太陽(yáng)能光伏電源畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題　　目　太陽(yáng)能光伏電源畢業(yè)設(shè)計(jì)　</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><

2、;p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成2</p><p>　　2.1太陽(yáng)能電池方陣2</p><p>　　2.1.1太陽(yáng)能電池的工作原理3</p><p>　　2.1.2 太陽(yáng)能電池的種類(lèi)及區(qū)別3</p><p>　　2.1.3太

3、陽(yáng)能電池組件3</p><p>　　2.2 充放電控制器4</p><p>　　2.2.1充放電控制器的功能5</p><p>　　2.2.2 充放電控制器的分類(lèi)5</p><p>　　2.2.3 充放電控制器的工作原理6</p><p><b>　　2.3蓄電池組7</b></

4、p><p>　　2.3.1太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)對(duì)蓄電池組的要求7</p><p>　　2.3.2鉛酸蓄電池組的結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.3.3鉛酸蓄電池組的工作原理8</p><p>　　2.4直流-交流逆變器9</p><p>　　2.4.1逆變器的分類(lèi)9</p><p>　　2.4

5、.2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求10</p><p>　　2.4.3逆變器的主要性能指標(biāo)10</p><p>　　2.4.4逆變器的功率轉(zhuǎn)換電路的比較12</p><p>　　3太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其影響因素15</p><p>　　3.1太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理15</p><p>　　3

6、.1.1太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1.2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的影響因素18</p><p>　　4太陽(yáng)能應(yīng)用及在我國(guó)的分布狀況……………………………………………………………………….19</p><p><b>　　5 總結(jié)21<

7、/b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　光伏發(fā)電是利用半導(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

8、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，再配合上蓄電池組，充放電控制器，逆變器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。本文首先介紹了太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及其組成，初步了解了光生伏打效應(yīng)原理及其模塊組成，然后進(jìn)一步研究各功能模塊的工作原理及其在系統(tǒng)中的作用，最后根據(jù)理論研究成果，利用硬件和軟件相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)出太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)，以及研究系統(tǒng)的影響因素。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光生伏特效應(yīng)；太陽(yáng)能電池組

9、件；蓄電池組；充放電控制器；逆變器</p><p><b>　　Topic：</b></p><p>　　The Design of Photovoltaic Power </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Photovoltaic power generat

10、ion is a technology of being energy directly into electrical energy on semiconductor photo-voltaic effect .The key components of this technology is the solar cell. Solar cells in series can be formed after the package to

11、 protect a large area of solar cells, together with the battery, charge and discharge controller, inverter and other components to form a photovoltaic device. This paper introduces the principle of solar photovoltaic pow

12、er system and its components, a pr</p><p>　　Keywords ： photo-voltaic effect； Solar cells； batteries; charge and discharge controller; inverte</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p&g

13、t;　　人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì)，正面臨著化石燃料短缺和生態(tài)環(huán)境污染的嚴(yán)重局面。廉價(jià)的石油時(shí)代已經(jīng)結(jié)束，逐步改變能源消費(fèi)結(jié)，大力發(fā)展可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展的道路，已逐漸成為人們的共識(shí)。</p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)正在飛速發(fā)展。太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量年增長(zhǎng)率在40%以上，已成為發(fā)展最迅速的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，其應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，從原來(lái)只在偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)和特殊用電場(chǎng)合使用，發(fā)展到城市并網(wǎng)系

14、統(tǒng)和大型光伏電站。 盡管目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電在能源結(jié)構(gòu)中所占比例還微不足道，但是隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，其份額將會(huì)逐步增加，可以預(yù)期，到21世紀(jì)末，太陽(yáng)能發(fā)電將成為世界能源供應(yīng)的主體，一個(gè)光輝的太陽(yáng)能時(shí)代將到來(lái)。</p><p>　　我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展極不平衡，2007年太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)日本和歐洲而居世界第一，然而光伏應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展卻非常緩慢，光伏累計(jì)安裝量大約只占世界的1%，應(yīng)用技術(shù)水平與國(guó)外相比還有

15、相當(dāng)大的差距。光伏產(chǎn)品與一般機(jī)電產(chǎn)品不同，必須很據(jù)負(fù)載的要求和當(dāng)?shù)氐臍庀蟆⒌乩項(xiàng)l件來(lái)決定系統(tǒng)的配置，由于目前光伏發(fā)電成本較高，所以應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合，最大限度的發(fā)揮光伏電源的作用。</p><p>　　為了提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率，獲取更多的有效能源，滿足人類(lèi)的能源供應(yīng)，世界各國(guó)在研究太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中都投入了大量的人力與物力。我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的研究還處于世界低等水平，產(chǎn)品的性能還有

16、待提高，為迎接未來(lái)能源短缺帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，我們應(yīng)該加大對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的研究，以滿足人類(lèi)未來(lái)對(duì)能源的需求。</p><p>　　本文從理論出發(fā)，闡述了太陽(yáng)能光伏電源的原理及其組成結(jié)構(gòu)；結(jié)合科研實(shí)際，應(yīng)用硬件和軟件結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的太陽(yáng)能光伏電源模擬系統(tǒng)。根據(jù)這個(gè)簡(jiǎn)易系統(tǒng)研究分析了太陽(yáng)能光伏電源的影響因素，合理優(yōu)化了系統(tǒng)的配置，以提高系統(tǒng)的性能，最終提高了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。</p><p&

