離網(wǎng)太陽能發(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)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p

4、>　　太陽能光伏發(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>　　首先介紹了目前國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的背景及其意義。接著對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行概述，介紹了它的組成和分類。本文以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，先對其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對蓄電池和光伏陣列容量進(jìn)行計(jì)算，最后對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 能源短缺的問題1</p><p>　　1.1.2 太陽能資源2</p><p>　　1.2

10、 太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景2</p><p>　　1.2.1 國外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢2</p><p>　　1.2.2 我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢3</p><p>　　1.3 本文的研究內(nèi)容4</p><p>　　第2章 太陽能光伏發(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 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成5</p><p>　　2.4 太陽能光伏發(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 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源的要求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 能源短缺的問題</p><p>　　在人類文明的歷史長河中，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。從原始社會開始，由地球在長達(dá)50萬年的歷史中積累下來的化石礦物能源，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，地球的礦物能源儲量是有限的，按目前消耗的速度計(jì)，石油還可供開采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率約為2%，近35年來世界能源消費(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發(fā)新的能源。</p><p>　　常規(guī)能源的大量利用對人類生存環(huán)境也有著日趨嚴(yán)重的破壞作用。 到20世紀(jì)末人們開始意識到：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。CO2造成了地球的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖。經(jīng)過較為準(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，這將嚴(yán)重影響到許多國家的經(jīng)濟(jì)、社會和政治結(jié)構(gòu)。此外，大量燃燒礦物燃料，會在大范圍內(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>　　針對以上情況開發(fā)和使用新能源(可再生能源和無污染綠色能源)已是人類目前迫切需要解決的重要問題。雖然目前人類可利用的新能源，如太陽能、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，太陽能將成為最為理想的可再生能源和無污染能源。</p><p>　　能源短缺是當(dāng)今社會中的熱點(diǎn)問題，它直接制約著經(jīng)濟(jì)和社會的發(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、水能等都來自太陽能。廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。近年來太陽能的利用得到了世界各國的廣泛關(guān)注，美國、日本、德國相繼提出了“陽光計(jì)劃”、“節(jié)能計(jì)劃”等大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。自“六五”以來我國政府也一直把研究開發(fā)太陽能和可再生能源技術(shù)列入國家科技攻關(guān)計(jì)劃，大大推動了我國太陽能和可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，照明作為日常生活中

23、不可缺少的一部分，成為了世界各國的一項(xiàng)重要的能源消耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)照明用電占我國總發(fā)電量的10％以上，綠色節(jié)能照明的應(yīng)用越來越受到重視。</p><p>　　1.1.2 太陽能資源</p><p>　　太陽能發(fā)電是個取之不盡、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?，F(xiàn)在全球有20億人口沒有用上電，我國也還有5千萬無電人口，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，很難通過延伸公共電網(wǎng)來解決這些地區(qū)的供電問題。這對可再生能源來說是個巨大的潛在市場。4 s+</p><p>　　太陽能發(fā)電具有無比優(yōu)越特點(diǎn)：在發(fā)電過程中，不消耗地球上的資源，無任何污染，安全可靠，無嗓音，不受地域限制，無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件故障率低，維修簡單，無需遠(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)測算，1年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量是目前世界已探明儲量能源的一萬多倍。我國屬于太陽能較為豐富的國家之一，全國國土面積2/3的地區(qū)每年日照時數(shù)大于2000小時，僅陸地面積每年接受的太陽能輻射就約等于幾個三峽工程發(fā)電量的總和。開發(fā)利用太陽能的主要途徑是光伏發(fā)電，他具有如下優(yōu)點(diǎn)：無噪聲、無污

26、染、能量隨處可得，不受地域限制，無需消耗燃料，可以無人值守，建設(shè)周期短，規(guī)模設(shè)計(jì)自由度大，可就地使用，容易儲存，還可以方便的與建筑物結(jié)合等，使用太陽能光伏發(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)爭或地震中崩潰而擔(dān)憂。</p><p>　　1.2 太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景</p><p>　　1.2.1 國外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p>

27、<p>　　全球太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢在化石能源日益稀缺的背景下，各國均大力發(fā)展太陽能利用，其中日本、歐洲國家(德國)和美國等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源消耗大的國家起步較早，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年代末開始，歐美、日本等國家紛紛實(shí)行“陽光計(jì)劃”，在太陽能發(fā)電的價格、稅收、發(fā)展基金等方面給予較大優(yōu)惠。同時，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、陽能利用的研究。</p><p>　　歐美、日本等國家還制定了長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，對太陽能的發(fā)展進(jìn)行了長期規(guī)劃。1997年6月美國提出“百萬太陽能屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃到2010年將在100萬個屋頂或建筑物其他可能的部位安裝太陽能系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能空氣集熱系統(tǒng)。歐洲也于1997年左右也宣布了百萬屋頂計(jì)劃，其中，在太陽能利用領(lǐng)域領(lǐng)先的德國聯(lián)合政府在歐洲百萬屋頂?shù)目蚣芟掠?998年10月提

