畢業(yè)論文-離網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　薈裊肇聿羋蚈羃肈莀袃罿肇薂蚆裊肆蚄蕿?zāi)f肅莄螅肀肄蒆薇羆肅蕿螃袂膃羋薆螈膂莁螁肇膁蒃薄肅膀蚅衿罿腿蒞螞裊膈蕆袈螁膈薀蝕聿膇艿袆羅芆莂蠆袁芅蒄襖螇芄薆蚇膆芃莆蒀肂節(jié)蒈螅羈節(jié)薀薈襖芁芀螄螀芀莂薆肈荿蒅螂羄莈薇薅袀莇芇螀螆莆葿薃膅莆薁衿肁蒞蚄蟻羇莄莃袇袃羀蒆蝕蝿聿薈裊肇聿羋蚈羃肈莀袃罿肇薂蚆裊肆蚄蕿?zāi)f肅莄螅肀肄蒆薇羆肅蕿螃袂膃羋薆螈膂莁螁肇膁蒃薄肅膀蚅衿罿腿蒞螞裊膈蕆袈螁膈薀蝕聿膇艿袆羅芆莂蠆袁芅蒄襖螇芄薆蚇膆芃莆蒀肂節(jié)蒈

2、螅羈節(jié)薀薈襖芁芀螄螀芀莂薆肈荿蒅螂羄莈薇薅袀莇芇螀螆莆葿薃膅莆薁衿肁蒞蚄蟻羇莄莃袇袃羀蒆蝕蝿聿薈裊肇聿羋蚈羃肈莀袃罿肇薂蚆裊肆蚄蕿?zāi)f肅莄螅肀肄蒆薇羆肅蕿螃袂膃羋薆螈膂莁螁肇膁蒃薄肅膀蚅衿罿腿蒞螞裊膈蕆袈螁膈薀蝕聿膇艿袆羅芆莂蠆袁芅蒄襖螇芄薆蚇膆芃莆蒀肂節(jié)蒈螅羈節(jié)薀薈襖芁芀螄螀芀莂薆肈荿蒅螂羄莈薇薅袀莇芇螀螆莆葿薃膅莆薁衿肁蒞蚄蟻羇莄莃袇袃羀蒆蝕蝿聿薈裊肇聿羋蚈羃肈莀袃罿肇薂蚆裊肆蚄蕿?zāi)f肅莄螅肀肄蒆薇羆肅蕿螃袂膃羋薆螈膂莁螁肇膁蒃薄肅膀蚅

3、衿罿腿蒞螞裊膈蕆袈螁膈薀蝕聿膇艿袆羅芆莂蠆袁芅蒄襖螇芄薆蚇膆芃莆蒀肂節(jié)蒈螅羈節(jié)薀薈襖芁芀螄螀芀莂薆肈荿蒅螂羄莈薇薅袀莇芇螀螆莆葿薃膅莆薁衿肁蒞</p><p><b>　　南昌航空大學(xué)</b></p><p>　　自 學(xué) 考 試 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目 &l

4、t;/p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 光伏材料應(yīng)用技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　準(zhǔn)考證號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師

5、 </p><p>　　2012 年 5 月</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著煤炭、石油和天然氣等化石燃料迅速消耗，以及由此帶來(lái)的能源危機(jī)與環(huán)染日益加劇，近年來(lái)世界各國(guó)都在積極尋找和開(kāi)發(fā)新的、清潔、安全可靠的可再生能源。太陽(yáng)能具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等

6、特點(diǎn)，是理想的可再生能源。20世紀(jì)70年代后，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度重視并取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽(yáng)能利用的一個(gè)重要組成部分，并被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N發(fā)電方式。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究對(duì)于緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染以及減小溫室效應(yīng)具有重要的意義。</p><p>　　太陽(yáng)能是最普遍的自然資源，也是取之不盡可再生資源。為了解決邊遠(yuǎn)的農(nóng)牧地區(qū)、偏僻的山區(qū)、孤立等的島嶼地方人們

7、的日常生活、生產(chǎn)用電的需要、改善人們的生活水平，進(jìn)行了離網(wǎng)型（獨(dú)立）家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀?、環(huán)境狀況及具體用電情況，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及施工要求，包括控制器、蓄電池組組件、逆變器、離網(wǎng)型太陽(yáng)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。安裝運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定正常，驗(yàn)證了這集的合理性、正確性。</p><p>　　關(guān)鍵字:太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)；最大功率點(diǎn)跟蹤；離網(wǎng)光伏發(fā)電。</p><p><b

8、>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 世界能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展新能源的背景1</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　2 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)基本組成和特性6</p>

9、<p>　　2.1 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)概述6</p><p>　　2.2 太陽(yáng)能電池6</p><p>　　2.3 鉛酸蓄電池8</p><p>　　3 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤11</p><p>　　3.1 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤原理11</p><p>　　3.2 太陽(yáng)能

10、電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法11</p><p>　　4 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1 方框圖，主電路圖以及技術(shù)路線(xiàn)圖13</p><p>　　4.2 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)常用DC/DC變換器及其特點(diǎn)14</p><p>　　4.3 帶雙向變換器的太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)16</p&

