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研究生:呂奕徵
研究生(外文):Yi-Zheng Lu
論文名稱:LabVIEW應用於太陽光電能監控系統之研究
論文名稱(外文):Study of Photovoltaic Monitoring System Based on LabVIEW
指導教授:陳財榮陳財榮引用關係
指導教授(外文):Tsair-Rong Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:LabVIEW虛擬儀控太陽光電能
外文關鍵詞:LabVIEWvirtual instrumentphotovoltaic
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太陽光電能之應用大多針對太陽光電能系統性能之提昇,在太陽光電能
監控系統方面之研究則較少,唯監控系統之研究,將可提供太陽光電能系統
設計所需重要參數。因此,本研究乃針對太陽光電能發電系統設計其監控系
統,利用微控制器HT46R23 作為前端硬體量測,並由RF 模組傳遞資訊回電
腦端。在控制系統方面,除設計最大功率追蹤的功能,使得太陽光電能之能
量可提供最大效能的利用外,亦設計電池的輪充輪放機制。在監控方面,本
研究提出並實現太陽光電能監控系統的模組設計概念,可提供日後替換相近
系統時,僅需更改程式中特定參數及感測元件,即可進行太陽光電能系統之
監控。
在電腦端,透過LabVIEW 設計監控系統,利用虛擬儀控支援網路化的功
能,使監控系統更具人性化。最後,本文實測完成之監控系統可達到網路長
期監控、監控資料儲存與查詢等太陽光電能記錄平台功能。在系統實測方面,
本文實際應用於太陽光電能路燈之監控,由2007 年資料整理統計結果的計算
出每月平均發電量約11.6 度,監控系統資料的2007 年發電量經換算可減少
111.36 公斤的二氧化碳排放量。
While most of the photovoltaic panel application researches focus on how to promote the transformation efficiency of a photovoltaic system, researches on photovoltaic monitor system are less common. However monitoring system
researches can provide important parameters necessary for designing photovoltaic system. This paper therefore designs a photovoltaic monitor system focusing on photovoltaic generation electric power system. The system adopts micro controller unit (MCU) to measure data and then transmit them back to computer by radio frequency module. Regarding the control system, the design comprises the function of maximum power point tracking to enable the maximum efficiency of photovoltaic usage, and also electricity charge and discharge alternation to maintain battery mechanism. As for the monitor system, this study proposes and realizes the module concept of photovoltaic monitor system which may be replaced with a similar system later and continue to monitor photovoltaic system
with only particular parameter and measure component in the program being revised.
At computer, the monitor system is designed by LabVIEW, utalizing virtual instrument and the function of cyberization to make the monitor system more
user-friendly. Finally, the monitor system in this paper achieves the platform function of long-term monitoring on internet and data enquiring and saving.
During practical test of the system, this study actually applies to the monitor of photovoltaic street light. According to the data collected in 2007, the calculation result shows that approximate 11.6 kilowatt electricity in average is obtained monthly, and 111.36 kilogram carbon dioxide is reduced.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
