離網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　莁葿羄膈芇蒈肆莄薆薇螆膇蒂薆袈莂莈薅羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莁薁螇肄芇蝕衿芀薅蝕羂肂蒁蠆肄羋蕆蚈襖肁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈蒞蒄蚄袀膇莀螄羂莃芆螃肅膆薄螂螄羈薀螁羇膄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋螈袁肅薇螈羃芁蒃袇肆肅荿袆螅艿芅裊袈肂蚃襖肀莇蕿袃膂膀蒅袂袂蒞莁葿羄膈芇蒈肆莄薆薇螆膇蒂薆袈莂莈薅羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莁薁螇肄芇蝕衿芀薅蝕羂肂蒁蠆肄羋蕆蚈襖肁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈蒞蒄蚄袀膇莀螄羂莃芆螃肅膆薄

2、螂螄羈薀螁羇膄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋螈袁肅薇螈羃芁蒃袇肆肅荿袆螅艿芅裊袈肂蚃襖肀莇蕿袃膂膀蒅袂袂蒞莁葿羄膈芇蒈肆莄薆薇螆膇蒂薆袈莂莈薅羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莁薁螇肄芇蝕衿芀薅蝕羂肂蒁蠆肄羋蕆蚈襖肁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈蒞蒄蚄袀膇莀螄羂莃芆螃肅膆薄螂螄羈薀螁羇膄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋螈袁肅薇螈羃芁蒃袇肆肅荿袆螅艿芅裊袈肂蚃襖肀莇蕿袃膂膀蒅袂袂蒞莁葿羄膈芇蒈肆莄薆薇螆膇蒂薆袈莂莈薅羈膅芄薅膃羈蚃薄袃芃蕿薃羅肆蒅薂肇芁莁薁螇肄芇蝕衿芀薅

3、蝕羂肂蒁蠆肄羋蕆蚈襖肁莃蚇羆莆艿蚆肈腿薈蚅螈蒞蒄蚄袀膇莀螄羂莃芆螃肅膆薄螂螄羈薀螁羇膄蒆螀聿肇莂蝿蝿節(jié)羋螈袁肅薇螈羃芁蒃袇肆肅荿袆螅艿芅裊袈肂</p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　離網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p

4、>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源利用的一種重要形式。本文主要是對(duì)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真研究。</p><p>　　首先介紹了目前國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的背景及其意義。接著對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行概述，介紹了它的組成和分類。本文以太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，先對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對(duì)蓄電池和光伏陣列容量進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)DC-DC變換器、DC-AC逆變器和光伏陣列進(jìn)行仿真。</p><

5、p>　　關(guān)鍵詞 光伏電池；DC-DC變換器；逆變器；并網(wǎng)；仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The PV generation system is a significant measure in renewable energy utilization.</p><p>　　Simulati

6、on on the control system of photovoltaic generation is presented in the thesis.Firstly,introducing the presently application and development situation of photovoltaic technology at home and abroad. Secondly, Having an ov

7、erview of solar photovoltaic systems and introducing its composition and classification.Thirdly, researching three DC-DC converters’principle,presenting that using Boost DC-DC converter to realize conversion and building

8、 the simulation model after analyze the parameters.F</p><p>　　Keywords: PV cell；DC-DC converter；Inverter；on grid；simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I

9、</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 課題背景及研究的意義1</p><p>　　1.1.1 能源短缺的問(wèn)題1</p><p>　　1.1.2 太陽(yáng)能資源2</p><p>　　1.2

10、 太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景2</p><p>　　1.2.1 國(guó)外太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.2 我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)3</p><p>　　1.3 本文的研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　第2章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理5</p><p>　　2.1 光電

11、效應(yīng)概述5</p><p>　　2.2 光生伏打效應(yīng)概述及應(yīng)用5</p><p>　　2.2.1 光生伏打效應(yīng)5</p><p>　　2.2.2 光生伏打效應(yīng)應(yīng)用5</p><p>　　2.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成5</p><p>　　2.4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類6</p>

12、<p>　　2.4.1 獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)6</p><p>　　2.4.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)7</p><p>　　2.4.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)8</p><p>　　2.5 本章小結(jié)9</p><p>　　第3章 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 負(fù)載安

13、裝地點(diǎn)以及運(yùn)行要求10</p><p>　　3.2 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.1 整體電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.2 蓄電池容量的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.3 光伏陣列的容量設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.3 本章小結(jié)12</p

14、><p>　　第4章 重要部分的設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1 太陽(yáng)能電池方陣13</p><p>　　4.2 光伏電源充放電控制器16</p><p>　　4.2.1 控制器的功能：16</p><p>　　4.2.2控制器的分類16</p><p>　　4.2.3控制器的

15、基本電路和工作原理17</p><p>　　4.3 DC-DC變換器的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.3.1 DC-DC變換器原理19</p><p>　　4.3.2 基于MATLAB/SIMULINK/SimPower Systems的仿真20</p><p>　　4.4 DC-AC逆變器的設(shè)計(jì)21</p>

16、<p>　　4.4.1 逆變器的原理21</p><p>　　4.4.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源的要求22</p><p>　　4.4.3 三相逆變器的仿真23</p><p><b>　　結(jié) 論25</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)26</p><p&g

17、t;<b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題背景及研究的意義</p><p>　　1.1.1 能源短缺的問(wèn)題</p><p>　　在人類文明的歷史長(zhǎng)河中，人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發(fā)展所需的各種能源，

18、能源的利用水平折射出人類文明的進(jìn)步步伐。從原始社會(huì)開(kāi)始，由地球在長(zhǎng)達(dá)50萬(wàn)年的歷史中積累下來(lái)的化石礦物能源，即常規(guī)能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類所用能源的基礎(chǔ)。但是常規(guī)能源的儲(chǔ)量正隨著人類文明的高度發(fā)展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲(chǔ)量是有限的，按目前消耗的速度計(jì)，石油還可供開(kāi)采40年左右，天然氣約60年，煤可望達(dá)200年。全球能源消耗的年增長(zhǎng)率約為2%，近35年來(lái)世界能源消費(fèi)量已經(jīng)翻了一番。人們預(yù)計(jì)，到2025年全球