29、出了計(jì)劃——在6年內(nèi)安裝10萬套太陽能屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?00-500MV，每個屋頂約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)。 在各國政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長，1995-2005年間，全球太陽能電池產(chǎn)量增長了17倍。2005年，全球太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到了1650兆瓦，累計(jì)裝機(jī)發(fā)電容量超過5GW，其中，日本太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到762兆瓦，增長率為27%；歐洲產(chǎn)量增加48%，達(dá)到

30、了464兆瓦；美國增加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6</p><p>　　1.2.2 我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　我國太陽能資源非常豐富，大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，理論儲量達(dá)每年1.7萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽能資源開發(fā)

31、利用的潛力非常廣闊。從全國太陽年輻射總量的分布來看，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能資源豐富或較豐富的地區(qū)。 我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也非常廣闊。第一，我國有荒漠面積100余萬平方公里，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)太陽能發(fā)電系統(tǒng)則可以提供非?？捎^的電量。第二，太陽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，不經(jīng)濟(jì)。太陽能發(fā)電無需架設(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。 我國政府對太陽能產(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、價格管理與費(fèi)用分?jǐn)偂⒔?jīng)濟(jì)激勵與監(jiān)督措施、法律責(zé)任等方面做出了規(guī)定。隨后，國家又陸續(xù)出臺了

33、</p><p>　　1.3 本文的研究內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)太陽能發(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：：三相異步電動機(jī)一臺（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：異步電動機(jī)每天平均工作3小時，照明工作4小時，直流負(fù)載工作3小時，遇陰雨天氣，能夠連續(xù)運(yùn)行1天設(shè)計(jì)一個太陽能發(fā)電系

34、統(tǒng)。</p><p>　　第2章 太陽能光伏發(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)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，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)生電動勢的現(xiàn)象，是當(dāng)物體受光照時，物體內(nèi)的

36、電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(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能電池，也稱光電池或太陽電池。</p><p>

37、;　　2.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成</p><p>　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、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)太陽能電池板 太陽能電池板(圖4所示)是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動

38、負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。</p><p>　　(2)太陽能控制器 太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(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堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時控開關(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將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。 </p><p>　　(4)逆變器 在很多場合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽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。在某些場合，

40、需要使用多種電壓的負(fù)載時，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，不是簡單的降壓）。</p><p>　　2.4 太陽能光伏發(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)不同場合的需要，太陽能光伏發(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)中太陽能是唯一的能量來源，為了保證系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)中必定存在一個儲能環(huán)節(jié)來儲存和調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)能量。獨(dú)立供電的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2-1所示。</p><p>　　整個獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。太陽能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有太陽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能環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載時，太陽能電池通過充電器對蓄電池充電;當(dāng)發(fā)電量不足時，太陽能電池和蓄電池同時對負(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、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)中逆變器配有主開關(guān)和重要負(fù)載開關(guān)，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，這對于一些重要負(fù)荷甚至某些家庭用戶來說具有重要意義。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，系統(tǒng)自動停止向電網(wǎng)供電。當(dāng)有日照照射、光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的交流電能超過負(fù)載所需時，多余的部分將送往電網(wǎng);夜間當(dāng)負(fù)載所需電能超過光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能時，電網(wǎng)自動向負(fù)載補(bǔ)充電能。</p><p>　　與獨(dú)立運(yùn)行的太陽能光伏電站相比，并入大電網(wǎng)可以給太

47、陽能光伏發(fā)電帶來諸多好處:</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)來接納太陽能所發(fā)的全部電能，提高了太陽能發(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，免除了對蓄