謝 誌 iv
目 錄 v
圖 目 錄 vii
表 目 錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 11
1.3 論文架構 12
第二章 文獻探討 13
2.1 太陽光電能板特性簡介 13
2.2 太陽光電能發電系統 18
2.3 鉛酸電池特性探討. 20
2.4 鉛酸電池殘量偵測方法 25
2.5 鉛酸電池充電簡介 32
2.6 LabVIEW 簡介 35
第三章 系統設計 41
3.1 太陽光電能充電系統硬體設計 42
3.2 太陽光電能充電系統軟體設計 50
3.3 最大功率追蹤 61
3.4 RF 通訊系統設計 67
3.5 伺服器LabVIEW 程式設計 74
第四章 實驗結果與討論. 84
4.1 最大功率追蹤實測 84
4.2 充電實測 86
4.3 LabVIEW 實測 90
4.4 充電資料分析 98
第五章 結論 102
5.1 結論 102
5.2 未來研究方向 104
參考文獻 105
個人資料 113
個人發表114
圖目錄
圖1-1 全球太陽光電能發電量需求 2
圖1-2 2007 年全球市場需求比例圖 3
圖1-3 西班牙20MW 單一太陽光電能發電系統 5
圖1-4 德國12MW 的太陽光電能發電廠 5
圖1-5 日本群馬縣太田市陽光社區 6
圖2-1 太陽光電能模組發電原理圖 14
圖2-2 太陽光電模組等效電路圖 15
圖2-3 獨立型系統示意圖 18
圖2-4 併網型有逆潮流系統示意圖 19
圖2-5 併網型無逆潮流系統示意圖 19
圖2-6 混合型示意圖 20
圖2-7 鉛酸電池結構圖 22
圖2-8 開路電壓與電池殘量關係圖 26
圖2-9 電池開路之電壓回復曲線圖 26
圖2-10 電解液比重與電池殘量關係圖 27
圖2-11 內阻測試電路圖 28
圖2-12 電池放電期間內阻變化曲線圖 28
圖2-13 加載電壓與電池殘量關係圖 29
圖2-14 電池起始放電電壓曲線圖 30
圖2-15 定電壓充電示意圖 32
圖2-16 定電流充電示意圖 33
圖2-17 定電流-定電壓充電示意圖 34
圖2-18 脈衝式充電示意圖 35
圖2-19 正負脈衝充電示意圖 35
圖2-20 人機介面 39
圖2-21 程式方塊圖、圖示、連結器 39
圖3-1 系統架構圖 41
圖3-2 降壓式直流-直流轉換器 44
圖3-3 量測太陽能電壓、電流電路圖 46
圖3-4 輪充輪放及量測電池電流電路圖 47
圖3-5 量測電池電壓電路圖 47
圖3-6 量測溫度電路圖 48
圖3-7 推拉式放大電路驅動射頻接收信號 48
圖3-8 IR2117 驅動轉換器的開關 48
圖3-9 射頻模組電路圖 49
圖3-10 USB 跟射頻模組 49
圖3-11 系統偵測配置示意圖 50
圖3-12 電腦端微控制器程式流程圖 54
圖3-13 偵測點微控制器的流程圖 55
圖3-14 偵測點微控制器的量測流程圖 56
圖3-15 偵測點充電模式流程圖 57
圖3-16 偵測點放電模式流程圖 58
圖3-17 偵測點放電機制流程圖 59
圖3-18 開關切換機制流程圖 60
圖3-19 電壓回授架構圖 64
圖3-20 功率回授架構圖 64
圖3-21 擾動觀察法架構圖 65
圖3-22 擾動觀察法流程圖 65
圖3-23 增量電導法架構圖 66
圖3-24 增量電導法流程圖 66
圖3-25 直線近似法架構圖 67
圖3-26 RF 資料串結構圖 69
圖3-27 格雷編碼流程圖 71
圖3-28 反格雷編碼流程圖 72
圖3-29 偶同位檢查產生流程圖 73
圖3-30 邏輯“1” 74
圖3-31 邏輯“0” 74
圖3-32 太陽光電能監控系統流程圖 80
圖3-33 能板系統資訊顯示流程圖 81
圖3-34 串列埠傳輸資料格式的定義圖 82
圖3-35 電池殘量估測流程圖 82
圖3-36 TCP/IP 設計流程圖 83
圖3-37 讀取歷史資料設計流程圖 84
圖4-1 最大功率單日歷程曲線圖 85
圖4-2 能板電壓跟電池電壓單日歷程曲線圖 88
圖4-3 能板電壓、電流單日歷程曲線圖 88
圖4-4 電池電壓、電流單日歷程曲線圖 89
圖4-5 電池電壓、溫度的歷程曲線圖 89
圖4-6 電池電壓、溫度的歷程曲線圖 90
圖4-7 系統畫面圖 93
圖4-8 系統設定圖 93
圖4-9 每日歷程曲線圖 94
圖4-10 二氧化碳減少排放量圖 94
圖4-11 系統警告燈圖 94
圖4-12 系統錯誤警示圖 94
圖4-13 通訊埠設定圖 95
圖4-14 逾時設定圖 95
圖4-15 TCP 連線設定及顯示儲存檔案路徑圖 95
圖4-16 電池殘量計算設定圖 96
圖4-17 偵測點詳細資訊圖 96
圖4-18 歷史資料曲線圖 97
圖4-19 歷史資料表格圖 97
表目錄
表1-1 台灣與先進國家太陽電池技術比較表 6
表2-1 太陽光電能模組種類與效率表 14
表3-1 太陽光電能板電氣規格表 42
表3-2 轉換器輸入、輸出要求條件表 43
表3-3 無線傳輸模組比較表 68
表4-1 理想發電量與實際發電量 98
表4-2 2007 年特定地區氣候降雨、日照時數及理想發電量之比較表 100
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