19、能源消耗還將再增加一倍。這些都提醒人們注意到必須開(kāi)發(fā)新的能源。</p><p>　　常規(guī)能源的大量利用對(duì)人類生存環(huán)境也有著日趨嚴(yán)重的破壞作用。 到20世紀(jì)末人們開(kāi)始意識(shí)到：由于每年燃燒常規(guī)能源所產(chǎn)生的CO2排放量約210億噸左右，已經(jīng)使地球嚴(yán)重污染，而且目前CO2的年排放量還在呈上升趨勢(shì)。CO2造成了地球的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖。經(jīng)過(guò)較為準(zhǔn)確的推算，如果全球變暖1.5～4.5℃,最嚴(yán)重的后果是海平面將上升25

20、～145cm，沿海低洼地區(qū)將被淹沒(méi)，這將嚴(yán)重影響到許多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政治結(jié)構(gòu)。此外，大量燃燒礦物燃料，會(huì)在大范圍內(nèi)形成酸雨，將嚴(yán)重?fù)p害森林和農(nóng)田，目前全球已有數(shù)以千計(jì)的湖泊酸性度不斷提高，并已接近魚類無(wú)法生存的地步；酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結(jié)構(gòu)，甚至進(jìn)入飲用水源，釋放出潛在的毒性金屬（如鎘、鉛、汞、鋅、銅等），威脅人類健康。因此，人類文明的高度發(fā)展與生存環(huán)境的極度惡化，形成了強(qiáng)烈的反差。</p><

21、p>　　針對(duì)以上情況開(kāi)發(fā)和使用新能源(可再生能源和無(wú)污染綠色能源)已是人類目前迫切需要解決的重要問(wèn)題。雖然目前人類可利用的新能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能、海洋能等能源形式都是可以滿足要求的。但從能源的穩(wěn)定性、可持久性、數(shù)量、設(shè)備成本、利用條件等諸多因素考慮，太陽(yáng)能將成為最為理想的可再生能源和無(wú)污染能源。</p><p>　　能源短缺是當(dāng)今社會(huì)中的熱點(diǎn)問(wèn)題，它直接制約著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，可再生能源的利用

22、也就成了當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能。廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。近年來(lái)太陽(yáng)能的利用得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，美國(guó)、日本、德國(guó)相繼提出了“陽(yáng)光計(jì)劃”、“節(jié)能計(jì)劃”等大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。自“六五”以來(lái)我國(guó)政府也一直把研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能和可再生能源技術(shù)列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，大大推動(dòng)了我國(guó)太陽(yáng)能和可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，照明作為日常生活中

23、不可缺少的一部分，成為了世界各國(guó)的一項(xiàng)重要的能源消耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)照明用電占我國(guó)總發(fā)電量的10％以上，綠色節(jié)能照明的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。</p><p>　　1.1.2 太陽(yáng)能資源</p><p>　　太陽(yáng)能發(fā)電是個(gè)取之不盡、用之不竭的綠色能源工程。2l世紀(jì)大力發(fā)展是擺在世人面前的必然大趨勢(shì)?，F(xiàn)在全球有20億人口沒(méi)有用上電，我國(guó)也還有5千萬(wàn)無(wú)電人口，其中相當(dāng)大部分處在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的邊遠(yuǎn)地區(qū)，沒(méi)有

24、電力嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。由于居住分散、交通不便，很難通過(guò)延伸公共電網(wǎng)來(lái)解決這些地區(qū)的供電問(wèn)題。這對(duì)可再生能源來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)。4 s+</p><p>　　太陽(yáng)能發(fā)電具有無(wú)比優(yōu)越特點(diǎn)：在發(fā)電過(guò)程中，不消耗地球上的資源，無(wú)任何污染，安全可靠，無(wú)嗓音，不受地域限制，無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障率低，維修簡(jiǎn)單，無(wú)需遠(yuǎn)距離架設(shè)輸電線路，節(jié)省費(fèi)用，建設(shè)周期短，可以無(wú)人值守，發(fā)電規(guī)模大小可隨意，可以方便的與建筑物結(jié)合節(jié)省綜

25、合費(fèi)用，高山，邊遠(yuǎn)地域和海洋中小島等，特殊地域布設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電更為方便優(yōu)越。上述優(yōu)點(diǎn)正是傳統(tǒng)發(fā)電所不及的。</p><p>　　據(jù)測(cè)算，1年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量是目前世界已探明儲(chǔ)量能源的一萬(wàn)多倍。我國(guó)屬于太陽(yáng)能較為豐富的國(guó)家之一，全國(guó)國(guó)土面積2/3的地區(qū)每年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)，僅陸地面積每年接受的太陽(yáng)能輻射就約等于幾個(gè)三峽工程發(fā)電量的總和。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的主要途徑是光伏發(fā)電，他具有如下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)噪聲、無(wú)污

26、染、能量隨處可得，不受地域限制，無(wú)需消耗燃料，可以無(wú)人值守，建設(shè)周期短，規(guī)模設(shè)計(jì)自由度大，可就地使用，容易儲(chǔ)存，還可以方便的與建筑物結(jié)合等，使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電可以既不為核電站可能發(fā)生核泄漏而煩惱，也不用為水電站的堤壩可能在戰(zhàn)爭(zhēng)或地震中崩潰而擔(dān)憂。</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景</p><p>　　1.2.1 國(guó)外太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)</p>

27、<p>　　全球太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在化石能源日益稀缺的背景下，各國(guó)均大力發(fā)展太陽(yáng)能利用，其中日本、歐洲國(guó)家(德國(guó))和美國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源消耗大的國(guó)家起步較早，在技術(shù)和應(yīng)用上都處于領(lǐng)先地位。由于太陽(yáng)能發(fā)電成本較傳統(tǒng)能源高，因此需要政府給予政策扶持。從20世紀(jì)90年代末開(kāi)始，歐美、日本等國(guó)家紛紛實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，在太陽(yáng)能發(fā)電的價(jià)格、稅收、發(fā)展基金等方面給予較大優(yōu)惠。同時(shí)，在政府資助下，歐洲一些高水平的研究機(jī)構(gòu)也加大了太