11、gt;<p>　　4.4 雙向BUCK-B00ST變換器19</p><p>　　4.5 逆變電路20</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝25</b>&l

12、t;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 世界能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展新能源的背景</p><p>　　自人類(lèi)社會(huì)誕生以來(lái)，能源一直是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源在社會(huì)發(fā)展中的重要性越來(lái)越突出，尤其是近年來(lái)各國(guó)日益呈現(xiàn)出來(lái)的能源危機(jī)問(wèn)題，更加明顯地把能源置于社會(huì)發(fā)展的首要地位。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)2

13、005》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以目前的開(kāi)采速度計(jì)算，全球石油儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40多年，天然氣和煤炭則分別可以供應(yīng)67年和164年。而我國(guó)的能源資源儲(chǔ)量情況更是危機(jī)逼人，按2000年底的統(tǒng)計(jì)，探明可開(kāi)發(fā)能源總儲(chǔ)量約占世界總量的10.1%。我國(guó)能源剩余可開(kāi)采總儲(chǔ)量的結(jié)構(gòu)為:原煤占58.8%，原油占3.4%，天然氣占1.3%，水資源占36.5%。我國(guó)能源可開(kāi)發(fā)剩余可采儲(chǔ)量的資源保證程度為129.7年。自從工業(yè)革命以來(lái)，約80%溫室氣體造成的附加氣候強(qiáng)迫是由

14、人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)引起的，其中CO2的作用約占60%，而化石能源的燃燒是CO2的主要排放源。</p><p>　　隨著化石能源的逐步消耗以及化石能源的開(kāi)發(fā)和利用所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問(wèn)題，開(kāi)發(fā)和利用能夠支撐人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的新能源和可再生能源成為人類(lèi)急切需要解決的問(wèn)題。新能源與可再生能源是指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、小水電、地?zé)崮芤约昂Ｑ竽艿纫淮文茉础Ｑ芯亢蛯?shí)踐表明，

15、新能源和可再生能源資源豐富、分布廣泛、可以再生且不污染環(huán)境，是國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源。新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用不僅可以解決目前世界能源緊張的問(wèn)題，還可以解決與能源利用相關(guān)的環(huán)境污染問(wèn)題，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。根據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)60年代，全球新能源與可再生能源的比例，將會(huì)發(fā)展到世界能源構(gòu)成的50%以上，成為人類(lèi)社會(huì)未來(lái)能源的基石和化石能源的替代能源。</p><p>　　目前世界大部分

16、國(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各國(guó)紛紛出臺(tái)各種法規(guī)支持開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升溫。20世紀(jì)90年代以來(lái)，以歐盟為代表的地區(qū)集團(tuán)，大力開(kāi)發(fā)利用可再生能源，連續(xù)10年可再生能源發(fā)電的年增長(zhǎng)速度都在15%以上。以德國(guó)、西班牙為代表的一些國(guó)家通過(guò)立法方式，促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，1999年以來(lái)可再生能源年均增長(zhǎng)速度均達(dá)到30%以上。西班牙2003年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)占到全機(jī)總量的4%，德國(guó)在過(guò)去11年間，風(fēng)

17、力發(fā)電增長(zhǎng)21倍，2003年占全的3.1%。瑞典和奧地利的生物質(zhì)能源在其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中高達(dá)15%以上。</p><p>　　我國(guó)擁有豐富的新能源與可再生能源可供開(kāi)發(fā)利用，近十年來(lái)的高長(zhǎng)使我國(guó)迫切需要加大對(duì)新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)利用，以解決能源題，保障能源供應(yīng)安全。近年來(lái)，由于各級(jí)政府和社會(huì)各界的高度重視可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用方面取得了較快發(fā)展，并于2005年2月28日通過(guò)了《再生能源法》，該法已于2006年1月

18、1日起實(shí)施，這對(duì)于我國(guó)可再生能具有十分重要的意義。</p><p>　　1.1.1 太陽(yáng)能與太陽(yáng)能光伏發(fā)電</p><p>　　太陽(yáng)能是一種能量巨大的可再生能源，據(jù)估算，太陽(yáng)能傳送到地球上每40秒鐘就有相當(dāng)于210億桶石油的能量傳送到地球，相當(dāng)于全球一天的能源。在目前的幾種新能源技術(shù)中，太陽(yáng)能以其突出的優(yōu)勢(shì)被定位為的未來(lái)能源，有無(wú)盡的潛力。</p><p>　　目

19、前太陽(yáng)能利用的方式有:太陽(yáng)能光伏發(fā)電，太陽(yáng)能熱利用，太陽(yáng)能動(dòng)力利用，太陽(yáng)能光化利用，太陽(yáng)能生物利用和太陽(yáng)能光-光利用。其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來(lái)在全世界范圍得到了快速發(fā)展，被認(rèn)為是當(dāng)前具有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨資競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)，并產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大力開(kāi)拓太陽(yáng)能光伏發(fā)電的市場(chǎng)應(yīng)用。</p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)太陽(yáng)能電池單元是光電轉(zhuǎn)化的最小單