17、gt;　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 </p><p>　　所謂光伏電源系統(tǒng)，就是利用太陽(yáng)電池半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　“光生伏特效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過(guò)程；其次，是形成電壓過(guò)程

18、。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路</p><p>　　進(jìn)入70年代后，二次石油危機(jī)的影響，使人們認(rèn)識(shí)到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來(lái)能源結(jié)構(gòu)過(guò)渡。從而使許多國(guó)家重新加強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持（尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家）。</p><p>　　我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的大國(guó)，同時(shí)是一個(gè)資源消耗大國(guó)，而人均資源儲(chǔ)量又偏低。因此快速的工業(yè)化進(jìn)程和巨

19、大的消費(fèi)性需求使我國(guó)對(duì)資源對(duì)外具有很強(qiáng)的依賴性。環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)直接威脅我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，我國(guó)很多居住在偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們還沒(méi)有用上電。這些客觀條件迫使我們更加努力的尋找和開(kāi)發(fā)新能源，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電就是其中之一。光伏電源系統(tǒng)相比其他發(fā)電系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）它的能源取之不盡用之不竭，而且無(wú)污染；（2）沒(méi)有動(dòng)作部件，不會(huì)產(chǎn)生噪聲，運(yùn)行可靠；（3）無(wú)論規(guī)模大小，其發(fā)電效率幾乎是相同的；（4）分布及其廣泛，凡是太陽(yáng)能照到的地方就

20、能發(fā)電；（5）輕便，易安裝維護(hù)；（6）能在用電現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電。</p><p>　　近年來(lái)，以太陽(yáng)光為能源的太陽(yáng)能光伏電源技術(shù)不斷發(fā)展，因其具有環(huán)保、節(jié)能雙重優(yōu)勢(shì)，而得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民、哨所和野外作業(yè)等，設(shè)計(jì)一種小型的太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)，配置必要的戶外用裝置，具有拆裝移動(dòng)方便、適于野外的中小功率電器使用和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)小型電源系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，顯示蓄電池的剩余電能以方便合理使用。</p>

21、<p>　　2 太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成</p><p>　　太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽(yáng)能電池方陣、充電放電控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)示意圖</p><p>　　2.1 太陽(yáng)能

22、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4㎝2到100㎝2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/㎝2，一般不能單獨(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)載所要求的輸出功率（見(jiàn)圖2

23、-2）。</p><p>　　圖 2-2 太陽(yáng)能電池單體、組件和方陣</p><p>　　2.1.1太陽(yáng)能電池的工作原理</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低端經(jīng)過(guò)負(fù)載流到電池的頂

24、端。這就是“光生伏打效應(yīng)”。</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>　　2.1.2太

25、陽(yáng)能電池的種類(lèi)及其區(qū)別</p><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、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，所以多晶體硅太陽(yáng)能

26、電池的效率一般比單晶體硅太陽(yáng)能電池低，多晶體硅太陽(yáng)能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶體硅太陽(yáng)能電池的低。非晶體硅太陽(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)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 13%-15%；多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 11%-13%；非晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 5

27、%-8%。</p><p>　　2.1.3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，能提供大約17V電壓，正好能為額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效的充電。</p&g

28、t;<p>　　通過(guò)導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封成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)、防雨等能力，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)能電池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，如圖2-3所示。V-I特性曲線顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池組件

29、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)的電路稱為開(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=V*I。</p><p>　　圖 2-3 太陽(yáng)能電池的電流-電壓特性曲線</p><p>　　I：電流 Isc：短路電流 Im：最大工作電流&l

30、t;/p><p>　　V：電壓 Voc：短路電壓 Vm：最大工作電壓</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零開(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)，功率將越過(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)

31、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>　　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。太陽(yáng)的輻照度越強(qiáng)，輸出的功率越大；太陽(yáng)光譜分布越密集，輸出功率越大；太陽(yáng)能電池的溫度越高，開(kāi)路電壓越低，輸出功率越低。</p&g

32、t;<p>　　2.2充電放電控制器</p><p>　　充放電控制器是能自動(dòng)防止蓄電池組過(guò)充電和過(guò)放電并具有簡(jiǎn)單測(cè)量功能的電子設(shè)備。由于蓄電池組的循環(huán)充放電次數(shù)及充放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過(guò)充電或過(guò)放電的充電放電控制器是必不可少的設(shè)備。</p><p>　　2.2.1充電放電控制器的功能</p><p><b&

33、gt;　　控制器的功能：</b></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>　?。?）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

34、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>　?。?）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>　?、?防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。</p><p&

35、gt;　?、?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>　　⑤ 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，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。通常鉛酸蓄電池的溫