28、陽(yáng)能利用的研究。</p><p>　　歐美、日本等國(guó)家還制定了長(zhǎng)期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展進(jìn)行了長(zhǎng)期規(guī)劃。1997年6月美國(guó)提出“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃到2010年將在100萬(wàn)個(gè)屋頂或建筑物其他可能的部位安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能空氣集熱系統(tǒng)。歐洲也于1997年左右也宣布了百萬(wàn)屋頂計(jì)劃，其中，在太陽(yáng)能利用領(lǐng)域領(lǐng)先的德國(guó)聯(lián)合政府在歐洲百萬(wàn)屋頂?shù)目蚣芟掠?998年10月提

29、出了計(jì)劃——在6年內(nèi)安裝10萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?00-500MV，每個(gè)屋頂約3-5KW。日本政府的計(jì)劃目標(biāo)是，到2010年安裝500MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。 在各國(guó)政府的扶持下，世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，1995-2005年間，全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量增長(zhǎng)了17倍。2005年，全球太陽(yáng)能電池年產(chǎn)量達(dá)到了1650兆瓦，累計(jì)裝機(jī)發(fā)電容量超過(guò)5GW，其中，日本太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)到762兆瓦，增長(zhǎng)率為27%；歐洲產(chǎn)量增加48%，達(dá)到

30、了464兆瓦；美國(guó)增加12%，達(dá)到了156兆瓦；世界其他地區(qū)增加96%，達(dá)到了274兆瓦。我們預(yù)計(jì)，2010年全球太陽(yáng)能電池的年產(chǎn)量有望達(dá)到10400兆瓦，較2005年的年產(chǎn)量增長(zhǎng)6</p><p>　　1.2.2 我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)</p><p>　　我國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富，大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時(shí)以上，理論儲(chǔ)量達(dá)每年1.7萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)

31、利用的潛力非常廣闊。從全國(guó)太陽(yáng)年輻射總量的分布來(lái)看，青藏高原和西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北大部以及云南、廣東、海南等部分低緯度地帶均為太陽(yáng)能資源豐富或較豐富的地區(qū)。 我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也非常廣闊。第一，我國(guó)有荒漠面積100余萬(wàn)平方公里，主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，如果利用荒漠安裝并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)則可以提供非?？捎^的電量。第二，太陽(yáng)電池組件不僅可以作為能源設(shè)備，還可作為屋面和墻面材料，既供電節(jié)能，又節(jié)省了建材，具有良

32、好的經(jīng)濟(jì)效益。第三，迄今我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)仍有較多居民尚未用電，如果單純依靠架設(shè)電網(wǎng)供電，則成本高，建設(shè)周期長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)。太陽(yáng)能發(fā)電無(wú)需架設(shè)輸電線路，且建設(shè)周期短，可以有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)用電的難題。 我國(guó)政府對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶持。2006年1月，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》正式實(shí)施，此法在資源調(diào)查與發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)與技術(shù)支持、推廣與應(yīng)用、價(jià)格管理與費(fèi)用分?jǐn)?、?jīng)濟(jì)激勵(lì)與監(jiān)督措施、法律責(zé)任等方面做出了規(guī)定。隨后，國(guó)家又陸續(xù)出臺(tái)了

33、</p><p>　　1.3 本文的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)：東北電力大學(xué)第一教學(xué)樓（樓頂）；負(fù)載情況：：三相異步電動(dòng)機(jī)一臺(tái)（380V/5kw，白天工作）、220V照明（共2kw，晚上工作）、直流負(fù)載（200V，2kw，白天工作）；運(yùn)行要求：異步電動(dòng)機(jī)每天平均工作3小時(shí)，照明工作4小時(shí)，直流負(fù)載工作3小時(shí)，遇陰雨天氣，能夠連續(xù)運(yùn)行1天設(shè)計(jì)一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系

34、統(tǒng)。</p><p>　　第2章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置。</p><p>　　2.1 光電效應(yīng)概述</p>&

35、lt;p>　　光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)（Photoelectric effect）。 </p><p>　　2.2 光生伏打效應(yīng)概述及應(yīng)用</p><p>　　2.2.1 光生伏打效應(yīng) </p><p>　　是指物體由于吸收光子而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，是當(dāng)物體受光照時(shí)，物體內(nèi)的

36、電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。</p><p>　　2.2.2 光生伏打效應(yīng)應(yīng)用</p><p>　　光生伏打效應(yīng)主要是應(yīng)用在半導(dǎo)體的PN結(jié)上，把輻射能轉(zhuǎn)換成電能。大量研究集中在太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率上。理論預(yù)期的效率為24％。由于半導(dǎo)體PN結(jié)器件在陽(yáng)光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽(yáng)能電池，也稱光電池或太陽(yáng)電池。</p><p>

37、;　　2.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成</p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或 110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為： </p><p>　　(1)太陽(yáng)能電池板 太陽(yáng)能電池板(圖4所示)是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)

38、負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。</p><p>　　(2)太陽(yáng)能控制器 太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。 </p><p>　　(3)蓄電池 一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，

39、小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。 </p><p>　　(4)逆變器 在很多場(chǎng)合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，

40、需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡(jiǎn)單的降壓）。</p><p>　　2.4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類</p><p>　　目前，電力系統(tǒng)是以大容量集中發(fā)電，高壓輸電和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的方式進(jìn)行電能的生產(chǎn)、輸送和分配，全世界90%的電力都是由這種集中單一的大電網(wǎng)提供的。近年來(lái)以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展

41、，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比克服了大電網(wǎng)系統(tǒng)的一些弱點(diǎn)，并以其環(huán)保性能與大電網(wǎng)形成了良好的互補(bǔ)性，成為世界能源系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。</p><p>　　根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。</p><p>　　2.4.1 獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　所謂獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是不與

