The Analysis,Design and Application of Independent Photo-Voltaic System

本研究旨在探討如何設計一獨立太陽能發電系統，在兼顧成本以及負載停載風險的雙重考量之下，由當地的氣候資料、負載的運轉耗電特性、太陽電池以及蓄電池本身的性能來決定此獨立系統所需要的匹配。在硬體方面則是設計能量管理控制器以及變頻器。前者是同時考量到太陽電池的發電狀態、蓄電池的殘電量以及負載的消耗電量來調節供電方式。後者則是針對負載的用電狀況，將負載的耗電量調節至最小以達到省能之目的。The main purpose of the research presented is how to design a Independent Photo-Voltaic System under consideration of cost and lost-load probability. The system sizing is determined with data of local weather, characteristic of load operation, and the efficiency of solar cell and lead-acid battery. In the hardware, we design the energy administrator controller(energy management) and frequency converter。The former is to modulate supplied power with generation of solar cell, the residue condition of lead-acid battery and load consumption. The latter is to reduce load consumption according the load condition.目 錄 致謝...................................................Ⅰ 中文摘要.............................................. Ⅱ 英文摘要.............................................. Ⅲ 目錄...................................................Ⅳ 圖目錄................................................ Ⅶ 表目錄............................................... XIII 第一章 前言.......................................... 1 1.1 研究動機..........................................1 1.2 研究內容..........................................8 第二章 太陽能獨立發電系統之組件特性................. 11 2.1 發電組件—太陽電池特性簡介.......................11 2.1.1太陽電池特性曲線測試設備.........................11 2.1.2太陽電池特性曲線測定結果.........................15 2.1.3太陽電池等效電路與特性方程式.....................18 2.1.4太陽電池特性方程式參數之推估結果.................20 2.1.5集光式太陽能發電單元與反射面幾何形狀分析.........23 2.1.6方型反射面的幾何集光比設計分析...................29 2.2 供電/蓄電組件—鉛酸電池特性......................50 2.3 負載—直流壓縮機特性.............................54 2.3.1直流壓縮機的瞬時功率與溫度、轉速的特性...........54 2.3.2直流壓縮機的總耗能與溫度、轉速的特性.............58 第三章 太陽能獨立發電系統之設計分析................. 61 3.1 以連續陰雨天機率為基準之系統設計.................62 3.2 以逐時模擬之系統最佳化設計與分析.................66 第四章 太陽能獨立發電系統能量管理................... 89 4.1 太陽能獨立發電系統架構...........................90 4.2 能量管理控制器之控制邏輯.........................91 4.3 變頻控制器之控制邏輯.............................97 4.4 太陽能獨立發電系統控制器之控制流程...............108 4.5 太陽能獨立發電系統控制器之控制電路...............110 4.6 實驗與分析.......................................119 第五章 討論與結論...................................122 5.1 討論..........................................122 5.2 結論..........................................123 5.3 未來展望........................................ 124 參考文獻............................................. 125 附錄A 非線性迴歸分析程式(Fortran語言)................ 126 附錄B 平板式太陽能獨立發電系統模擬程式(Visual Basic)..146 附錄C 8052控制器之控制程式(C語言).....................15