小型高效率太阳能逆变电源开发课题申报书

项目编号：大学生科技创新项目申报书创新项目名称：小型高效率太阳能逆变电源开发创新项目负责人：项目负责人专业：电子信息工程学校名称：申报日期：2010年12月22日浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室制填写说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申报书由所在学校领导审查、签署意见并加盖公章后，一式2份（均为原件），报送至团省委学校部。一、项目简介项目概况项目名称小型高效率太阳能逆变电源开发项目性质（）基础研究（√）应用基础研究项目来源（）自主立题（√）教师指导选题起止时间自2011年1月至2011年12月项目状况1、√研发阶段2、中试阶段3、批量（规模）生产（选项打√）申请人姓名性别出生年月入学年月所在院系联系电话电子信箱项目组主要成员姓名年龄性别专业具体分工电子信息工程整体方案、逆变部分硬件设计与实现电子信息工程逆变部分软件设计电子信息工程直流升压部分设计计算机电池充放电管理部分设计与实现项目指导教师姓名性别男出生年月主要研究方向近三年获奖成果：国家级__等奖___项，省部级__等奖___项近三年科研经费45万元，年均15万元项目主要内容简介本项目以提高系统效率(85%以上)为优先原则，采用“推挽电路+高频升压+全桥逆变”的逆变电源设计方案。整个项目分为硬件和软件两部分，其中硬件分为直流升压和逆变环节。直流升压采用电压电流双反馈，将输出功率控制在1000W左右，频率控制在50HZ左右，控制器使用电流型控制芯片UC3846。在逆变环节，本项目采用IPM集成功率模板，简化了驱动电路设计。由于IPM自带欠压保护、短路保护功能，增加了系统抗干扰能力。控制芯片采用Microchip公司的专用于电源与电机控制的dsPIC30F系列中的dsPIC30F2010，具有对称互补输出地PWM口，生产SPWM波形极为方便，并不需要外接专用SPWM芯片。在软件设计中，采用PI控制调制幅度值，控制调节开关管的导通和断开发生变化，实现蓄电池24V/12V输入，标准市电220V输出。二、项目的研究目的及意义1、申请项目的必要性、目的及意义必要性进入2l世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的匮乏，另一方面是石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然气和水与核能等一次能源为主，然而这些有限的能源储量正在日趋枯竭。随着我国社会主义市场经济的高速增长，我国己成为全球第一大煤炭生产国，第二大能源消费国。在未来5至10年，我国煤炭国内生产总量基本能够满足国内消费量，然而，原油和天然气的生产则不能满足需求，其中原油的缺口最大，特别是自1992年以来，中国石油进口剧增，年均增长率达到35%左右，我国己成为全球第三大石油进口国。然而，煤炭、石油、天然气等常规能源在满足我国能源需求的同时，也对我国生态环境造成了严重的破坏作用。我们要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。因此，我国今后将重点开发利用各种可再生能源，缓解能源枯竭速度，同时改善生态环境，走能源可持续发展道路。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有储量的无限性、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，它的开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。目的及意义我国经济正处在一个飞速发展的时期，能源需求量在未来几十年仍将快速增加。在今后15年左右和更长的一段时间里，能源的发展状况对我国全面实现建设小康社会的宏伟目标将起到决定性的作用。