42、電網(wǎng)相連的光伏發(fā)電系統(tǒng)。由于獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能是唯一的能量來(lái)源，為了保證系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)中必定存在一個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)能量。獨(dú)立供電的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2-1所示。</p><p>　　整個(gè)獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。太陽(yáng)能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有太陽(yáng)光照的情況下輸出能量。根據(jù)負(fù)載的需要，

43、系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載時(shí)，太陽(yáng)能電池通過(guò)充電器對(duì)蓄電池充電;當(dāng)發(fā)電量不足時(shí)，太陽(yáng)能電池和蓄電池同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。</p><p>　　控制器也是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，包括光伏電池陣列輸出電壓和輸出電流的檢測(cè)、蓄電池的充電和放電管理、系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)、故障診斷定位和運(yùn)行狀態(tài)指示等。由于整個(gè)系統(tǒng)中加入了蓄電池環(huán)節(jié)，所以獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以有效的調(diào)節(jié)能量，但是系統(tǒng)的成本增加，可靠性略微

44、降低。</p><p>　　圖2-1 獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.4.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)指的是，先把光伏電池陣列輸出的直流進(jìn)行最大功率跟蹤，再將電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅值、同頻率的交流電，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)相連的系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2-2所示。</p><p>　　光伏發(fā)

45、電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)連接，其中逆變器起很重要的作用，要求具有與電網(wǎng)連接的功能。目前常用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式，其不同之處在于是否帶有蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)中逆變器配有主開(kāi)關(guān)和重要負(fù)載開(kāi)關(guān)，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，這對(duì)于一些重要負(fù)荷甚至某些家庭用戶來(lái)說(shuō)具有重要意義。此外，該系統(tǒng)還可以充當(dāng)功率調(diào)節(jié)器的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、抵消有害的高次諧波分量從而提高電能質(zhì)量

46、。不帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能，當(dāng)主電網(wǎng)斷電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止向電網(wǎng)供電。當(dāng)有日照照射、光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的交流電能超過(guò)負(fù)載所需時(shí)，多余的部分將送往電網(wǎng);夜間當(dāng)負(fù)載所需電能超過(guò)光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)向負(fù)載補(bǔ)充電能。</p><p>　　與獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏電站相比，并入大電網(wǎng)可以給太

47、陽(yáng)能光伏發(fā)電帶來(lái)諸多好處:</p><p>　　(1)不必考慮負(fù)載供電的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的問(wèn)題。</p><p>　　(2)光伏電池可以始終工作在最大功率點(diǎn)處，由大電網(wǎng)來(lái)接納太陽(yáng)能所發(fā)的全部電能，提高了太陽(yáng)能發(fā)電的效率。</p><p>　　(3)因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎?，可以充分利用光伏陣列所發(fā)的電力。省略了作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的蓄電池，降低了蓄電池充放電的能量損耗，免除了對(duì)蓄

48、電池的維護(hù)，以及由其帶來(lái)的間接污染，降低了系統(tǒng)的成本。</p><p>　　(4)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。</p><p>　　但目前光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在幾大問(wèn)題:光伏陣列發(fā)電效率低；系統(tǒng)的造價(jià)成本高；發(fā)電運(yùn)行受氣候環(huán)境因素影響大。同時(shí)并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生不良的影響，如諧波污染、孤島效應(yīng)等。</p><p

49、>　　圖2-2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.4.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　圖2-3為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)，它區(qū)別于以上兩個(gè)系統(tǒng)之處是增加了一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池儲(chǔ)量不足時(shí)，可以啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組，它既可以直接給交流負(fù)載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電，所以稱為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　

50、　圖2-3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，包括太陽(yáng)能電池板，蓄電池，蓄電池充電器，逆變器。分析了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并對(duì)混合發(fā)電系統(tǒng)做了簡(jiǎn)要的分析和介紹，由于獨(dú)立的光伏發(fā)電在我國(guó)西部仍然是主要的發(fā)電方式，在市場(chǎng)中占有很大比重，因此本文將著

51、重介紹獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　第3章 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 負(fù)載安裝地點(diǎn)以及運(yùn)行要求</p><p>　　安裝地點(diǎn)：東北電力大學(xué)第一教學(xué)樓（樓頂）</p><p>　　負(fù)載情況：三相異步電動(dòng)機(jī)一臺(tái)（380V/5kw，白天工作）、220V照明（共2kw，晚上工作）、直流負(fù)載（200V，2kw，

52、白天工作）</p><p>　　運(yùn)行要求：異步電動(dòng)機(jī)每天平均工作3小時(shí)，照明工作4小時(shí)，直流負(fù)載工作3小時(shí)，遇陰雨天氣，能夠連續(xù)運(yùn)行1天</p><p>　　3.2 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 整體電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　整個(gè)電路有如下幾個(gè)部分：光伏電池陣列、蓄電池、DC-DC電路、DC-AC電路、

53、負(fù)荷。如圖3-1。</p><p>　　圖3-1整體電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　控制器：白天給發(fā)電機(jī)供電接三相交流電，晚上切換到兩相給電燈供電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。</p><p>　　充放電控制器：陰雨天放電，正常天氣充電。</p><p>　　3.2.2 蓄電池容量的設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)蓄電池選擇NP65

54、-12，浮充電壓為1.2V。</p><p>　　(2)蓄電池容量 Be(AH) 計(jì)算</p><p>　　蓄電池的容量由下列公式(3)計(jì)算決定 </p><p>　　Be=(P L*24*D)/(K b*V) </p><p><b>　　符號(hào)含義 </b

55、></p><p>　　D :連續(xù)不日照天數(shù)(一般在 3 至 7 天) </p><p>　　Kb :安全系數(shù) ( 放電深度(一般為 70%),逆變器效率(根據(jù)廠家數(shù)據(jù)),線損(一般為 5%)等) </p><p>　　V :系統(tǒng)電壓(V)</p><p>　　PL ：負(fù)荷的消費(fèi)電力</p><p