20、位，將太陽(yáng)能電池單元進(jìn)行串并聯(lián)可以做成太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦到幾百瓦，這種太陽(yáng)能電池組件可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元，可以將太陽(yáng)能電池組件進(jìn)行進(jìn)一步的串并聯(lián)，構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣，以滿(mǎn)足負(fù)載所需要的功率輸出。</p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電之所以發(fā)展如此迅速，是因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)</p><p>　　(l)取之不盡，用之不竭。地球表面所接受的太陽(yáng)能約為1.07×10

21、14GWh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以說(shuō)是一種無(wú)限的資源。</p><p>　　(2)無(wú)污染。光伏發(fā)電本身不消耗工質(zhì)，不向外界排放廢物，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不產(chǎn)生噪聲，是一種理想的清潔能源。</p><p>　　(3)資源分布廣泛。不同于水電受水力資源限制，火電受到煤炭資源及運(yùn)輸成本等影響，光伏發(fā)電幾乎不受地域的限制，理論上講在任何可以得到太陽(yáng)能的地方都可以利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電。<

22、;/p><p>　　(4)建設(shè)周期短，建造靈活方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以按照需要將光伏組件靈活地串并聯(lián)，達(dá)到所需功率，所以其建設(shè)周期短，擴(kuò)容方便;安裝于房頂，沙漠，還可與建筑相結(jié)合，從而節(jié)約占地面積，節(jié)省安裝成本;太陽(yáng)能光伏發(fā)電所消耗的太陽(yáng)能無(wú)需付費(fèi)，一年中往往只需在遇到連續(xù)陰雨天最長(zhǎng)的季節(jié)前后去檢查太陽(yáng)能電池組件表面是否被污染，接線(xiàn)是否可靠以及蓄電池電壓是否正常等，因而太陽(yáng)能光伏發(fā)電的運(yùn)行費(fèi)用很低。&l

23、t;/p><p>　　(5)光伏建筑集成。光伏產(chǎn)品與建筑材料集成是目前國(guó)際上研究及發(fā)展的前沿，這種產(chǎn)品不僅美觀大方，還節(jié)省發(fā)電站使用的土地面積和費(fèi)用。</p><p>　　(6)分布式。光伏發(fā)電系統(tǒng)的分布式特點(diǎn)將提高整個(gè)能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是從抗御自然災(zāi)害和戰(zhàn)備的角度看，更具有明顯的意義。</p><p>　　1.1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p&

24、gt;<p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與電網(wǎng)連接可分為獨(dú)立離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中的能量能進(jìn)行雙向傳輸。在有太陽(yáng)能輻射時(shí)，由太陽(yáng)能電池陣列向負(fù)載提供能量;當(dāng)無(wú)太陽(yáng)能輻射或太陽(yáng)能電池陣列提供的能量不夠時(shí)，由蓄電池向系統(tǒng)負(fù)載提供能量。該系統(tǒng)可為交流負(fù)載提供能量，也可為直流負(fù)載提供能量，當(dāng)太陽(yáng)能電池陣列能量過(guò)剩時(shí)，可以將過(guò)剩能量存儲(chǔ)起來(lái)或把過(guò)剩能量送入電網(wǎng)。該系統(tǒng)功能全面，但是系統(tǒng)

25、過(guò)于復(fù)雜，成本高，僅在大型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中才使用這種結(jié)構(gòu)，并具有上述全面的功能;而一般使用的中小型系統(tǒng)僅具有該系統(tǒng)的部分功能。</p><p>　　(一)離網(wǎng)型（獨(dú)立）光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指未與公共電網(wǎng)相連接的獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出功率提供給本地負(fù)載(交流負(fù)載或直流負(fù)載)的發(fā)電系統(tǒng)。其主要應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無(wú)電地區(qū)和一些特殊場(chǎng)所，如為公共電網(wǎng)

26、難以覆蓋的邊遠(yuǎn)偏僻農(nóng)村、海島和牧區(qū)提供照明、看電視、聽(tīng)廣播等基本生活用電，也可為通信中繼站、氣象站和邊防哨所等特殊處所提供電源。</p><p>　　圖1.1離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　圖1.1所示為一種常用的太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池陣列、DC/DC變換器、蓄電池組、DC/AC逆變器和交直流負(fù)載構(gòu)成。DC/DC變換器將太陽(yáng)能電池陣列轉(zhuǎn)化的電能傳送給蓄電

27、池組存儲(chǔ)起來(lái)供日照不足時(shí)使用。蓄電池組的能量直接給直流負(fù)載供電或經(jīng)DC/AC變換器給交流負(fù)載供電。該系統(tǒng)由于有蓄電池組，因而系統(tǒng)成本增加，但可在無(wú)日照或日照不足時(shí)為負(fù)載供電。</p><p>　　(二)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　與公共電網(wǎng)相連接的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱(chēng)為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽(yáng)能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實(shí)現(xiàn)與