我国太阳能利用尚处于起步阶段，研究小型高效率太阳能逆变电源的开发技术主要是为了解决偏远无电地区的生活用电问题、夏季高温电荒问题以及野外工作用电不便的问题。我国太阳能资源非常丰富，全国2/3的国土面积年均日照在2200小时以上。其中，西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏及内蒙古等地总辐射量和日照数为全国之最，特别是西藏西部地区，年太阳辐射量居世界第二，仅次于撒哈拉大沙漠。针对这一现状，我们可以充分利用这些地区日照时间长的优势，利用小型高效率太阳能逆变电源对这些地区的公共设施，如路灯等进行供电。随着我国经济的快速发展，对电力资源的需求也在不断增加，尤其是在夏季，在一些工业相对发达的省份经常会出现用电荒的现象，这就会给居民的日常生活早成一定的不变，小型高效率太阳能逆变电源可在夏季解决家庭日常用电问题，帮助缓解电荒现象。与此同时，它还可用于野外作业、车载电源、应急抢险和移动办公等其他方面。2、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围项目的背景我国于1958年开始太阳能电池的研究，1959年第一块有实用价值的太阳能电池诞生，1971年首次应用太阳能电池到我国发射的第二颗人造卫星上，并于1973年开始地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳能电池，使太阳能电池成本明显下降，打开了地面应用的市场。80年代，我国政府开始给光伏产业以支持，80年代中期，随着光伏电池生产线的引进，光伏电池价格的大幅下降，市场大为开拓。90年代以后，光伏电池应用领域已经扩展到通信、交通、石油、气象、国防、农村电气化和民用等国民经济各个领域，光伏电池用量也以每年20％速度递增。2004年我国太阳能电池产量首次超过印度，达到50Mw。据solarbuzz分析报告，2007年全球太阳电池产量达4000．05MW，其中中国大陆产量为1088．0MW，占全球总产量的27．2％，超过日本(占23．00％)和德国(20．25％)，成为全球第一大太阳电池制造副列2002年，在国家计委启动的西部省份“送电到乡”工程推动下，当年光伏发电组件安装量比上一年翻4．5倍。2003年底，我国光伏发电类装机容量约达55MW。但相比蓬勃发展的世界光伏工业，我国光伏产业仍处于起步阶段。由于光伏发电价格高，大规模的应用仍然受到限制，目前我国光伏发电应用以特殊领域和边远无电地区供电为主。预计在今后的十几年中，太阳能电池的走向将发生很大的转变，到2010年以前中国太阳能电池多用于独立光伏发电系统，从2011到2020年，中国光伏发电的市场主流将从独立发电系统转向并网发电系统。总之，随着我国可再生能源法的颁布，各种减免税政策和补贴政策的出台，将为光伏发电市场的发展提供良好的基础。光伏发电的应用领域将逐步由边远地区和农村的补充能源向全社会的替代能源过渡。目前，我国第一个由国家部委亲自组织招标的大型太阳能项目已获通过，并将在甘肃敦煌实施建设。主要内容本项目研究的小型高效率太阳能逆变电源是将太阳能经太阳能电池转换为电能，再经过能量存储、能量变换控制等环节，向负载提供交流电源。可以应用于各种功率较低的电器，照明设备等，对于节能环保具有重大意义。该逆变电源主要由太阳能电池方阵，蓄电池组，直流升压电路设计，控制器和逆变器构成。我们小组需要对以上各部分进行设计制作，构建出逆变电源模型，通过软件测试和实际测量进行改良并确定最终的模型。技术水平本项目研究的新型小型高效率太阳能逆变电源的开发设计共分以下几个方面：一、设计方案的确定，此过程已经完成，在本文中有详细的论述。二、结构方案的确定，此过程正在积极地实践中，更是我们今后研究的主要方向。三、关键机构的相关优化，提高本项目的效率。四、设计结构的图纸导出。五、样机效果的检验测试，检查该小型电源的实际效用，方便更作改进。同时，给本课题提供相关帮助的导师更是在电力电子、电机控制方面有专攻，有着丰富的实战经验，能够给我们在实践课题的过程中提供足够的经验指导，为我们更好完成课题打下基础。