Разработка и изготовление контроллера водяного насоса для солнечной водоподъемной установки - Диссертация

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АБУ РАЙХАНА БЕРУНИСолнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Внедрение солнечной водоподъемной установки в таких областях позволит улучшить и расширять орошаемые территории. В то же время имеется очень большое количество потенциальных потребителей маломощных водоподъемных установок индивидуального использования с производительностью около одного кубометра воды в сутки. Практическая ценность разработки в том, что контроллер позволяет максимально эффективно использовать солнечную энергию при помощи современного метода поиска максимально эффективной точки. Также полезной функцией устройства является отслеживание времени, что позволяет не допустить полного разряда аккумуляторных батарей водоподъемной установки ближе к концу дня и позволяет запастись энергией на ночное время суток, для использования ее на освещение и другую полезную работу.Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путем соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещенной зоны - энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счет изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещенной зоны (создание варизонных структур). Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с: · отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя, · прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нем, · рассеянием на тепловых колебаниях решетки избыточной энергии фотонов, · рекомбинацией образовавшихся фото-пар на поверхностях и в объеме ФЭП, · внутренним сопротивлением преобразователя, · и некоторыми другими физическими процессами. · создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещенной зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.; Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счет создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до 80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно переизлучающих структур, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных пленочных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭПИ т. д.Выработанную солнечной батареей энергию можно сохранять в разных формах: • химическая энергия в электрохимических аккумуляторах; • потенциальная энергия воды в резервуарах; • тепловая энергия в тепловых аккумуляторах; • кинетическая энергия вращающихся масс или сжатого воздуха. Для солнечных батарей больше подходят электрические аккумуляторы, так как солнечные батареи производят, а потребитель потребляет электроэнергию, которая непосредственно и запасается в аккумуляторе. Нужно сразу подчеркнуть, что аккумуляторы, специально предназначенные для солнечных батарей (и других подобных систем), существенно отличаются от стартерных автомобильных аккумуляторов, пусть даже имеющих в основе туже технологию. Главными условиями по выбору аккумуляторов являются: • стойкость к циклическому режиму работы; • способность переносить без последствий глубокий разряд; • низкий саморазряд аккумулятора; • некритичность к нарушению условий зарядки и разрядки; • долговечность; • простота в обслуживании; • компактность и герметичность (важный критерий для переносных или периодически демонтируемых солнечных батарей). Этим требованиям в полной мере удовлетворяют аккумуляторы, изготовленные по технологиям "dryfit" и AGM (адсорбированный электролит) или рекомбинационной технологии.Стоимость регулятора заряда составляет не выше 5% от стоимости всей системы (однако от качества зарядных регуляторов зависит то, как часто придется менять аккумулятор). Чтобы предохранить батарею от избыточной разрядки, нагрузка должна быть отключена, когда напряжение батареи опускается ниже напряжения отключения. Нагрузка не должна подключаться до момента, когда напряжение не возрастет до определенного значения (напряжения подключения). Напряжение начнет снижаться, пока не достигнет другого порога, называемого напряжением возобновления заряда.К счастью, имеется много потребителей, использующих именно постоянный ток (зарядка аккумуляторов, освещение, радиоаппаратура и т.д.), но потребителей переменного напряжения 220В ни меньше. Первый тип имеет генератор частоты, а второй должен работать синхронно с промышленной сетью (и в качестве генератора частоты использует саму сеть).

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие сведения по солнечным батареям

1.3 Аккумуляция энергии солнечных батарей

1.4 Регуляторы зарядки и разрядки аккумуляторов

1.5 Инверторы

1.6 Контроллеры заряда и разряда аккумуляторов

1.7 MPPT контроллеры

1.8 Выработка технических требований контроллера

2. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИБОРА

2.1 MPPT

2.2 Выбор типа микроконтроллера

2.3Общая характеристика микроконтроллеров AVR

2.4 Микроконтроллер ATMEGA16

2.5 Разработка схемы повышающего преобразователя

2.6 Алгоритмы работы схемы управления контроллера

2.7 Обработчики прерываний

2.8 Разработка схемы микроконтроллерного узла

3. Разработка печатных плат, монтаж и наладка электронных блоков

3.1 Изготовление схемы

3.2 Изготовление печатных плат

3.3 Монтаж и наладка электронных блоков

3.4 Разработка и отладка программы

4. СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1 Анализ полученных осциллограмм

4.2 Проверка номинальных характеристик

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