36、度補(bǔ)賞系數(shù)為 －5mv/ºC/CELL 。</p><p>　　2.2.2充放電控制器的分類(lèi)</p><p>　　光伏充電控制器基本上可分為五種類(lèi)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@種方式

37、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(lèi)控制器很可靠，沒(méi)有如繼電器之類(lèi)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>　?。?）脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開(kāi)

38、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/接通控制。對(duì)中、

39、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>　　（5）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)，以充分利用太陽(yáng)電池方陣

40、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>　　2.2.3充放電控制器的工作原理</p><p>　　（1）單路并聯(lián)型充放電控制器（如圖2-4）</p><p>　　圖2-4 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)電

41、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)”

42、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。檢

43、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，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

44、“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><b>　　2.3蓄電池組</b></p><p>　　蓄電池組是光伏電站的貯能裝置，由它將太陽(yáng)能電池方陣從太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)，以供應(yīng)用。<

45、;/p><p>　　2.3.1太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)對(duì)蓄電池組的基本要求</p><p>　　太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)對(duì)所用蓄電池組的基本要求是：</p><p>　　(1) 自放電率低；</p><p>　　(2) 使用壽命長(zhǎng)；</p><p>　　(3) 深放電能力強(qiáng)；</p><p>　　(4) 充電效

46、率高；</p><p>　　(5) 少維護(hù)或免維護(hù)；</p><p>　　(6) 工作溫度范圍寬；</p><p><b>　　(7) 價(jià)格低廉。</b></p><p>　　光伏電站中與太陽(yáng)能電池方陣配用的蓄電池組通常是在半浮充電狀態(tài)下長(zhǎng)期工作，它的電能量比用電負(fù)荷所需要的電能量要大，因此，多數(shù)時(shí)間是處于淺放電狀態(tài)。當(dāng)

47、冬季和連陰天由于太陽(yáng)輻射能減少，而出現(xiàn)太陽(yáng)能電池方陣充電不足的情況時(shí)，可啟動(dòng)光伏電站備用電源—柴油發(fā)電機(jī)組給蓄電池組補(bǔ)充充電，以保持蓄電池組始終處于淺放電狀態(tài)。固定式鉛酸蓄電池性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定、容量較大、價(jià)格較低,是我國(guó)光伏電站目前選用的主要貯能裝置。</p><p>　　2.3.2鉛酸蓄電池組的結(jié)構(gòu)</p><p>　　鉛酸蓄電池主要由正極板組、負(fù)極板組、隔板、容器、電解液及附件等部分

48、組成。極板組是由單片極板組合而成，單片極板又由基極(又叫極柵)和活性物質(zhì)構(gòu)成。鉛酸蓄電池的正負(fù)極板常用鉛銻合金制成，正極的活性物是二氧化鉛，負(fù)極的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛。</p><p>　　極板按其構(gòu)造和活性物質(zhì)形成方法分為涂膏式和化成式。涂膏式極板在同容量時(shí)比化成式極板體積小、重量輕、制造簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，因而使用普遍;缺點(diǎn)是在充放電時(shí)活性物質(zhì)容易脫落，因而壽命較短。化成式極板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，在放電過(guò)程中活性物

49、質(zhì)脫落較少，因此壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是笨重，制造時(shí)間長(zhǎng)，成本高。隔板位于兩極板之間，防止正負(fù)極板接觸而造成短路。材料有木質(zhì)、塑料、硬橡膠、玻璃絲等，現(xiàn)大多采用微孔聚氯乙烯塑料。</p><p>　　電解液是用蒸餾水稀釋純濃硫酸而成。其比重視電池的使用方式和極板種類(lèi)而定，一般在1.200－1.300(25℃)之間(充電后)。容器通常為玻璃容器、襯鉛木槽、硬橡膠槽或塑料槽等。</p><p>　　2.

50、3.3鉛酸蓄電池組的工作原理</p><p>　　蓄電池是通過(guò)充電將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來(lái)的化學(xué)電源裝置。它是用兩個(gè)分離的電極浸在電解質(zhì)中而成。由還原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極。由氧化態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的電極為正極。當(dāng)外電路接近兩極時(shí)，氧化還原反應(yīng)就在電極上進(jìn)行，電極上的活性物質(zhì)就分別被氧化還原了，從而釋放出電能，這一過(guò)程稱為放電過(guò)程。放電之后，若有反方向電流流入電池時(shí)，就可以使兩極活性物

51、質(zhì)回復(fù)到原來(lái)的化學(xué)狀態(tài)。這種可重復(fù)使用的電池，稱為二次電池或蓄電池。如果電池反應(yīng)的可逆變性差，那么放電之后就不能再用充電方法使其恢復(fù)初始狀態(tài)，這種電池稱為原電池。</p><p>　　電池中的電解質(zhì)，通常是電離度大的物質(zhì)，一般是酸和堿的水溶液，但也有用氨鹽、熔融鹽或離子導(dǎo)電性好的固體物質(zhì)作為有效的電池電解液的。以酸性溶液(常用硫酸溶液)作為電解質(zhì)的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電池視使用場(chǎng)地，又可分為固定式和移動(dòng)