28、電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能。它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分之一重要方向，是當(dāng)今世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　當(dāng)今世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電十分重視，針對(duì)其制定規(guī)劃，增加投入，大力發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來(lái)，即使是在世界經(jīng)濟(jì)從總體上處于衰退和低谷的

29、時(shí)期，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也一直以10%-15%的遞增速度在發(fā)展。90年代后期，發(fā)展更為迅速，成為全球增長(zhǎng)速度最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。</p><p>　　1.2.1 國(guó)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　到2004年，世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到964.9MW，到2005年底，達(dá)到4961.69MW。己經(jīng)商業(yè)化、實(shí)用化的太陽(yáng)能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶

30、硅電池、聚光電池、帶狀硅電池以及薄膜電池等幾類(lèi)。在國(guó)際市場(chǎng)上目前太陽(yáng)能光伏電池的價(jià)格大約為3.15美元/W，并網(wǎng)系統(tǒng)價(jià)格為6美元/w，發(fā)電成本為0.25美元/(kw·h)。光伏電池的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高，晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率達(dá)到15%，單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3%，砷化鎵光電池轉(zhuǎn)化率是25%，在實(shí)驗(yàn)室中特制的砷化嫁光電池轉(zhuǎn)化率己達(dá)35%-36%。太陽(yáng)能光伏電池/組件使用壽命大大增長(zhǎng)，可使用30多年。目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要集

31、中在日本、歐盟和美國(guó)，其太陽(yáng)能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80%。今后太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低成本、長(zhǎng)壽命、美觀實(shí)用等方向發(fā)展。專(zhuān)家們預(yù)測(cè)到2050年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占13%-15%，到2100年將約占64%。</p><p>　　1.2.2 我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　20世紀(jì)90年代以來(lái)是我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電快速發(fā)展的時(shí)期，在這一時(shí)

32、期我國(guó)光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)，成本不斷降低，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，裝機(jī)容量逐年增加，2004年累計(jì)容量達(dá)35MW，約占世界份額的3%。10多年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期平均維持了全球市場(chǎng)1%左右的份額。到2020年前，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展，成本將不斷下降，太陽(yáng)能光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)生巨大的變化:2005-2010年，我國(guó)的太陽(yáng)能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為1.20元/(kW·h);20

33、10-2020年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將會(huì)由獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2020年將約為0.60元/(kw·h)。到2020年，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達(dá)到世界先進(jìn)行列。</p><p>　　2 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)基本組成和特性</p><p>　　2.1 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)概述</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能離網(wǎng)型

34、光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽(yáng)能電池陣列、控制器、蓄電池組和逆變器等部分。太陽(yáng)能電池陣列是整個(gè)系統(tǒng)能源的來(lái)源，它把照射到其表面的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能;控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一，其運(yùn)行狀態(tài)決定著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)在控制器的管理下運(yùn)行;蓄電池的功能在于儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池陣列受光照時(shí)所發(fā)出的電能并在無(wú)光照時(shí)向負(fù)載供電;逆變器是將直流電變換為交流電的設(shè)備，由于太陽(yáng)能電池陣列和蓄電池發(fā)出的是直流電，因此當(dāng)系統(tǒng)向交流負(fù)載供電時(shí)，逆變器是不可缺少的。常用的

35、太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1.1所示。</p><p>　　2.2 太陽(yáng)能電池</p><p>　　2.2.1 太陽(yáng)能電池原理及分類(lèi)</p><p>　　在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的最小單元是太陽(yáng)能電池單體。太陽(yáng)能電池單體實(shí)際上是一個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)在光照下會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種效應(yīng)稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。當(dāng)PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)，PN結(jié)處有一個(gè)耗盡層，耗盡層中存

36、在著勢(shì)壘電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由N區(qū)指向P區(qū)。當(dāng)PN結(jié)受到光照時(shí)，硅原子受光激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在勢(shì)壘電場(chǎng)的作用下，空穴向P區(qū)移動(dòng)，電子向N區(qū)移動(dòng)，從而P區(qū)就有過(guò)剩的空穴，N區(qū)就有過(guò)剩的電子，這樣便在PN結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)。光生電動(dòng)勢(shì)的一部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)，另一部分使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，從而在P區(qū)與N區(qū)之間產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。若在太陽(yáng)能電池單體兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就有“光生電流”流過(guò)，從而獲得功率輸出。由上可知

37、，太陽(yáng)能電池單體將光能轉(zhuǎn)換成電能的工作原理可概括為以下四個(gè)過(guò)程:</p><p>　　(l)太陽(yáng)能電池單體吸收光子，在PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生稱(chēng)為“光生載流子”的電子一空穴對(duì)，兩者的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電;</p><p>　　(2)在太陽(yáng)能電池單體PN結(jié)光生載流子，通過(guò)擴(kuò)散作用到達(dá)空間電荷區(qū);</p><p>　　(3)到達(dá)空間電荷區(qū)的光生載流子被勢(shì)壘電場(chǎng)分離，電