56、>　　PL=（2*4+5*4）/（4+4）=3.5kwh</p><p>　　Be=(P L*24*D)/(K b*V)</p><p>　　=（3.5*24*1）、（0.8*324）</p><p><b>　　=324Ah</b></p><p>　　3.2.3 光伏陣列的容量設(shè)計(jì)</p>&l

57、t;p>　　太陽(yáng)電池采用38D97x400型組件，組件的標(biāo)準(zhǔn)功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。</p><p>　　太陽(yáng)能電池組組件串聯(lián)數(shù)Ns</p><p>　　Ns=Ur/Uoc=(Uf+Ud+Uc)/Uoc</p><p>　　

58、=(324+0.7+1.2)/17.1</p><p><b>　　=19</b></p><p>　　Ur:太陽(yáng)能電池方陣輸出最小電壓；</p><p>　　Uoc:太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓；</p><p>　　Uf：蓄電池組浮充電壓；</p><p>　　Ud：二極管壓降，一般取0.7；

59、</p><p>　　Uc：其他因素引起的壓降。</p><p>　　太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量Qp</p><p>　　Qp=IocTKopCz</p><p>　　=2.22x3.77x1.1548x0.8</p><p><b>　　=7.732Ah</b></p><p&g

60、t;　　T=Ht*2.778/10000=3.77</p><p>　　式中：Ioc：太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流；</p><p>　　T:：等效峰值太陽(yáng)小時(shí)數(shù)</p><p>　　Kop：斜面修正系數(shù)，參考表7-5</p><p>　　Cz：修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8</p><p&

61、gt;　　兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來(lái)，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：</p><p><b>　　Bcb=AQLNL</b></p><p>　　=1.2x66.7x1</p><p><b>　　=80.04Ah</b></p><p>

62、;　　Ql=2/220*4+5/（3*220）*4=66.7Ah</p><p>　　式中：A：安全系數(shù)，取1.1-1.4之間</p><p>　　Ql：負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)</p><p>　　Nl：最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)</p><p>　　4. 太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法</p><p&g

63、t;　　計(jì)算方法如下：Np=(Bcb+NwQl)/QpNw*n*Fc</p><p>　　=(80.04+7*66.7)/(7.732*7)</p><p><b>　　=10.10</b></p><p><b>　　≈12</b></p><p>　　n：蓄電池充電效率的溫度修正系數(shù)，蓄電池充電

64、效率受到環(huán)境環(huán)境溫度的影響，修正系數(shù)見(jiàn)表7-6</p><p>　　Fc：太陽(yáng)能電池組件表面灰塵、贓物等其他因素引起的損失的總修正系數(shù)（通常取1.05）</p><p>　　太陽(yáng)能電池方陣的功率計(jì)算</p><p><b>　　P=PoNsNp</b></p><p><b>　　=38*19*12</b

65、></p><p><b>　　=8.664kw</b></p><p>　　Po：太陽(yáng)能電池組件的額定功率。</p><p>　　綜上，太陽(yáng)能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　

66、　綜上，蓄電池選擇NP65-12，浮充電壓為1.2V。太陽(yáng)電池采用38D97x400型組件，組件的標(biāo)準(zhǔn)功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。太陽(yáng)能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。</p><p>　　第4章 重要部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.

67、1 太陽(yáng)能電池方陣</p><p>　　太陽(yáng)能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽(yáng)能電池單體的工作電壓約為0.5V, 工作電流約為20－25mA/cm2, 一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽(yáng)能電池方陣，可以滿足負(fù)載

68、所要求的輸出功率 (見(jiàn)圖4－1)。</p><p>　?。?）硅太陽(yáng)能電池單體</p><p>　　常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池。晶體硅太陽(yáng)能電池由一個(gè)晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴(kuò)散層是N區(qū)，在這兩個(gè)區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。太陽(yáng)能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽(yáng)能的反射損失。</

69、p><p>　　圖4-1 太陽(yáng)能電池單體、組件和方陣</p><p>　　太陽(yáng)能電池的工作原理如下：</p><p>　　光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長(zhǎng)決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對(duì)對(duì)正負(fù)電荷，由于在PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個(gè)外電流場(chǎng)，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過(guò)負(fù)載流至電池的頂端。這就是“光生伏打效應(yīng)”

70、。</p><p>　　將一個(gè)負(fù)載連接在太陽(yáng)能電池的上下兩表面間時(shí)，將有電流流過(guò)該負(fù)載，于是太陽(yáng)能電池就產(chǎn)生了電流；太陽(yáng)能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。光子的能量由波長(zhǎng)決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個(gè)高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個(gè)自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽(yáng)能電池的效率下降。</p><p>　　（2）硅太陽(yáng)能電池種類</p&g

71、t;<p>　　目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。對(duì)于單晶硅太陽(yáng)能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽(yáng)能電池的晶體方向的無(wú)規(guī)則性，意味著正負(fù)電荷對(duì)并不能全部被PN結(jié)電場(chǎng)所分離，因?yàn)殡姾蓪?duì)在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽(yáng)能電池的效率一般要比單晶硅太陽(yáng)能電池低。多

72、晶硅太陽(yáng)能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽(yáng)能電池低。非晶硅太陽(yáng)能電池屬于薄膜電池，造價(jià)低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽(yáng)能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等。</p><p>　　一般產(chǎn)品化單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 13――15 %</p><p>　　產(chǎn)品化多晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 11――13 %</p><p&

73、gt;　　產(chǎn)品化非晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 5――8 %</p><p>　?。?）太陽(yáng)能電池組件</p><p>　　一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用所需要的電壓。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需把太陽(yáng)能電池連接成組件。太陽(yáng)能電池組件包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過(guò)導(dǎo)線連接。一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片（10cm×10cm），這意味

74、著一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。</p><p>　　通過(guò)導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封成的物理單元被稱為太陽(yáng)能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個(gè)組件不能滿足要求時(shí)，可把多個(gè)組件組成太陽(yáng)能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。</p><p>　　太陽(yáng)能電