52、式兩大類(lèi)。鉛酸蓄電池單體的標(biāo)稱電壓為2V。實(shí)際上，電池的端電壓隨充電和放電的過(guò)程而變化。</p><p>　　鉛酸蓄電池在充電終止后，端電壓很快下降至2.3 伏左右。放電終止電壓為1.7－1.8 伏。若再繼續(xù)放電，電壓急劇下降,將影響電池的壽命。鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為＋40℃―－40℃。鉛酸蓄電池的安時(shí)效率為85%－90%，瓦時(shí)效率為70%，它們隨放電率和溫度而改變。</p><p>

53、　　2.4直流-交流逆變器</p><p>　　眾所周知，整流器的功能是將50HZ的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程，被稱之為“逆變”由于太陽(yáng)能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。</p><p>　　2.4.1逆變器的分類(lèi)</p><p>　　根據(jù)逆變器輸出交流電壓

54、的相數(shù)，可分為單相逆變器和三相逆變器；根據(jù)輸出波形的不同，可分為方波逆變器和正弦波逆變器；根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類(lèi)型不同，可分為晶體管逆變器、MOSFET 模塊及可關(guān)斷晶閘管逆變器等；根據(jù)功率轉(zhuǎn)換電路的不同，又可分為推挽電路、橋式電路和高頻升壓電路逆變器等。</p><p><b>　?。?）方波逆變器：</b></p><p>　　方波逆變器輸出的交流電壓波形為

55、50HZ 方波。此類(lèi)逆變器所使用的逆變線路也不完全相同，但共同的特點(diǎn)是線路比較簡(jiǎn)單，使用的功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量少。設(shè)計(jì)功率一般在幾十瓦至幾百瓦之間。</p><p>　　方波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格便宜，維修簡(jiǎn)單。</p><p>　　缺點(diǎn)是：由于方波電壓中含有大量高次諧波，在以變壓器為負(fù)載的用電器中將產(chǎn)生附加損耗，對(duì)收音機(jī)和某些通信設(shè)備也有干擾。此外，這類(lèi)逆變器中有的調(diào)壓范圍不夠?qū)?，有的保護(hù)功能不

56、夠完善，噪聲也比較大。</p><p>　?。?）正弦波逆變器：</p><p>　　正弦波逆變器輸出的交流電壓波形為正弦波。</p><p>　　正弦波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：輸出波形好，失真度低，對(duì)通信設(shè)備無(wú)干擾，噪聲也很低。此外，保護(hù)功能齊全，對(duì)電感性和電容型性負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。</p><p>　　缺點(diǎn)是：線路相對(duì)復(fù)雜，對(duì)維修技術(shù)要求高，價(jià)格較貴

57、。</p><p>　　2.4.2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求</p><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、蓄電池和逆變器四部分組成，而逆變器是其中關(guān)鍵部件。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的技術(shù)要求如下：</p><p>　?。?）要求具有較高的逆變效率。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

58、變器的效率。</p><p>　?。?）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)，這就要求逆變器具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)等。</p><p>　　（3）要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。由于太陽(yáng)電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對(duì)太陽(yáng)電池的電

59、壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大，如１２Ｖ蓄電池，其端電壓可在10V-16V之間變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。</p><p>　　（4）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，

60、高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)供電品質(zhì)有較高的要求。另外，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為避免對(duì)公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出失真度滿足要求的正弦波形。</p><p>　　2.4.3逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo)</p><p>　?。?）額定輸出電壓：</p><p>　　在規(guī)定的輸入直流電壓允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，

61、它表示逆變器應(yīng)能輸出的額定電壓值。對(duì)輸出額定電壓值的穩(wěn)定精度有如下規(guī)定：</p><p>　?、?在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電壓波動(dòng)范圍應(yīng)有一個(gè)限定，例如，其偏差不超過(guò)額定值的±3％或±5％。</p><p>　?、?在負(fù)載突變（額定負(fù)載的0％Ö50％Ö100％）或有其它干擾因素影響動(dòng)態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過(guò)額定值的±8％或±10％。

62、</p><p>　?。?）逆變器應(yīng)具有足夠的額定輸出容量和過(guò)載能力：</p><p>　　逆變器的選用，首先要考慮具有足夠的額定容量，以滿足最大負(fù)荷下設(shè)備對(duì)電功率的需求。額定輸出容量表征逆變器向負(fù)載供電的能力。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。但當(dāng)逆變器的負(fù)載不是純阻性時(shí)，也就是輸出功率因數(shù)小于1 時(shí)，逆變器的負(fù)載能力將小于所給出的額定輸出容量值。</p><

63、;p>　　（3）輸出電壓穩(wěn)定度：</p><p>　　在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中均以蓄電池為儲(chǔ)能設(shè)備。當(dāng)標(biāo)稱電壓為12V 的蓄電池處于浮充電狀態(tài)時(shí)，端電壓可達(dá)13.5V，短時(shí)間過(guò)充狀態(tài)可達(dá)15V。蓄電池帶負(fù)荷放電終了時(shí)端電壓可降至10.5V 或更低。蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱電壓的30％左右。這就要求逆變器具有較好的調(diào)壓性能，才能保證光伏發(fā)電系統(tǒng)以穩(wěn)定的交流電壓供電。輸出電壓穩(wěn)定度表征逆變器輸出電壓的穩(wěn)壓能力。多