38、子被分離到N區(qū)，空穴被分離到P區(qū);</p><p>　　(4)被勢(shì)壘電場(chǎng)分離的電子和空穴分別被太陽(yáng)能電池單體的正、負(fù)極收集，若在太陽(yáng)能電池單體正負(fù)極之間接入負(fù)載，則有光生電流流過(guò)，從而獲得電能</p><p>　　實(shí)際中使用的太陽(yáng)能電池是若干個(gè)太陽(yáng)能電池單體經(jīng)過(guò)串并聯(lián)并封裝后形成的太陽(yáng)能電池組件，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過(guò)串并聯(lián)

39、組合可以形成太陽(yáng)能電池陣列，以滿(mǎn)足負(fù)載功率要求。</p><p>　　太陽(yáng)能電池多為半導(dǎo)體材料制造，種類(lèi)繁多，形式各樣，下面按照太陽(yáng)能電池的材料進(jìn)行分類(lèi)介紹:</p><p>　　(l)硅太陽(yáng)能電池:指以硅為基體材料的太陽(yáng)能電池，如單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池等，多晶硅太陽(yáng)能電池又有片狀多晶硅太陽(yáng)能電池、鑄錠多晶硅太陽(yáng)能電池、筒狀多晶硅太陽(yáng)能電池和球狀多晶硅太陽(yáng)能電

40、池等多種。硅太陽(yáng)能電池特點(diǎn)是由于硅資源豐富，可以大規(guī)模生產(chǎn)，性能穩(wěn)定且光電轉(zhuǎn)化效率高，是目前應(yīng)用最多的太陽(yáng)能電池。但其制造過(guò)程復(fù)雜，成本高。目前市場(chǎng)上使用最多的是單晶硅太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換率為17%左右，多晶硅轉(zhuǎn)換效率為14%左右，非晶硅電池轉(zhuǎn)化效率為6%左右。</p><p>　　(2)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池:指由兩種或兩種以上元素組成的具有半導(dǎo)體特性的化合物半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)能電池，如碲化鎘太陽(yáng)能電池、砷化鎵太

41、陽(yáng)能電池、硒銦銅太陽(yáng)能電池、磷化銦太陽(yáng)能電池等?；衔锇雽?dǎo)體太陽(yáng)能電池具有轉(zhuǎn)換效率高，抗輻射性好，可在聚光條件下使用等特點(diǎn)，但碲化鎘太陽(yáng)能電池帶有毒性，易對(duì)環(huán)境造成污染，一般用于特定場(chǎng)合，如空間飛行器和航空系統(tǒng)。</p><p>　　(3)有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池:指用含有一定數(shù)量的碳-碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)能電池。該種電池雖然轉(zhuǎn)換率低，但價(jià)格便宜、輕便、易于大規(guī)模制造。</p

42、><p>　　(4)薄膜太陽(yáng)能電池:指用單質(zhì)元素、無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)材料等制作的薄膜為基體材料的太陽(yáng)能電池。目前主要有非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、化合物半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池、納米薄膜太陽(yáng)能電池和微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池等。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高、成本降低(尤其是大大降低了晶體硅類(lèi)太陽(yáng)能電池的硅材料用量)、且適合規(guī)模生產(chǎn)，因此薄膜太陽(yáng)能電池是未來(lái)太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要發(fā)展方向。</p><

43、p>　　2.2.2 太陽(yáng)能電池輸出特性</p><p>　　(一)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下太陽(yáng)能電池的輸出特性</p><p>　　太陽(yáng)能電池的輸出特性是指太陽(yáng)能電池在一定的溫度和日照強(qiáng)度下所表現(xiàn)出來(lái)的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，常簡(jiǎn)稱(chēng)為I-F特性。由于日照強(qiáng)度、電池溫度等都會(huì)影響太陽(yáng)能電池的特性，因此需要定義標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件用于地面測(cè)試太陽(yáng)能電池性能。我國(guó)應(yīng)用的準(zhǔn)測(cè)試條件定義

44、為日照強(qiáng)度為1000W/㎡，太陽(yáng)能電池溫度為25℃，太陽(yáng)輻射光譜為AMI.5。</p><p>　　一般的太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)商均提供上述標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的五個(gè)參數(shù)。當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出電壓比較小時(shí)，隨著電壓的變化，輸出電流的變化很小，太陽(yáng)能電池近似為一恒流源，當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出電壓超過(guò)一定的臨界值時(shí)，太陽(yáng)能電池輸出電流急劇下降，太陽(yáng)能電池可近似為一恒壓源。太陽(yáng)能電池的輸出特性是非線(xiàn)性的，既非恒流源也非恒壓源(在最大功率點(diǎn)

45、左側(cè)為近似恒流源段，在最大功率點(diǎn)右側(cè)為近似恒壓源段)，且在一定的電池溫度和日照強(qiáng)度下有唯一的最大輸出功率點(diǎn)。</p><p>　　(二)溫度和日照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池輸出特性的影響</p><p>　　太陽(yáng)能電池的I-V特性曲線(xiàn)與日照強(qiáng)度和電池溫度有關(guān)，分別為不同日照光強(qiáng)和不同電池溫度時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出特性曲線(xiàn)。當(dāng)溫度一定時(shí)，太陽(yáng)能電池短路電流Isc隨日照強(qiáng)度的增加而增加，并與日照強(qiáng)度成正比