48、電池的維護(hù)，以及由其帶來的間接污染，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)也存在幾大問題:光伏陣列發(fā)電效率低；系統(tǒng)的造價成本高；發(fā)電運(yùn)行受氣候環(huán)境因素影響大。同時并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會產(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)別于以上兩個系統(tǒng)之處是增加了一臺備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池儲量不足時，可以啟動備用發(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)的各個組成部分，包括太陽能電池板，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)，并對混合發(fā)電系統(tǒng)做了簡要的分析和介紹，由于獨(dú)立的光伏發(fā)電在我國西部仍然是主要的發(fā)電方式，在市場中占有很大比重，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：三相異步電動機(jī)一臺（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：異步電動機(jī)每天平均工作3小時，照明工作4小時，直流負(fù)載工作3小時，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>　　整個電路有如下幾個部分：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:太陽能電池方陣輸出最小電壓；</p><p>　　Uoc:太陽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：太陽能電池組件最佳工作電流；</p><p>　　T:：等效峰值太陽小時數(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間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，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數(shù)</p><p>　　Nl：最長連續(xù)陰雨天數(shù)</p><p>　　4. 太陽能電池組件并聯(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)見表7-6</p><p>　　Fc：太陽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：太陽能電池組件的額定功率。</p><p>　　綜上，太陽能電池功率為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 太陽能電池方陣</p><p>　　太陽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。將太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，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。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載

68、所要求的輸出功率 (見圖4－1)。</p><p>　?。?）硅太陽能電池單體</p><p>　　常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，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)，在這兩個區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個電場。太陽能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。</

69、p><p>　　圖4-1 太陽能電池單體、組件和方陣</p><p>　　太陽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決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對對正負(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)生一個外電流場，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負(fù)載流至電池的頂端。這就是“光生伏打效應(yīng)”

70、。</p><p>　　將一個負(fù)載連接在太陽能電池的上下兩表面間時，將有電流流過該負(fù)載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流；太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子，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能電池的效率下降。</p><p>　?。?）硅太陽能電池種類</p&g

71、t;<p>　　目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。對于單晶硅太陽能電池，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。多晶硅太陽能電池的晶體方向的無規(guī)則性，意味著正負(fù)電荷對并不能全部被PN結(jié)電場所分離，因?yàn)殡姾蓪υ诰w與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽能電池的效率一般要比單晶硅太陽能電池低。多

72、晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽能電池低。非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，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)品化單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 13――15 %</p><p>　　產(chǎn)品化多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 11――13 %</p><p&

73、gt;　　產(chǎn)品化非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 5――8 %</p><p>　?。?）太陽能電池組件</p><p>　　一個太陽能電池只能產(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，需把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導(dǎo)線連接。一個組件上，太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片（10cm×10cm），這意味

74、著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。</p><p>　　通過導(dǎo)線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件，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組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。</p><p>　　太陽能電

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。太陽能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。在這種太陽能電池組件中，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)行測量。Ⅴ－Ⅰ特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關(guān)系。如果太陽能電池組件電路短路即V＝0，此時的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I＝0，此時的電壓稱為開路電壓Voc。太陽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: 開路電壓 Vm: 最大工作電壓</p><p>　　圖4-2 太陽能電池的電流－電壓特性曲線</p><p>　　當(dāng)太陽能電池組件的電壓上升時，例如通過增加負(fù)載的電阻值或組件的電壓從零（短路條件下）開始增加時，組件的輸出功率亦從0開始增加；當(dāng)電壓達(dá)到一定值時，功率可達(dá)到最大，這時當(dāng)阻值繼續(xù)增加時，功

78、率將躍過最大點(diǎn)，并逐漸減少至零，即電壓達(dá)到開路電壓Voc。太陽能電池的內(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>　　隨著太陽能電池溫度的增加，開路電壓減少，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，如果太陽能電池溫度每升高1C，則最大功率減少0.4%。所以，太陽直射的夏天，盡管太陽輻射量比較大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽電池溫升過高，也可能不會輸出很大功率。</p><p>　　由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度，因此太陽能電池組件的測量在標(biāo)準(zhǔn)條件下（STC）進(jìn)行，測量條件被歐洲委員會定義為101號標(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>　　太陽電池溫度25℃</p><p>　　在該條件下，太陽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模擬儀測定并和國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的太陽能電池進(jìn)行

81、比較。</p><p>　　通過戶外測量太陽能電池組件的峰值功率是很困難的，因?yàn)樘柲茈姵亟M件所接受到的太陽光的實(shí)際光譜取決于大氣條件及太陽的位置；此外，在測量的過程中，太陽能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測量的誤差很容易達(dá)到10％或更大。</p><p>　　如果太陽電池組件被其它物體(如鳥糞、樹蔭等)長時間遮擋時，被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)對

82、太陽能電池會造成很嚴(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。為了防止太陽能電池由于熱班效應(yīng)而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個旁通二極管，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>　　（1）高壓（HVD）斷開和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(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，控制器應(yīng)能自動發(fā)出聲光告警信號。</p><p>　?。?