64、數(shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱為電壓調(diào)整率。高性能的逆變器應(yīng)同時(shí)給出當(dāng)負(fù)載由0％→100％變化時(shí)，該逆變器輸出電壓的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱為負(fù)載調(diào)整率。性能良好的逆變器的電壓調(diào)整率應(yīng)≤±3％，負(fù)載調(diào)整率應(yīng)≤±6％。</p><p>　?。?）輸出電壓的波形失真度：</p><p>　　當(dāng)逆變器輸出電壓為正弦波時(shí)，應(yīng)規(guī)定允

65、許的最大波形失真度（或諧波含量）。通常以輸出電壓的總波形失真度表示，其值不應(yīng)超過(guò)5％。</p><p>　　（5）額定輸出頻率：</p><p>　　逆變器輸出交流電壓的頻率應(yīng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，通常為工頻50Hz。正常工作條件下其偏差應(yīng)在±1％以內(nèi)。</p><p>　?。?）負(fù)載功率因數(shù)：</p><p>　　“負(fù)載功率因數(shù)”表

66、征逆變器帶感性負(fù)載或容性負(fù)載的能力。在正弦波條件下，負(fù)載功率因數(shù)為0.7－0.9(滯后)，額定值為0.9。</p><p>　　（7）額定輸出電流（或額定輸出容量）：</p><p>　　它表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)，逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產(chǎn)品給出的是額定輸出容量，其單位以VA 或kVA 表示。逆變器的額定容量是當(dāng)輸出功率因數(shù)為1（即純阻性負(fù)載）時(shí)，額定輸出電壓與額定輸出電流

67、的乘積。</p><p>　?。?）額定逆變輸出效率：</p><p>　　整機(jī)逆變效率高是光伏發(fā)電用逆變器區(qū)別于通用型逆變器的一個(gè)顯著特點(diǎn)。10 千瓦級(jí)的通用型逆變器實(shí)際效率只有70％－80％，將其用于光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)將帶來(lái)總發(fā)電量20％－30％的電能損耗。光伏發(fā)電系統(tǒng)專(zhuān)用逆變器，在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意減少自身功率損耗，提高整機(jī)效率。這是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的一項(xiàng)重要措施。在整機(jī)效率方

68、面對(duì)光伏發(fā)電專(zhuān)用逆變器的要求是：千瓦級(jí)以下逆變器額定負(fù)荷效率≥80％－85％，低負(fù)荷效率≥65％－75％；10 千瓦級(jí)逆變器額定負(fù)荷效率≥85％－90％，低負(fù)荷效率≥70％－80％。逆變器的效率值表征自身功率損耗的大小，通常以百分?jǐn)?shù)表示。容量較大的逆變器還應(yīng)給出滿負(fù)荷效率值和低負(fù)荷效率值。千瓦級(jí)以下的逆變器效率應(yīng)為</p><p>　　80％－85％，10 千瓦級(jí)的逆變器效率應(yīng)為85％－90％。逆變器效率的高低對(duì)

69、光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電成本有著重要影響。</p><p><b>　?。?）保護(hù)功能：</b></p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等原因而引起的供電系統(tǒng)過(guò)流或短路，是完全可能的。逆變器對(duì)外部電路的過(guò)電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在選用逆變器時(shí)，必須要求具有良好的對(duì)過(guò)電流及短路的自我

70、保護(hù)功能。這是目前提高光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵所在。</p><p>　　① 過(guò)電壓保護(hù)：對(duì)于沒(méi)有電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過(guò)電壓的防護(hù)措施，以使負(fù)載免受輸出過(guò)電壓的損害。</p><p>　?、?過(guò)電流保護(hù)：逆變器的過(guò)電流保護(hù)，應(yīng)能保證在負(fù)載發(fā)生短路或電流超過(guò)允許值時(shí)及時(shí)動(dòng)作，使其免受浪涌電流的損傷。</p><p><b>　　（10）起動(dòng)特性：&

71、lt;/b></p><p>　　它表征逆變器帶負(fù)載起動(dòng)的能力和動(dòng)態(tài)工作時(shí)的性能。逆變器應(yīng)保證在額定負(fù)載下可靠起動(dòng)。高性能的逆變器可做到連續(xù)多次滿負(fù)荷起動(dòng)而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身安全，有時(shí)采用軟起動(dòng)或限流起動(dòng)。</p><p><b>　?。?1）噪聲：</b></p><p>　　電力電子設(shè)備中的變壓器、濾波電感、電磁開(kāi)關(guān)及

72、風(fēng)扇等部件均會(huì)產(chǎn)生噪聲。逆變器正常運(yùn)行時(shí)，其噪聲應(yīng)不超過(guò)65dB。</p><p>　　2.4.4逆變器的功率轉(zhuǎn)換電路比較</p><p>　　逆變器的功率轉(zhuǎn)換電路一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，其主電路分別如圖 2-5 和圖 2-6 所示。</p><p>　　圖2-5所示的推挽電路，將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸

73、出得到交流電輸出。由于功率晶體管共地連接，驅(qū)動(dòng)及控制電路簡(jiǎn)單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其缺點(diǎn)是變壓器利用率低，帶動(dòng)感性負(fù)載的能力較差。</p><p>　　圖2-6所示的全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點(diǎn)，功率開(kāi)關(guān)管Ｔ3、Ｔ6和Ｔ4、Ｔ5反相，Ｔ3和Ｔ4相位互差180°，調(diào)節(jié)Ｔ3和Ｔ4的輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有能使Ｔ5和Ｔ6

74、共同導(dǎo)通的功能，因而具有續(xù)流回路，即使對(duì)感性負(fù)載，輸出電壓波形也不會(huì)產(chǎn)生畸變。該電路的缺點(diǎn)是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須采用專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)電路或采用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發(fā)生共態(tài)導(dǎo)通，在Ｔ3、Ｔ6及Ｔ4、Ｔ6之間必須設(shè)計(jì)先關(guān)斷后導(dǎo)通電路，即必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間，其電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。</p><p>　　圖2-5 推挽式逆變器電路原理框圖</p><p>　　圖2-6 全橋逆變器電路

75、原理框圖</p><p>　　圖2-7為高頻升壓電路，由于推挽電路和全橋電路的輸出都必須加升壓變壓器，而工頻升壓變壓器體積大，效率低，價(jià)格也較貴，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，采用高頻升壓變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)逆變，可實(shí)現(xiàn)高功率密度逆變。這種逆變電路的前級(jí)升壓電路采用推挽結(jié)構(gòu)（T1、T2），但工作頻率均在20KHz以上，升壓變壓器B1采用高頻磁芯材料，因而體積小、重量輕，高頻逆變后經(jīng)過(guò)高頻變壓器變成高頻交流電，又經(jīng)高

76、頻整流濾波電路得到高壓直流電（一般均在250Ｖ以上），再通過(guò)工頻全橋逆變電路（T3、T4、T5、T6）實(shí)現(xiàn)逆變。采用該電路結(jié)構(gòu)，使逆變電路功率密度大大提高，逆變器的空載損耗也相應(yīng)降低，效率得到提高。該電路的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，可靠性比上述兩種電路偏低。</p><p>　　圖2-7高頻升壓電路</p><p>　　3 太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其影響因素</p><p&

77、gt;　　太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的總體框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖 3-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　由圖3-1可知，整個(gè)系統(tǒng)包含充電和逆變兩個(gè)主要環(huán)節(jié)。太陽(yáng)電池是本系統(tǒng)賴以工作的基礎(chǔ)，它的效率直接決定系統(tǒng)的效率。</p><p>　　3.1太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件

78、設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，且軟件設(shè)計(jì)先于硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1.1太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載用電量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池方陣面輻射量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池、蓄電池用量的計(jì)算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池方陣安裝傾角的計(jì)算等。</p><p>　　本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主程序模塊、WG模塊、PI調(diào)節(jié)模塊和MPP

79、T模塊等。其中主程序模塊完成系統(tǒng)的初始化，各單元賦初值，判斷有無(wú)運(yùn)行信號(hào)及對(duì)各種故障的判斷。同時(shí)，為避免啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過(guò)大的峰值電流，系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)方式，使輸出電壓呈斜坡上升至給定值。WG中斷模塊主要是從正弦表中取出相應(yīng)的正弦值，然后送入WG—COMPX寄存器，從而得到不同脈寬的SPWM波。PI調(diào)節(jié)模塊主要是使系統(tǒng)輸出電壓在突加負(fù)載時(shí)訊速穩(wěn)定為220V。MPPT模塊主要是完成太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。</p><p>

80、;　　充電程序主要由12/ 24 V 電池電壓的自動(dòng)識(shí)別、太陽(yáng)能電池板和電池之間的自動(dòng)匹配、電池未接判斷、電池極性接反識(shí)別、過(guò)充保護(hù)和充電終點(diǎn)判斷部分組成,如圖 3-2</p><p><b>　　充電主程序流程圖。</b></p><p>　　圖 3-2系統(tǒng)充電主程序流程圖</p><p>　　3.1.2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</

81、p><p>　　硬件設(shè)計(jì)包括：蓄電池組容量的設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池方陣的設(shè)計(jì)，逆變電路的設(shè)計(jì)，充放電控制電路的設(shè)計(jì)等。</p><p>　?。?）蓄電池組容量的計(jì)算公式為：</p><p>　　B=A*QL*NL*TO/Cc (安時(shí))</p><p>　　A ：安全系數(shù)，取1.1-1.4之間；</p><p>　　QL ：負(fù)載日

82、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>　　TO ：溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；</p><p>　　Cc ：蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。</p><p>　　（2）太陽(yáng)能電池方陣中電池組