75、池的可靠性在很大程度上取決于其防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力。其潛在的質(zhì)量問(wèn)題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒。</p><p>　　這種組件的前面是玻璃板，背面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽(yáng)能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。在這種太陽(yáng)能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導(dǎo)線連接。</p><p>　　組件的電氣特性主要是指電流－電壓輸出特性，也稱為Ⅴ－Ⅰ特性曲線，如

76、圖1－3所示。Ⅴ－Ⅰ特性曲線可根據(jù)圖1－3所示的電路裝置進(jìn)行測(cè)量。Ⅴ－Ⅰ特性曲線顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽(yáng)輻照度下的關(guān)系。如果太陽(yáng)能電池組件電路短路即V＝0，此時(shí)的電流稱為短路電流Isc；如果電路開(kāi)路即I＝0，此時(shí)的電壓稱為開(kāi)路電壓Voc。太陽(yáng)能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即P＝VI 。</p><p>　　I: 電流 Isc: 短路電流 Im:

77、 最大工作電流</p><p>　　V: 電壓 Voc: 開(kāi)路電壓 Vm: 最大工作電壓</p><p>　　圖4-2 太陽(yáng)能電池的電流－電壓特性曲線</p><p>　　當(dāng)太陽(yáng)能電池組件的電壓上升時(shí)，例如通過(guò)增加負(fù)載的電阻值或組件的電壓從零（短路條件下）開(kāi)始增加時(shí)，組件的輸出功率亦從0開(kāi)始增加；當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，功率可達(dá)到最大，這時(shí)當(dāng)阻值繼續(xù)增加時(shí)，功

78、率將躍過(guò)最大點(diǎn)，并逐漸減少至零，即電壓達(dá)到開(kāi)路電壓Voc。太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。在組件的輸出功率達(dá)到最大點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓Vm（又稱為最大工作電壓）；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流Im（又稱為最大工作電流）；該點(diǎn)的功率，稱為最大功率Pm。</p><p>　　隨著太陽(yáng)能電池溫度的增加，開(kāi)路電壓減少，大約每升高1C每片電池的電壓減少5mV，相當(dāng)于在最大功率點(diǎn)

79、的典型溫度系數(shù)為－0.4%/C。也就是說(shuō)，如果太陽(yáng)能電池溫度每升高1C，則最大功率減少0.4%。所以，太陽(yáng)直射的夏天，盡管太陽(yáng)輻射量比較大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽(yáng)電池溫升過(guò)高，也可能不會(huì)輸出很大功率。</p><p>　　由于太陽(yáng)能電池組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)能電池的溫度，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進(jìn)行，測(cè)量條件被歐洲委員會(huì)定義為101號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，其條件是：</

80、p><p>　　光譜輻照度 1000W/m2</p><p>　　大氣質(zhì)量系數(shù) AM1.5</p><p>　　太陽(yáng)電池溫度25℃</p><p>　　在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peak watt)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽(yáng)模擬儀測(cè)定并和國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽(yáng)能電池進(jìn)行

81、比較。</p><p>　　通過(guò)戶外測(cè)量太陽(yáng)能電池組件的峰值功率是很困難的，因?yàn)樘?yáng)能電池組件所接受到的太陽(yáng)光的實(shí)際光譜取決于大氣條件及太陽(yáng)的位置；此外，在測(cè)量的過(guò)程中，太陽(yáng)能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測(cè)量的誤差很容易達(dá)到10％或更大。</p><p>　　如果太陽(yáng)電池組件被其它物體(如鳥(niǎo)糞、樹(shù)蔭等)長(zhǎng)時(shí)間遮擋時(shí)，被遮擋的太陽(yáng)能電池組件此時(shí)將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)對(duì)

82、太陽(yáng)能電池會(huì)造成很嚴(yán)重地破壞作用。有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)能電池由于熱班效應(yīng)而被破壞，需要在太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁通二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。</p><p>　　連接盒是一個(gè)很重要的元件：它保護(hù)電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導(dǎo)線和其他系統(tǒng)元件。它包含一個(gè)接線盒和1只或2只旁通二極管。</p>&l

83、t;p>　　4.2 光伏電源充放電控制器</p><p>　　4.2.1 控制器的功能：</p><p>　?。?）高壓（HVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開(kāi)和恢復(fù)連接的功能。</p><p>　?。?）欠壓（LVG）告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓告警點(diǎn)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出聲光告警信號(hào)。</p><p>　?。?

84、）低壓（LVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過(guò)放電。通過(guò)一種繼電器或電子開(kāi)關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。</p><p><b>　　（4）保護(hù)功能：</b></p><p>　　① 防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。</p><p>

85、　?、?防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。</p><p>　　③ 防止夜間蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池組件反向放電保護(hù)。</p><p>　?、?防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。</p><p>　?、?在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。</p><p>　?。?）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于２５℃時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓

86、，以便完成充電過(guò)程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。 </p><p>　　4.2.2控制器的分類</p><p>　　光伏充電控制器基本上可分為五種類型：并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調(diào)制型、智能型和最大功率跟蹤型。</p><p>　?。?）并聯(lián)型控制器： 當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。因?yàn)檫@

87、種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在１２伏、２０安以內(nèi)的系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒(méi)有如繼電器之類的機(jī)械部件。</p><p>　?。?）串聯(lián)型控制器： 利用機(jī)械繼電器控制充電過(guò)程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級(jí)。比較容易制造連續(xù)通電電流在４５安以上的串聯(lián)控制器。</p><p>　　（3）脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈

88、沖方式開(kāi)關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時(shí)，脈沖的頻率和時(shí)間縮短。按照美國(guó)桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究，這種充電過(guò)程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。</p><p>　?。?）智能型控制器： 采用帶CPU的單片機(jī)（如 Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）對(duì)光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M(jìn)行切離/接通控