所以，若是从技术层面上来说，我们已经具备了完成此次课题的各种条件，能够完成这个课题的研究设计。应用范围小型高效率太阳能逆变电源可用于家庭用电，例如带动电脑、彩电、CD/VCD/DVD播放机、等电子产品，与此同时，也解决偏远用电难地区的生活用电问题。除此之外，它还可以用于应急抢险、野外作业、移动办公、公安部队、驾车出游（车载电池）等其他方面。因此，该产品的应用范围相当广泛，前景非常可观。3、实施该项目所具备的基础、优势和风险项目基础和优势：1.本项目组在收集国内外各种文献资料的基础上，采取理论建模分析，计算机仿真，虚拟样机和物理样机相结合的研究方法，综合运用光学，电学，结构力学等知识进行验证。现在已经有了一定的理论和设计基础。2.项目申请者的导师多年来主要从事电子信息学科导论、电子信息学科专题讲座、MATLAB语言、传感器与检测技术、单片机原理等课程的教学工作和研究。2007年12月进入横店集团联宜电机有限公司博士后工作站做兼职博士后，从事逆变电源、微特电机控制技术、交流电机伺服系统等研发与产业化工作。导师丰富的经验是我们的一大优势。3.项目申请人及其团队具有扎实的电力电子知识基础，能熟练应用三维造型软件Pro/EUG对模型进行实体建模，运用三维动态仿真软件ADAMS进行光电学仿真，运用altiumdesigner进行电子制图，并且能熟练运用C语言，Matlab等编程语言对模型进行各种计算。4.另外项目申请人所在实验室能提供一定的硬件支持，各种仿真软件，以及项目所需材料。另外还有较好的网络环境及其他辅助设备。项目风险本项目组将尽可能将研究方案分析详细，技术研究路线考虑周详，研究团队成员虽都有良好的理论基础，所在实验室也将为项目实施和实验提供各种设备保障，但风险依旧存在。由于实际操作引发的一些不可控制或者不明的因素对结果造成的影响很可能被我们忽略掉，因此会有一定的风险。4、项目计划目标具体的实施技术路线项目计划目标a)根据产品功能要求和目前已有相关产品实现方法，查阅太阳能逆变电源设计相关资料及相关论文发表情况，收集本产品可采用的各种设计方案。b)分析各种方案的优缺点，结合其他类似的电路、电源，构想出即经济，转换率又高的小型太阳能逆变电源设计方案。c)对构想出的各种电源设计方案进行多方面的对比分析（实用性、制造加工成本、使用寿命、转换率等），确定出一到两套适用于本项目的设计方案。d)借助计算机进行辅助设计，完成产品的各中电路设计及软件设计。并通过仿真软件进行性能测试及相关参数的优化。e)根据最终完善后的电路及软件程序进行电源样品的加工。f)对小型太阳能逆变电源进行性能测试，检验其是否高效。g)最后进行撰写项目相关报告及相关材料的准备。三、预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析1、项目的预期成果及知识产权归属情况预期成果：(1).提交本项目所发表的关于独立式光伏太阳能逆变电源研究的所有学术论文和完整的结题报告，包括整个光伏电源逆变实现电路的组成部分以及相应的实验测试报告。(2).在国内外重要刊物上发表关于独立式光伏太阳能逆变电源电路实现的论文一篇。(3).力争在关于独立式光伏太阳能逆变的小型电机结构中申请得到专利一项。(4).实现市场生产，大面积运用于生活各个角落，实现资源环境协调统一，实现环保型社会。知识产权归属情况本项目知识产权于所有成员所有。2、项目的市场前景分析为了缓解地球资源的桔竭，减少燃料燃烧所造成的温室效应和肪止环境污染对人类健康造成的不良影响，近年来国际社会普遍关注对太阳能、风能、潮汐、地热等可再生能源的开发应用，其中太阳能发电更是备受关注的课题，因为太阳能是一种取之不尽、用之不竭，清洁无污染、分布她域辽阔的能源。今年来，光伏发电技术有了广泛的应用，随着我国新能源法的颁布，光伏发电系统将在我国拥有更广阔的发展空间。逆变电源是光伏发电系统的重要部件，其性能对光伏系统的应用产生较大影响。目前，国内纯正弦波输出逆变电源主要采用工频变压器升压输出，这种逆变器体积大、笨重、价格也较高，难以适应技术发展和市场需求。因此，我们提出此个光伏发电技术的运用，有助于降低系统