83、件串聯(lián)數(shù)的計(jì)算公式：</p><p>　　Ns =UR / UOC = ( Uf + UD + Uc )/ UOC</p><p>　　UR ：太陽(yáng)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 ：蓄電池浮充電壓；</p><p>　　UD ：二極管壓降，

84、一般取0.7V；</p><p>　　Uc ：其它因素引起的壓降。</p><p>　　太陽(yáng)能電池方陣中電池組件并聯(lián)數(shù)的計(jì)算公式：</p><p>　　Np = ( Bcb + Nw * QL )/( Qp * Nw )</p><p>　　Bcb ：補(bǔ)充的蓄電池容量；</p><p>　　Nw ：兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天

85、氣的間隔天數(shù)；</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>　　Qp ：太陽(yáng)電池組件日發(fā)電量。</p><p>　?。?）逆變電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　正弦波逆變環(huán)節(jié)采用單相全橋電路，用IGBT作逆變電路的功率器件。IGBT是電壓控制型器件，它集功率MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點(diǎn)于一體，

86、具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、電壓和電流容量大、工作頻率高、開(kāi)關(guān)損耗低、安全工作區(qū)大、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。逆變器將蓄電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為50Hz的SPWM波，再經(jīng)過(guò)濾波電感和工頻變壓器將其轉(zhuǎn)換為220V的標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓，采用這種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能有效地抑制波形中的高次諧波成分。</p><p>　　逆變器的工作方式采用SPWM控制方式，預(yù)先將O～360O 的正弦值制成表格預(yù)存在EPROM中。開(kāi)關(guān)模式信號(hào)是利用

87、正弦波參考信號(hào)與一個(gè)三角載波信號(hào)互相比較來(lái)生成的，主要有單極性和雙極性兩種類(lèi)型，在開(kāi)關(guān)頻率相同的情況下，由于雙極性SPWM控制產(chǎn)生的正弦波，其中的諧波含量和開(kāi)關(guān)損耗均大于單極性，故本系統(tǒng)采用的是單極性SPWM控制。</p><p>　?。?）充放電控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo),微控制器選用具有RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)MSP430。該芯片內(nèi)帶6 通道10 位A/ D 轉(zhuǎn)換器

88、,8 kB閃速存儲(chǔ)器,521 B 的E2 PROM 存儲(chǔ)器,可內(nèi)外部中斷,C 語(yǔ)言編程,每個(gè)I/ O 口可提供40 mA 的電流。由于該芯片支持在線編程( ISP) ,即程序可通過(guò)串行編程接口( SPI) ,下載到8 kB閃存,因此不需外加存儲(chǔ)器作為程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　蓄電池的充電采用恒流充電和dV/ dt 技術(shù)恒壓限流充電相結(jié)合的方法。光伏電源控制系統(tǒng)的充電系統(tǒng)如圖3-3所示,主電路由太陽(yáng)能電池板

89、、電力場(chǎng)效應(yīng)管Q1 、蓄電池和精密電阻R19構(gòu)成。</p><p>　　TL494 電流型PWM 脈寬調(diào)制器、MSP430 單片機(jī)和檢測(cè)單元構(gòu)成充電閉環(huán)控制回路,實(shí)現(xiàn)充電電壓、電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)和電源電壓的自動(dòng)識(shí)別。其中,利用TL494中的誤差放大器,從1 腳輸入給定電壓信號(hào)與恒壓充電時(shí)反饋電壓信號(hào)之偏差,此放大器作恒壓調(diào)壓器使用,2 腳和3 腳間引入阻容校正,構(gòu)成PI 調(diào)節(jié)器。另一個(gè)誤差放大器作恒流調(diào)節(jié)器,從16

90、腳輸入給定電流信號(hào)與恒流充電時(shí)的反饋電流信號(hào)之偏差,15 腳和3 腳間引入阻容校正,構(gòu)成PI 調(diào)節(jié)器。兩種給定信號(hào)均從14 腳內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源通過(guò)電阻分壓取得,當(dāng)單片機(jī)PD5 口輸出高電平時(shí),取得的基準(zhǔn)電壓為215 V ,反之為5 V。TL494 的8 腳和11 腳作并聯(lián)輸出PWM 信號(hào)來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管Q1 ,以維持恒流充電時(shí)電流恒定或在恒壓充電時(shí)的電壓恒定。</p><p>　　圖 3-3充電系統(tǒng)電路</p&

91、gt;<p>　　3.2太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的影響因素</p><p>　?。?）大氣條件對(duì)太陽(yáng)輻射的影響</p><p>　　地球表面接收的太陽(yáng)輻照受大氣條件的影響而衰弱，主要原因是由空氣分子、水蒸汽和塵埃引起的大氣散射以及由臭氧、水蒸氣和二氧化碳引起的大氣吸收。</p><p>　?。?）地球相對(duì)太陽(yáng)位置的影響</p><p>