89、制。對(duì)中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過(guò)單片機(jī)的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。</p><p>　?。?）最大功率跟蹤型控制器：　將太陽(yáng)電池的電壓U和電流I檢測(cè)后相乘得到功率P，然后判斷太陽(yáng)電池此時(shí)的輸出功率是否達(dá)到最大，若不在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，則調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過(guò)這樣尋優(yōu)過(guò)程可保證太陽(yáng)電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，以充分利用

90、太陽(yáng)電池方陣的輸出能量。同時(shí)采用PWM調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。</p><p>　　4.2.3控制器的基本電路和工作原理</p><p>　?。?）單路并聯(lián)型充放電控制器：</p><p>　　圖4-3單路并聯(lián)型充放電控制器</p><p>　　并聯(lián)型充放電控制器充電回路中的開(kāi)關(guān)器件T1是并聯(lián)在太陽(yáng)

91、電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)，開(kāi)關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時(shí)二極管D1截止，則太陽(yáng)電池方陣的輸出電流直接通過(guò)T1短路泄放，不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。</p><p>　　D1為防“反充電二極管”，只有當(dāng)太陽(yáng)電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí)，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽(yáng)電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護(hù)

92、”作用。</p><p>　　開(kāi)關(guān)器件T2為蓄電池放電開(kāi)關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過(guò)載或負(fù)載短路時(shí)，T2關(guān)斷，起到“輸出過(guò)載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。同時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)，T2也關(guān)斷，進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。</p><p>　　D2為“防反接二極管”，當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，D2導(dǎo)通使蓄電池通過(guò)D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險(xiǎn)絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護(hù)”作用。

93、</p><p>　　檢測(cè)控制電路隨時(shí)對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)使T1導(dǎo)通進(jìn)行“過(guò)充電保護(hù)”； 當(dāng)電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)使T2關(guān)斷進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。</p><p>　?。?）串聯(lián)型充放電控制器：</p><p>　　串聯(lián)型充放電控制器和并聯(lián)型充放電控制器電路結(jié)構(gòu)相似，唯一區(qū)別在于開(kāi)關(guān)器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽(yáng)電池方陣輸出端，

94、而串聯(lián)型T1是串聯(lián)在充電回路中。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)，T1關(guān)斷，使太陽(yáng)電池不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。</p><p>　　其它元件的作用和串聯(lián)型充放電控制器相同，不再贅述。</p><p>　　圖4-4單路并聯(lián)型充放電控制器</p><p>　　（3）檢測(cè)控制電路的組成和工作原理：</p><p>　　圖4-

95、5單路并聯(lián)型充放電控制器</p><p>　　檢測(cè)控制電路包括過(guò)壓檢測(cè)控制和欠壓檢測(cè)控制兩部分。</p><p>　　檢測(cè)控制電路是由帶回差控制的運(yùn)算放大器組成。A1為過(guò)壓檢測(cè)控制電路，A1的同相輸入端由W1提供對(duì)應(yīng)“過(guò)壓切離”的基準(zhǔn)電壓，而反相輸入端接被測(cè)蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓大于“過(guò)壓切離電壓”時(shí)，A1輸出端G1為低電平，關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件T1，切斷充電回路，起到過(guò)壓保護(hù)作用。當(dāng)過(guò)壓保護(hù)后蓄電

96、池電壓又下降至小于“過(guò)壓恢復(fù)電壓”時(shí)，A1的反相輸入電位小于同相輸入電位，則其輸出端G1由低電平跳變至高電平，開(kāi)關(guān)器件T1由關(guān)斷變導(dǎo)通，重新接通充電回路?！斑^(guò)壓切離門限”和“過(guò)壓恢復(fù)門限”由W1和R1配合調(diào)整。</p><p>　　A2為欠壓檢測(cè)控制電路，其反相端接由W2提供的欠壓基準(zhǔn)電壓，同相端接蓄電池電壓（和過(guò)壓檢測(cè)控制電路相反），當(dāng)蓄電池電壓小于“欠壓門限電平”時(shí)，A2輸出端G2為低電平，開(kāi)關(guān)器件T2關(guān)斷，

97、切斷控制器的輸出回路，實(shí)現(xiàn)“欠壓保護(hù)”。欠壓保護(hù)后，隨著電池電壓的升高，當(dāng)電壓又高于“欠壓恢復(fù)門限”時(shí)，開(kāi)關(guān)器件T2重新導(dǎo)通，恢復(fù)對(duì)負(fù)載供電?！扒穳罕Ｗo(hù)門限”和“欠壓恢復(fù)門限”由W2和R2配合調(diào)整。</p><p>　　4.3 DC-DC變換器的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 DC-DC變換器原理</p><p>　　DC-DC變換器，亦稱為直流斬波器。將

98、一種幅值的直流電壓變換成另一幅值固定或大小可調(diào)的直流電壓的過(guò)程稱為直流-直流電壓變換。它的基本原理是通過(guò)對(duì)電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負(fù)載上，通過(guò)改變占空比D來(lái)改變輸出電壓的平均值。它是一種開(kāi)關(guān)型DC-DC變換電路，俗稱斬波器（Chopper）。</p><p>　　DC-DC變換器可以分為很多種，按照調(diào)制形式可分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、混合調(diào)制。按照變換電路的功能可分為

99、降壓式直流-直流變換（Buck Converter）、升壓式直流-直流變換器（Boost Converter）、升壓-降壓復(fù)合型直流-直流變換器（Boost-Buck Converter）、庫(kù)克直流-直流變換（Cuk Converter）、全橋式直流-直流變換（Full Bridge Converter）。按輸入直流電源和負(fù)載交換能量的形式又可分為單象限直流斬波器、二象限直流斬波器。以下簡(jiǎn)單以升壓電路為例：</p><

100、;p>　　升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場(chǎng)合，只要采用1~2節(jié)電池便可獲得3~12V工作電壓，工作電流可達(dá)幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6升壓式DC/DC變換器</p><p>　　電路中的VT為開(kāi)關(guān)管，當(dāng)脈沖振蕩器對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路置位(即Q端為1)時(shí)，VT導(dǎo)通，電感VT中流

