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摘要

太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其取之不竭、用之不尽、无污染

等优点，受到人们越来越多的重视。光伏发电是充分利用太阳能的一种有

效方式之一。由于目前光伏电池板的价格比较高，转换效率比较低，为了

降低系统造价和有效地利用太阳能，该论文光伏发电进行最大功率跟踪显

得尤为必要。本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，从建模

仿真方面对具有最大功率点跟踪的控制器进行了研究，提出了一种新的最

大功率点跟踪方案。

本文主要任务如下：

首先，本文介绍了论文的相关研究背景、选题意义、以及论文的主要

工作。

其次，分析了太阳能电池板的工作原理，利用  模

块对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了建模、仿真。

再次，介绍并分析了最大功率点跟踪原理，以及常用的几种跟踪方法

介绍了三种常用的  变换器的工作原理。

紧接着，对干扰观察法和电导增量法进行了建模和仿真，针对电导增

量法提出了一种适合车用的改进方案。仿真结果表明新的方案在一定条件

下可以显著减小最大功率跟踪系统响应时间。

而后，用  软件对第一代太阳能车进行了设计，建立了蓄电池

驱动电机和蓄电池充电系统电路。

最后，针对充电系统的电流、电压开发了一个简单的检测分析软件。

目 录
第 1 章 绪 论....................................................................................................................... 1
1 课题背景............................................................................................................... 1
2 光伏产业的发展现状............................................................................................ 2
2.1 国外光伏产业发展现状............................................................................. 2
2.3 国内光伏产业发展现状............................................................................. 3
2.3 太阳能车发展现状..................................................................................... 4
3 本课题的意义........................................................................................................ 6
4 本文主要内容........................................................................................................ 7
第 2 章 光伏电池特性及其仿真模型的建立......................................................................9
1 光伏电池的工作原理............................................................................................ 9
2 光伏电池等效电路.............................................................................................. 10
3 光伏电池仿真模型的建立..................................................................................12
3.1 工程用光伏电池的数学模型....................................................................12
3.2 光伏电池的 simulink 模型........................................................................15
4 本章小结............................................................................................................. 19
第 3 章 光伏发电系统最大功率点跟踪系统的研究........................................................20
1 最大功率点跟踪的概念...................................................................................... 20
2 最大功率点跟踪的原理...................................................................................... 21
3 常用最大功率跟踪控制算法.............................................................................. 22
3.1 恒定电压法............................................................................................... 23
3.2 干扰观察法............................................................................................... 23
3.3 电导增量法............................................................................................... 24
4 DC/DC 电路实现光伏电池最大功率点跟踪原理................................................27
5 典型 DC/DC 变换电路.......................................................................................... 27
5.1 降压式变换器（Buck）...........................................................................27
5.2 升压式变换器（Boost）..........................................................................31
5.3 升降压式变换器（Buck-Boost）..............................................................35
6 最大功率跟踪控制算法 simulink 仿真分析........................................................38
6.1 降压式变换器建模................................................................................... 38
6.2 干扰占空比的最大功率跟踪算法............................................................41
6.3 干扰观察法............................................................................................... 43
1

6.4 电导增量法............................................................................................... 47
7 车用光伏电池最大功率跟踪仿真与分析...........................................................49
7.1 车用最大功率跟踪方案...........................................................................50
7.2 车用最大功率跟踪方案仿真分析............................................................51
8 本章小结............................................................................................................. 54
第 4 章 第一代太阳能原型车制作................................................................................... 54
1 车辆系统原理图.................................................................................................. 54
2 原型车 CATIA 建模............................................................................................... 54
3 电池驱动直流电机电路设计.............................................................................. 55
3.1 单片机的选择........................................................................................... 56
3.2 直流电动机脉宽调速（PWM）系统设计...............................................57
4 最大功率跟踪电路设计...................................................................................... 60
4.1 主回路实现............................................................................................... 60
4.2 驱动电路................................................................................................... 61
4.3 检测电路................................................................................................... 61
4.4 与计算机通讯电路................................................................................... 62
4.5 电源电路................................................................................................... 63
4.6 光伏发电系统主要电路原理图................................................................63
第 5 章 光伏电池电流、电压检测分析软件....................................................................65
1 MATLAB 软件编程............................................................................................... 65
2 光伏电池电流、电压检测分析软件...................................................................66
3 本章小结............................................................................................................. 66
结 论.................................................................................................................................. 68
参 考 文 献......................................................................................................................... 2
2