46、，太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓Uo隨日照強(qiáng)度的增加稍有增加，但增加很小，當(dāng)日照強(qiáng)度一定時(shí)，電池溫度升高，太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓Uo降低，而太陽(yáng)能電池的短路電流Isc有輕微的增加。</p><p>　　2.3 鉛酸蓄電池</p><p>　　儲(chǔ)能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對(duì)于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲(chǔ)能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲(chǔ)能系統(tǒng)的好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實(shí)際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)

47、能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲(chǔ)能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，放電時(shí)把儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載使用。一般來(lái)講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)充電器和蓄電池把電能儲(chǔ)存起來(lái)，晚上再通過(guò)放電器把儲(chǔ)存在蓄電池里的電能放出來(lái)使用。</p><p>　　其中常用的蓄電池有

48、鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池和鎳氫蓄電池。目前中國(guó)用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶(hù)外系統(tǒng)采用鎳鎘蓄電池外，絕大多數(shù)是采用鉛酸蓄電池。在小型的太陽(yáng)能草坪燈和便攜式太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中使用鎳鎘或鎳氫蓄電池比較多。</p><p>　　2.3.1 鉛酸蓄電池充電控制方法</p><p>　　在太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣

49、影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時(shí)也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電荷量的大小決定著太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價(jià)以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法，</p><p><b>　　(一)恒流充電</b><

50、;/p><p>　　恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于多個(gè)鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。這種充電方式的不足之處在于:鉛酸蓄電池開(kāi)始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個(gè)充電過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)。</p><p><b&

51、gt;　　(二)恒壓充電法</b></p><p>　　恒壓充電就是以一恒定電壓對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在充電末期只有很小的電流通過(guò)，這樣充電過(guò)程中就不必調(diào)整電流。相對(duì)恒流電來(lái)說(shuō)，此法的充電電流自動(dòng)減少，所以充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低。這種充電方法不足之處在于:在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過(guò)深

52、，充電電流會(huì)很大，不僅危及充電器的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過(guò)流而受到損傷;如果鉛酸蓄電池電壓過(guò)低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過(guò)程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方法在小型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因?yàn)檫@種系統(tǒng)中來(lái)自太陽(yáng)能電池陣列的電流不會(huì)太大，而且這種系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多。</p><p><b>　　

53、(三)兩階段充電法</b></p><p>　　這種方法是為了克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。它首先對(duì)鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。采用這種充電方式，在充電初期，鉛酸蓄電池不會(huì)出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會(huì)出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過(guò)高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。</p><p><b>　　(四)三階段充

54、電法</b></p><p>　　三階段充電法是在兩階段充電完畢后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達(dá)到額定容量時(shí)，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池由于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也稱(chēng)為浮充。在浮充時(shí)，鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低。</p><p>　　在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對(duì)光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及

55、系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對(duì)鉛酸蓄電池充電較為合理。</p><p>　　3 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤</p><p>　　目前，太陽(yáng)能電池陣列在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)中占很大比重，而且太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率本身就不高，因此有必要研究提高太陽(yáng)能電池利用效率的方法，以降低系統(tǒng)單位價(jià)格的成本，促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power Poin

56、t Tracking ，簡(jiǎn)稱(chēng)MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。</p><p>　　3.1 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤原理</p><p>　　由第二章可知，太陽(yáng)能電池的輸出特性受電池溫度和日照強(qiáng)度等因素的影響，電池溫度主要影響太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓，日照強(qiáng)度主要影響太陽(yáng)能電池的短路電流。在一定日照強(qiáng)度和溫度下，太陽(yáng)能電池有唯一的最大輸出功率點(diǎn)，太陽(yáng)能電

57、池只有工作在最大功率點(diǎn)才能使其輸出的功率最大。</p><p>　　3.2 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法</p><p>　　目前使用的太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動(dòng)法、電導(dǎo)增量法以及其它的一些跟蹤方法。</p><p>　　1. 恒電壓法（簡(jiǎn)稱(chēng)CVT）</p><p>　　溫度一定時(shí)，在不同的日照強(qiáng)度下，太陽(yáng)能電池陣

58、列輸出曲線(xiàn)的最大功率點(diǎn)基本是分布在一條垂直線(xiàn)的附近，因此只要保持太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽(yáng)能電池陣列輸出最大功率。</p><p>　　恒電壓法具有控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，比一般太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可望多獲得20%的電能，較之不帶CVT的直接藕合要有利得多。然而恒電壓法忽略了太陽(yáng)能電池溫度對(duì)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的

59、影響，一般硅太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽(yáng)能電池而言，當(dāng)太陽(yáng)能電池溫度每升高1℃時(shí)，其開(kāi)路電壓下降率約為0.35%-0.45%，這說(shuō)明太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對(duì)太陽(yáng)能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度。因此對(duì)于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)，CVT方式并不能完全跟蹤太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)仍然采用這種最大