92、;　　地球到太陽(yáng)的距離和地球軸的傾斜同樣影響太陽(yáng)的輻射量。當(dāng)6-8月份夏天來(lái)到北半球時(shí)，地球的北半球朝太陽(yáng)傾斜，夏季白天很長(zhǎng)，加之有利的地球軸傾斜，造成了夏季與冬季太陽(yáng)能輻射總量的巨大差別。</p><p>　　（3）地形、地貌及障礙物的影響。由于太陽(yáng)斜照的影響，陽(yáng)光容易被地形、地貌及障礙物遮擋。</p><p>　?。?）太陽(yáng)能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到電池本身的溫度、太陽(yáng)光強(qiáng)和蓄電池

93、電壓浮動(dòng)的影響。</p><p>　?。?）蓄電池組也是工作在浮充電狀態(tài)下的，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。</p><p>　?。?）太陽(yáng)能電池充放電控制器由電子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用的元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān)系到耗能的大小，從而影響到充電的效率等。</p><p>　　因此，太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

94、，需要考慮的因素多而復(fù)雜。</p><p>　　4太陽(yáng)能應(yīng)用及在我國(guó)的分布狀況</p><p>　　4.1.1太陽(yáng)能在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用</p><p>　?。?）用戶太陽(yáng)能電源</p><p>　　小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；光伏

95、水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。</p><p><b>　?。?）交通領(lǐng)域</b></p><p>　　如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。</p><p>　　（3）通訊/通信領(lǐng)域</p><p>　　太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播

96、/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。</p><p>　?。?）石油、海洋、氣象領(lǐng)域</p><p>　　石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等</p><p><b>　?。?）家庭燈具電源</b></p><p>

97、　　如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。</p><p><b>　?。?）光伏電站</b></p><p>　　10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車(chē)廠充電站等。</p><p><b>　?。?）太陽(yáng)能建筑</b></p><p>

98、　　將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。</p><p><b>　　（8）其他領(lǐng)域包括</b></p><p>　　與汽車(chē)配套：太陽(yáng)能汽車(chē)/電動(dòng)車(chē)、電池充電設(shè)備、汽車(chē)空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；海水淡化設(shè)備供電；衛(wèi)星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。</p><p>　　

99、4.1.2太陽(yáng)能在我國(guó)的分布狀況</p><p>　　太陽(yáng)是以電磁波的形式向外傳播能量。電磁波是由同時(shí)存在又相互聯(lián)系且呈周期變化的電波和磁波構(gòu)成的。電磁波用波長(zhǎng)、頻率來(lái)表示。太陽(yáng)發(fā)射的電磁輻射在大氣上隨波長(zhǎng)的分布叫做太陽(yáng)光譜。太陽(yáng)電磁輻射中99．9%的能量集中在紅外區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)和紫外區(qū)。</p><p>　　太陽(yáng)輻射主要集中在可見(jiàn)光部分（0.4～0.76μm），波長(zhǎng)大于可見(jiàn)光的</p

100、><p>　　紅外線（>0.76μm）和小于可見(jiàn)光的紫外線（<0.4μm）的部分少。在全部輻射能中，波長(zhǎng)在0.15～4μm之間的占99%以上，且主要分布在可見(jiàn)光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽(yáng)輻射總能量的約50%，后者占約43%，紫外區(qū)的太陽(yáng)輻射能很少，只占總量的約7%。</p><p>　　在地面上觀測(cè)的太陽(yáng)輻射的波段范圍大約為0．295～2．5μm。短于</p><p

101、>　　0．295 μm和大于2．5 μm波長(zhǎng)的太陽(yáng)輻射，因地球大氣中臭氧、水氣和其他大氣分子的強(qiáng)烈吸收，不能到達(dá)地面。</p><p>　　4.1.3我國(guó)的太陽(yáng)能資源及分布特點(diǎn)：</p><p>　?。?）太陽(yáng)能的高值中心和低值都處在北緯22度到35度這一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心。</p><p>　　(2)太陽(yáng)年輻射總量，西部地區(qū)高于東部地

102、區(qū)，而且除西藏和新疆兩個(gè)自治區(qū)外，基本上都是南部高于北部。</p><p>　?。?）由于南方多數(shù)地區(qū)云多雨多，在北緯30度到40度地區(qū)，太陽(yáng)能的分布情況與一般的太陽(yáng)能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽(yáng)能不是隨著緯度的增加而減少，而是隨著緯度的升高而增長(zhǎng)。</p><p><b>　　4總結(jié)</b></p><p>　　光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理

103、，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源可以無(wú)處不在。</p><p><b>　　致謝</b&

104、gt;</p><p>　　在完成這次畢業(yè)論文之際，本人要向多位老師，同學(xué)和朋友表示感謝，是你們的無(wú)私幫助，才讓本論文得以順利完成。</p><p>　　在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，**老師指導(dǎo)我如何撰寫(xiě)論文，并給本論文提出了很多建議。在這里我表示衷心的感謝 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[

105、1]劉恩科，朱秉升，太陽(yáng)能利用[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1987.</p><p>　　[2]王長(zhǎng)貴，王斯成，太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[3]朱小同，趙桂先，蓄電池快速充電的原理與實(shí)踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版，1996.</p><p>　　[4]羅玉峰，陳裕先，李玲，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)[M].江西：江