可视化光伏输出电气特性监测系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景

在人类能源开发利用的漫长历史中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期仅是一个不太长的阶段，化石能源必将被新能源所取代。因此，人类需采取预防措施，尽快寻找替代能源。同时，化石能源的大规模开发利用是人类生存环境恶化的主要原因之一。例如，化石能源燃烧所排放的二氧化碳和含氧硫化物直接导致地球的温室效应和酸雨的产生。进入21世纪，人类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战。在资源有限和环境保护要求双重制约下，经济发展已成为全球热点问题，这就需要寻求可再生的清洁能源。

太阳能资源具有安全、可靠、充足、无污染、限制少、维护简单等优点。在新能源领域最具发展潜力。在全球新能源形式的推动下，光伏产业蓬勃发展。光伏发电是太阳能光伏发电系统的简称。它是一种利用半导体材料将太阳光直接转化为电能的光伏效应。它是一种新型的发电系统。光生伏效应最早是由法国科学家贝克勒尔提出的，即光可以使半导体材料的不同部分产生电位差而形成电流。从贝克勒尔光伏效应的提出，到爱因斯坦对光伏效应的验证，再到贝尔第一台单晶硅光伏电池，直到现在“光伏屋顶计划”和“新阳光计划”的全面实施，光伏产业作为一个朝阳产业得到了迅速发展，已成为全球最大的光伏产业之一世界上增长最快的发电能源。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容

本设计着重于对光伏串列输出电气特性的监测，能够通过用户界面实时显示光伏串列的输出特性及工作点的位置。一方面用matlab软件设计出光伏串列电气特性采集电路；另一方面用matlab gui环境搭建出用户界面，从中可以观察到温度、辐照度、开路电压、短路电流等参数以及光伏串列的输出i-v曲线和p-v曲线，其中，温度通过传感器得到；辐照度采用预测模型通过测量的短路电流估测；i-v曲线通过调节可编程负载扫描得到，从而算出p-v曲线。

此外，本设计将会应用到无线通信技术，主要是用于上位机与下位机之间的数据传输，并且使用modbus指令控制的串口通信，串口的控制开关按钮设置在用户界面上。本设计拟采用arm嵌入式开发板为主控制器，arm嵌入式开发板与可编程负载之间同样使用modbus指令控制的串口通信来对电流电压进行读写，cv电压值的设定同样设置在用户界面上。

3. 研究的方法与步骤

研究方法

1. 查阅相关领域的论文、期刊、书籍等来增加知识储备；

2. 学习系统所涉及到的各个模块的基本理论及matlab的使用；

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   4. 参考文献

   [1] 何权港,高长伟,郭京津,吴越,王鑫.太阳能光伏电池电气特性仿真研究[j].东北电力技术,2019(01):28-30.

   [2] 林文城,陈志聪,吴丽君,林培杰,吴越,程树英.一种光伏组件i-v特性曲线测试及参数辨识系统[j].福州大学学报(自然科学版),2018(02):192-198.

   [3] 曹龙汉,余佳玲,李景南.基于matlab/simulink的光伏电池仿真建模研究[j].半导体光电,2015,36(05):718-721.

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   5. 计划与进度安排

   1. 2022年3月1日到2022年3月8 阅读相关材料，了解理论知识；

   2. 2022年3月9日到2022年3月13 设计系统整体框架,了解整体设计思路；

   3. 2022年3月14日到2022年3月20 搭建计算机软件环境，熟悉matlab的使用；

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