60、功率點(diǎn)跟蹤方法，但這種方式所帶來(lái)的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價(jià)，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。</p><p><b>　　2. 擾動(dòng)觀察法</b></p><p>　　擾動(dòng)觀察法的原理是:在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變太陽(yáng)能電池陣列的輸出，改變的步長(zhǎng)是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對(duì)象可以是太陽(yáng)能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過(guò)程稱(chēng)為“擾

61、動(dòng)”;然后，通過(guò)比較干擾周期前后太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過(guò)程，如果檢測(cè)到輸出功率減少，則改變“干擾”的方向。</p><p>　　擾動(dòng)觀察法的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被測(cè)參數(shù)少，容易實(shí)現(xiàn)。但是即使在某一周期太陽(yáng)能電池陣列運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，由于擾動(dòng)的存在，下一周期太陽(yáng)能電池陣列運(yùn)行點(diǎn)又會(huì)偏離最大功率點(diǎn)，因此太陽(yáng)能電池陣列實(shí)際是在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，從而導(dǎo)致

62、部分功率損失;其次，難以選擇合適的變化步長(zhǎng)，步長(zhǎng)過(guò)小，跟蹤的速度緩慢，太陽(yáng)能電池陣列可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于低功率輸出區(qū)，步長(zhǎng)過(guò)大太陽(yáng)能電池陣列在最大功率點(diǎn)附近的振蕩又會(huì)加大，跟蹤精度下降，從而導(dǎo)致更多的功率損失;另外，當(dāng)外部環(huán)境突然變化，太陽(yáng)能電池陣列從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)變換到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。 </p><p><b>　　3. 增量電導(dǎo)法</b></p>

63、<p>　　為了解決擾動(dòng)觀察法導(dǎo)致的功率損失問(wèn)題，K.H.Hussein在1995年提出了增量電導(dǎo)法。由太陽(yáng)能電池陣列輸出電氣特性知，太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率-電壓(P-V)曲線(xiàn)是一個(gè)單峰曲線(xiàn)，在最大功率點(diǎn)處，功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。</p><p>　　增量電導(dǎo)法的優(yōu)點(diǎn)是:在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法小。增量電導(dǎo)法的缺點(diǎn)是:太陽(yáng)能

64、電池陣列可能存在一個(gè)局部的最大功率點(diǎn)，這種算法可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定在一個(gè)局部的最大功率點(diǎn);如同擾動(dòng)觀察法一樣，增量電導(dǎo)法的變化步長(zhǎng)也是固定的，步長(zhǎng)過(guò)小會(huì)使跟蹤速度變慢，太陽(yáng)能電池陣列較長(zhǎng)時(shí)間工作在低功率輸出區(qū);步長(zhǎng)太長(zhǎng)，又會(huì)使系統(tǒng)振蕩加劇，影響跟蹤精度。在實(shí)際的光伏系統(tǒng)中，增量電導(dǎo)法的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的要求相對(duì)較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　4 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)<

65、;/p><p>　　4.1 方框圖，主電路圖以及技術(shù)路線(xiàn)圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)的總體方框圖為：</p><p>　　圖4.1太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)總框圖</p><p><b>　　主電路圖為：</b></p><p><b>　　圖4.2主電路</b></p&

66、gt;<p>　　圖4.3 技術(shù)路線(xiàn)圖</p><p>　　4.2 太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)常用DC/DC變換器及其特點(diǎn)</p><p>　　到目前為止，在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的DC/DC變換電路主要有BUCK電路，BOOST電路，BUCKK-BOOSTT電路以及CUK電路。它們的電路拓?fù)浞謩e如下圖4.4 (a)-(d)所示。</p><p>　

67、　a. BUCK電路拓?fù)鋱D b. BOOST電路拓?fù)鋱D</p><p>　　c. BUCK-BOOST電路拓?fù)鋱D d. CUK電路拓?fù)鋱D</p><p>　　圖4.4太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的DC/DC變換電路拓?fù)鋱D</p><p>　　4.2.1 BUCK電路</p><p>　　BUC

68、K電路輸入端工作在斷續(xù)狀態(tài)，如果直接將BUCK電路接在太陽(yáng)能電池陣列上將造成太陽(yáng)能電池陣列輸出電流不連續(xù)，太陽(yáng)能電池陣列不能工作于最佳工作狀態(tài)，因此需要在太陽(yáng)能電池陣列輸出端并聯(lián)儲(chǔ)能電容以保證太陽(yáng)能電池陣列輸出電流的連續(xù)，如圖4.5。當(dāng)功率器件關(guān)斷時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列對(duì)儲(chǔ)能電容充電，使太陽(yáng)能電池陣列始終處于發(fā)電狀態(tài)。通過(guò)調(diào)節(jié)BUCK電路的占空比D實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池陣列輸出平均功率的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池陣列的MPPT功能。典型的連接太