101、過(guò)電流并儲(chǔ)存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設(shè)定的閩值電壓時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，即Q端為0。此時(shí)VT截止，電感LT中儲(chǔ)存的能量通過(guò)一極管VD1供給負(fù)載，同時(shí)對(duì)C進(jìn)行充電。當(dāng)負(fù)載電壓要跌落時(shí)，電容C放電，這時(shí)輸出端可獲得高于輸大端的穩(wěn)定電壓。輸出的電壓由分壓器R1和R2分壓后輸入誤差放大器，并與基準(zhǔn)電壓一起去控制脈沖寬度，由此而獲得所需要的電壓，即V0=VR*(R1/R2+1)式中:VR——基準(zhǔn)電壓。降壓式DC/DC變換器的輸出電

102、流較大，多為數(shù)百毫安至幾安，因此適用于輸出電流較大的場(chǎng)合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖所示。VT1為開(kāi)關(guān)管，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vi通過(guò)電感L1向負(fù)載RL供電，與此同時(shí)也向電容C2充電。在這個(gè)過(guò)程中，電容C2及電感L1中儲(chǔ)存能量。當(dāng)VT1截止時(shí)，由儲(chǔ)存在電感L1中的能量繼續(xù)向RL供電，當(dāng)輸出電壓要下降時(shí)，電容C2中的能量也向RL放電，維持輸出電壓不變。二極管VD1為續(xù)流二極管，以便構(gòu)成電路回路。輸出的電壓Vo經(jīng)R1和R

103、2組成的分壓器分壓，把輸出電壓</p><p>　　4.3.2 基于MATLAB/SIMULINK/SimPower Systems的仿真</p><p>　　運(yùn)用SIMULINK中的SimPower Systems工具箱可以根據(jù)實(shí)際電路進(jìn)行建模和仿真，給使用者帶來(lái)了極大的方便。</p><p>　　圖4-7MATLAB的Boost DC/DC變換器仿真模型<

104、;/p><p>　　如圖4-7中所建模型都是使用理想的器件，可以根據(jù)實(shí)際情況MOSFET管的寄生電容和電感進(jìn)行賦值。仿真參數(shù)設(shè)置如下：Vin=400V、L=5mH、C=16μF、R=156.8?、PWM信號(hào)頻率f=20kHz、占空比D=20%。</p><p>　　利用MATLAB軟件對(duì)升壓式DC-DC變換器進(jìn)行建模仿真，仿真模型的輸出電壓仿真結(jié)果如下圖4-3所示：</p>&l

105、t;p>　　圖4-8 SimPower systems 方法的輸出電壓波形</p><p>　　4.4 DC-AC逆變器的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1 逆變器的原理 </p><p>　　通常把交流電能變換成直流電能的過(guò)程稱之為整流，相控整流是最常見(jiàn)的交-直流變換過(guò)程；而把直流電能變換成交流電能的過(guò)程稱之為逆變，它是整流的逆過(guò)程。在逆變電路中，按照

106、負(fù)載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無(wú)源逆變。如果把該電路的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電能經(jīng)過(guò)直-交流變換，逆變成與交流電源同頻率的交流電返送到電網(wǎng)上去，稱作有源逆變。相應(yīng)的裝置稱為有源逆變器，控制角大于90°的相控整流器為常見(jiàn)的有源逆變器。而把直流電能變換為交流電能，直接向非電源負(fù)載供電的電路，稱之為無(wú)源逆變電路，又稱為變頻器。</p><p>　　逆變器類型有他勵(lì)逆變器、自勵(lì)逆變器、脈寬調(diào)制（PWM

107、）型逆變器。其中他勵(lì)逆變器需要外部交流電壓源，給晶閘管提供整流電壓。他勵(lì)逆變器主要應(yīng)用在大功率并網(wǎng)情況下；對(duì)于功率低于1MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要采用自勵(lì)逆變器方式。自勵(lì)逆變器不需要外部交流電壓源，整流電壓由逆變器的一部分儲(chǔ)能元件（比如電容）來(lái)提供或者通過(guò)增加待關(guān)斷整流閥（像MOSFET或IGBT）的電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　輸出電壓被脈沖調(diào)制的自勵(lì)逆變器被稱為脈沖逆變器。這種逆變器通過(guò)增加周期內(nèi)脈沖的切

108、換次數(shù)，來(lái)降低電壓、電流的諧波含量；諧波含量與脈沖切換次數(shù)呈正比。目前，并網(wǎng)逆變器的輸出控制模式主要有兩種：電壓型控制模式和電流型控制模式。電壓型控制模式的原理是以輸出電壓作為受控量，系統(tǒng)輸出和電網(wǎng)電壓同頻同相的電壓信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻很小的受控電壓源；電流型控制模式的原理則是以輸出電感電流作為受控目標(biāo)，系統(tǒng)輸出和電網(wǎng)電壓同頻同相的電流信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)阻較大的受控電流源。</p><p>　　逆

109、變技術(shù)是將電能由直流變?yōu)榻涣鞯幕究刂萍夹g(shù)，和整流技術(shù)正好相反，也是電力電子技術(shù)中重要的組成部分。逆變技術(shù)的基本原理是通過(guò)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件(例如SCR，GTO，IGBT和功率MOSFET模塊等)的導(dǎo)通和關(guān)斷將直流電能變換得到能滿足負(fù)載對(duì)電壓和頻率要求的、質(zhì)量較高的交流電能?，F(xiàn)代逆變技術(shù)多種多樣，可以按照多種不同的分類方式進(jìn)行區(qū)分。</p><p>　　4.4.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源的要求</p

110、><p>　　采用交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池和逆變器(電源)四部分組成（并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般可省去蓄電池），而逆變電源是關(guān)鍵部件。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源要求較高： （1）要求具有較高的效率。由于目前太陽(yáng)電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利用太陽(yáng)電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。 （2）要求具有較高的可靠性。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無(wú)人值守和維護(hù)，這