太陽能多功能充放電控制器之研究 余森桂、鍾翼能
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摘 要
本文提出太陽能多功能充放電控制器之研製，其主要目的是提高儲存太陽光能使用效率、自動切換市電備載之充電電源，
使系統穩定度最佳化和完成蓄電池自動檢測系統。太陽能板充電器製作是以降壓式 (Buck Type) 電力轉換電路架構為主，
作為控制蓄電池週期性脈衝充電電流及穩壓充電電源，使蓄電池壽命延長。控制系統乃利用電壓電流檢測器，將其所測得 資料 ( Data) 訊號之數據，傳送至可程式邏輯控制器 ( PLC )，可程式邏輯控制器將其接受到之資料作分析判斷，下控制指 令來控制週邊設備，進而促使系統作電路切換動作，如白天無太陽光可供太陽板充電時，利用電壓電流檢測器及時間掃描 喚醒動作，系統自動切換至市電備載充電電源使蓄電池能夠繼續充電，讓系統備載維持儲存高容量之能源，當陽光使太陽 能板能夠再充電時，程式邏輯控制器利用時間掃描喚醒動作，自動切換至太陽能板充電路徑。蓄電池監測系統採取充電計 時放電加載之方法，利用蓄電池最低下限電壓作為一判斷點，當蓄電池電壓低於此電壓時，利用市電強迫充電蓄電池一段 時間，再用負載放電一段時刻，測試負載有無電流，作為蓄電池良否之判定，太陽能多功能充放電控制器使用程式邏輯控 制器使其更加智慧化，系統故障回報系統能夠迅速排除障礙，使太陽能光電系統在實際應用上更為可行，此一系統經過與 其他太陽能光電系統分析比較之後，顯現其穩定度。
關鍵詞 : 太陽能電池 ; 降壓式
目錄
封面內頁 簽名頁 大葉大學碩士論文全文授權書………iii 中文摘要………
………iv 英文摘要………v 誌謝………
………vii 目錄………viii 圖目錄………
………ix 第一章 緒 論………1 1.1 研究動機………
………1 1.2 研究目的………2 1.3 章節摘要 ………
………4 第二章 太陽能光電轉換系統………5 2.1 太陽能電池模式………
………5 2.2太陽能電池種類………6 2.3 太陽能板特性………9 2.4 最大功率追蹤………11 2.5 蓄電池之充電控制模式………13 2.6 太陽光發電系 統用蓄電池………17 第三章 太陽能多功能充電器電力轉換器之電路原理…18 3.1 線性電壓調整器…………
………18 3.2 順向式轉換器………19 3.3 降壓式轉換器………
………19 3.4 返馳式轉換器………20 3.5 昇壓式轉換器………21 3.6 推挽 式轉換器………22 3.7 半橋式轉換器………23 3.8 全橋式轉換器………
………24 3.9 太陽能供電系統之電路架構設計………25 3.10串級DC/AC之電路架構………
…………26 第四章 太陽能多功能充放電控制器技術及功能模組實驗 量測………
…29 4.1太陽能多功能充放電控制器之電路………29 4.2 太陽能板充電器電路之製作………35 4.3手動 測試太陽能多能充放電控制系統………42 4.4 市電備載充電切換系統………46 4.5 夜間蓄電池自動 切換系統………53 4.6 太陽能蓄電池監測系統………57 4.7故障監測回報系統………
………64 第五章 結論與展望………67 5.1總結………
………67 5.2未來研究方向………68 參考文獻………
………70 圖目錄 圖2.1太陽電池等效電路模型 ………5 圖2.2太陽電池種類 ………
………7 圖2.3 單晶太陽能電池 ………8 圖2.4.多晶太陽能電池 …………
………8 圖2.5太陽光電池電流與電壓之特性曲線 ………10 圖2.6太陽光電池的輸出功率 與輸出電壓特性曲線………11 圖2.7脈衝充電電路………14 圖2.8開關切換及脈衝電 流波形……… ………15 圖2.9 Reflex 充電電路………16 圖2.10 充電開關切 換Reflex 電流波形………17 圖3.1 基本線性調整器 ………19 圖3.2 順向式轉換 器電路架構………20 圖3.3 降壓式轉換器之基本電路架構 ………21 圖3.4返馳式轉 換器電路架構………21 圖3.5 昇壓式轉換器電路架構 ………22 圖3.6 推挽 式轉換器電路架構………23 圖3.7 半橋式轉換器電路架構………24 圖3.8 全橋式電路架構………25 圖3.9 太陽能供電系統應用於負載系統之電路架構圖…………27
圖3.10串級DC/AC之電路架構………28 圖3.11太陽能全橋式轉換器架構(a-c)………
…29 圖4.1太陽能多功能充放電控制器系統圖………32 圖4.2 太陽能多功能充放電控制器………
………33 圖4.3 太陽能系統整合之程式邏輯控制器………33 圖4.4 太陽能模板………34 圖4.5 太陽能 多功能充放電控制器與太陽能模板連接………34 圖4.6 太陽能多功能充放電控制器之實際運作………35 圖4.7 太陽能板充 電器………35 圖4.8 太陽能充電控制系統降壓型(Buck Type)之電力轉換器…36 圖4.9 (a)Buck Type 電 力轉換器之電路 ………37 圖4.9 (b)Buck Type 電力轉換器之電路波形………38 圖4.10 PWM 於無 負載時之輸出控制電壓波形 ………39 圖4.11 PWM 於動態負載為1.5安培時輸出控制電壓波形 ……42 圖4.12 PWM 於動態負載2.5安培時輸出控制電壓波形………42 圖4.13 太陽能充電器電感 102uH 時，負載測試結果…………41 圖4.14 太陽能充電器電感230 uH時，負載測試結果…………41 圖4.15 手動測試電路方塊圖………42 圖4.16 手動測試切換裝置………43 圖4.17 手動測試流程圖………44 圖4.18 手動測試程式步階圖………45 圖4.19 市電備載電源充電電路方塊圖………47 圖4.20 太陽能模板充電之顯示………47 圖4.21 市電備載電源切換充電之顯示………48 圖4.22 市電備載充電切換系統流程圖………49 圖4.23 日間系統起始程式步階圖………50 圖4.24 日間太陽能充電作業程式步階圖………50 圖4.25 日間市電備載充電作業程式步階圖………51 圖4.26 市電備載充電切換系統之波形………52 圖4.27 夜間系統切換電路方塊圖………54 圖4.28 負載之切換裝置及DC/AC 電力轉換器………54 圖4.29 夜間系統作業流程圖………55 圖4.30 夜間系統作業程式步階圖………56 圖4.31 夜間市電備載充電作業系統程式步階圖………56 圖4.32 蓄電池監測系統電路方塊圖………58 圖4.33 蓄電池以市電備載電源充電計時………
…58 圖4.34 蓄電池加載放電測試………59 圖4.35 蓄電池監測系統流程圖………
………60 圖4.36 蓄電池監測作業系統程式步階圖………61 圖4.37 蓄電池充電計時作業程式步階圖…………
………61 圖4.38 蓄電池加載測試電流作業程式步階圖………62 圖4.39 蓄電池損壞警告更換作業程式步階圖
………62 圖4.40 監測蓄電池良好電壓測試圖形 ………63 圖4.41 監測蓄電池損壞電壓測試圖形 …
………63 圖4.42 監測故障系統電路方塊圖 ………64 圖4.43 故障監測自動回報系統流程 圖………65 圖4.44系統故障偵測程式步階圖………66 圖4.45系統故障顯示排除程式步階圖
………66 參考文獻
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