84、）低壓（LVD）斷開和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時，負(fù)載將自動重新接入或要求手動重新接入。有時，采用低壓報警代替自動切斷。</p><p><b>　　（4）保護(hù)功能：</b></p><p>　?、?防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。</p><p>

85、　　② 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。</p><p>　?、?防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護(hù)。</p><p>　?、?防止負(fù)載、太陽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，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓

86、，以便完成充電過程。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>　　（1）并聯(lián)型控制器： 當(dāng)蓄電池充滿時，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，沒有如繼電器之類的機(jī)械部件。</p><p>　　（2）串聯(lián)型控制器： 利用機(jī)械繼電器控制充電過程，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。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>　?。?）脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈

88、沖方式開關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時，脈沖的頻率和時間縮短。按照美國桑地亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究，這種充電過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>　　（4）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）對光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時采集，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。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過單片機(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：　將太陽電池的電壓U和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽電池此時的輸出功率是否達(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)時采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過這樣尋優(yōu)過程可保證太陽電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，以充分利用

90、太陽電池方陣的輸出能量。同時采用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關(guān)器件T1是并聯(lián)在太陽

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，開關(guān)器件T1導(dǎo)通，同時二極管D1截止，則太陽電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護(hù)”作用。</p><p>　　D1為防“反充電二極管”，只有當(dāng)太陽電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時不會出現(xiàn)蓄電池向太陽電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護(hù)

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

93、</p><p>　　檢測控制電路隨時對蓄電池電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)電壓大于“充滿切離電壓”時使T1導(dǎo)通進(jìn)行“過充電保護(hù)”； 當(dāng)電壓小于“過放電壓”時使T2關(guān)斷進(jìn)行“過放電保護(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)別在于開關(guān)器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽電池方陣輸出端，

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，T1關(guān)斷，使太陽電池不再對蓄電池進(jìn)行充電，起到“過充電保護(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>　?。?）檢測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>　　檢測控制電路包括過壓檢測控制和欠壓檢測控制兩部分。</p><p>　　檢測控制電路是由帶回差控制的運(yùn)算放大器組成。A1為過壓檢測控制電路，A1的同相輸入端由W1提供對應(yīng)“過壓切離”的基準(zhǔn)電壓，而反相輸入端接被測蓄電池，當(dāng)蓄電池電壓大于“過壓切離電壓”時，A1輸出端G1為低電平，關(guān)斷開關(guān)器件T1，切斷充電回路，起到過壓保護(hù)作用。當(dāng)過壓保護(hù)后蓄電

96、池電壓又下降至小于“過壓恢復(fù)電壓”時，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，開關(guān)器件T1由關(guān)斷變導(dǎo)通，重新接通充電回路。“過壓切離門限”和“過壓恢復(fù)門限”由W1和R1配合調(diào)整。</p><p>　　A2為欠壓檢測控制電路，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（和過壓檢測控制電路相反），當(dāng)蓄電池電壓小于“欠壓門限電平”時，A2輸出端G2為低電平，開關(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，開關(guān)器件T2重新導(dǎo)通，恢復(fù)對負(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)的直流電壓的過程稱為直流-直流電壓變換。它的基本原理是通過對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，通過改變占空比D來改變輸出電壓的平均值。它是一種開關(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為開關(guān)管，當(dāng)脈沖振蕩器對雙穩(wěn)態(tài)電路置位(即Q端為1)時，VT導(dǎo)通，電感VT中流

101、過電流并儲存能量，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，雙穩(wěn)態(tài)電路復(fù)位，即Q端為0。此時VT截止，電感LT中儲存的能量通過一極管VD1供給負(fù)載，同時對C進(jìn)行充電。當(dāng)負(fù)載電壓要跌落時，電容C放電，這時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合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖所示。VT1為開關(guān)管，當(dāng)VT1導(dǎo)通時，輸入電壓Vi通過電感L1向負(fù)載RL供電，與此同時也向電容C2充電。在這個過程中，電容C2及電感L1中儲存能量。當(dāng)VT1截止時，由儲存在電感L1中的能量繼續(xù)向RL供電，當(dāng)輸出電壓要下降時，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信號頻率f=20kHz、占空比D=20%。</p><p>　　利用MATLAB軟件對升壓式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程稱之為整流，相控整流是最常見的交-直流變換過程；而把直流電能變換成交流電能的過程稱之為逆變，它是整流的逆過程。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，稱之為無源逆變電路，又稱為變頻器。</p><p>　　逆變器類型有他勵逆變器、自勵逆變器、脈寬調(diào)制（PWM

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

108、換次數(shù)，來降低電壓、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，整個系統(tǒng)相當(dāng)于一個內(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，整個系統(tǒng)相當(dāng)于一個內(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)的基本原理是通過半導(dǎo)體功率開關(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 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源的要求</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)對逆變電源要求較高： （1）要求具有較高的效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，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)，許多電站無人值守和維護(hù)，這