．．．．．．．．．50
圖4.3 SM55太陽能板在固定日照強度(1000W/m2)，不同溫度下，輸出電壓與輸出電流關係曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
圖4.4 SM55太陽能板在固定溫度(25℃)，不同日照強度下，輸出電壓與輸出電流關係曲線圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
圖4.5 功率開關驅動電路．．．．．．．．．．．．．．．55
圖4.6 電壓迴授電路．．．．．．．．．．．．．．．．．56
圖4.7 電流迴授電路．．．．．．．．．．．．．．．．．56
圖4.8 系統之主程式流程圖．．．．．．．．．．．．．．58
圖4.9 系統控制法則切換示意圖．．．．．．．．．．．．59
圖4.10 系統控制法則切換程式流程圖．．．．．．．．．．61
圖4.11 定電壓充電之電氣特性．．．．．．．．．．．．．62
圖4.12 定電壓充電控制軟體流程圖．．．．．．．．．．．63
圖5.1 太陽能最大功率追蹤能量轉換器之實體圖．．．．．64
圖5.2 功率開關S之Vds、Vgs電壓．．．．．．．．．．．66
圖5.3 電感電流IL與功率開關S之Vgs電壓．．．．．．．．67
圖5.4 電感電流IL與功率開關S之Vds電壓．．．．．．．．68
圖5.5 二極體電流ID與功率開關S之Vgs電壓．．．．．．．69
圖5.6 二極體電流ID與功率開關S之Vds電壓．．．．．．．70
圖5.7 輸出電流Io與輸出電壓Vo．．．．．．．．．．．．71
圖5.8 日照強度50k Lux時，太陽能板輸出電壓Vpv與功率開關S之導通週期．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
圖5.9 日照強度80k Lux時，太陽能板輸出電壓Vpv與功率開關S之導通週期．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72
圖5.10 太陽能最大功率追蹤單日歷程．．．．．．．．．．73

表目錄

表2.1 晶矽太陽光電池的種類．．．．．．．．．．．．．．．．6
表2.2 太陽能電池材料及模組化轉換效率比較．．．．．．．．．8
表2.3 最大功率點追蹤法其工作原理與優、缺點比較．．．．．．23
表3.1 交換式與線性式電源供應之性能比較．．．．．．．．．．27
表4.1 SIEMENS SM55太陽能板電氣規格．．．．．．．．．．．51
表5.1 系統規格及相關參數表．．．．．．．．．．．．．．．．65
表5.2 太陽能最大功率追蹤效率比較表．．．．．．．．．．．．74

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