69、陽(yáng)能電池陣列的BUCK電路拓?fù)淙鐖D4.5所示，BUCK電路輸出連接阻性負(fù)載或蓄電池。</p><p>　　圖4.5連接太陽(yáng)能電池陣列的BUCK電路拓?fù)鋱D</p><p>　　用BUCK電路實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)，必須在BUCK電路并聯(lián)一個(gè)儲(chǔ)能電容，在大功率情況下，由于儲(chǔ)能電容始終處于大電流充放電狀態(tài)，對(duì)其可靠工作不利;同時(shí)由于儲(chǔ)能電容通常為電解電容，使BUCK電路無(wú)法工作在較高

70、的頻率下，使得BUCK電路裝置的體積和重量增加;而且BUCK電路只能用于降壓變換。</p><p>　　用BUCK電路實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)跟蹤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制易于實(shí)現(xiàn)，功率開(kāi)關(guān)管輸入電流小，線(xiàn)路損耗小，使得BUCK電路裝置轉(zhuǎn)化效率較高。</p><p>　　4.2.2 B00ST電路</p><p>　　BOOST電路以電感電流源方式向負(fù)載放電實(shí)現(xiàn)負(fù)

71、載電壓升高的目的。與BUCK電路相比，BOOST電路的電感在電路的輸入端，因此只要輸入電感足夠大，BOOST電路可以始終工作于輸入電流連續(xù)的狀態(tài)下，電感上的紋波電流可以小到接近平滑的直流電流，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中，只需在BOOST電路并聯(lián)容量較小的無(wú)感電容甚至可以不加電容，如圖4.6，這樣就可避免加電容帶來(lái)的種種弊端。同時(shí)BOOST結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，并且功率開(kāi)關(guān)管一端接地，使得開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。</p><

72、;p>　　BOOST電路的不足之處在于其輸入端電壓較低，在同樣的功率下，輸入電流較大，因而電路損耗較大，與BUCK電路，BOOST電路轉(zhuǎn)化效率略低一些;而且BOOST電路只能進(jìn)行升壓變換。典型的連接太陽(yáng)能電池陣列的BOOST電路拓?fù)淙鐖D4.6所示，BOOST電路輸出連接阻性負(fù)載或蓄電池。</p><p>　　圖4.6連接太陽(yáng)能電池陣列的BOOST電路拓?fù)鋱D</p><p>　　4.3

73、 帶雙向變換器的太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　圖4.7所示為本文研究所用離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路包含以下五個(gè)部分:太陽(yáng)能電池陣列，BOOST變換器和雙向BUCK-BOOST變換器，蓄電池組以及負(fù)載。</p><p>　　圖4.7帶雙向變換器的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　太陽(yáng)能電池陣列是整個(gè)系統(tǒng)能量的來(lái)源，本系統(tǒng)

74、所使用的太陽(yáng)能電池陣列由七塊無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司生產(chǎn)的STP155S-24/Ab 型單晶硅太陽(yáng)能電池并聯(lián)而成，總功率1KW。STP155S-24/Ab型單晶硅太陽(yáng)能電池組件參數(shù)如表4.1所示: </p><p>　　表4.1 太陽(yáng)能電池組件參數(shù)</p><p>　　4.3.I BOOST電路設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)中BOOST電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率f

75、s=20kHz，輸入直流電壓Vin∈[25V，45V]，額定輸入直流電壓Vin=34V，輸出直流電壓Vo=48V，輸出電流額定電流I0=22.3A，電感電流工作在電流連續(xù)模式(Current Continuous Mode)，效率η=0.95。</p><p>　　(一)濾波電感的計(jì)算</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p&

76、gt;<b>　?。?-2）</b></p><p>　　D=1-Vin/V0 （4-3）</p><p>　　式中:D為開(kāi)關(guān)管的占空比，fs為開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率。</p><p>　　由(4-2)和(4-3)可得:</p><p><b>　　(4-4)

77、</b></p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　取△iL1=0.2IL1，計(jì)算可得L1min，=66.5uh</p><p>　　(二)濾波電容的估算</p><p>　　由文獻(xiàn)[44]可知:</p><p><b>　　(4-6)</b&

78、gt;</p><p>　　取△Vo=4.8，由上述參數(shù)可得:</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　為了使輸出電壓紋波小于4.8V，濾波電容必須大于110.5uF，可取120uF，濾波電容的耐壓值不應(yīng)小于48x1.5=72V，因此濾波電容可取120uF/l00V。</p><p>　　(三

79、)功率開(kāi)關(guān)管的選取</p><p>　　通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管的最大電流與通過(guò)電感的最大電流相等，為45A，功率開(kāi)關(guān)管承受的最大電壓為2Vin=2×45=90V?？紤]到功率開(kāi)關(guān)管電壓和電流的設(shè)計(jì)裕量，開(kāi)關(guān)管的額定電壓應(yīng)為珠的1.5倍，額定電流應(yīng)大于開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)流過(guò)的峰值電流的2倍。BOOST電路中開(kāi)關(guān)管選取Infineon公司的IPBO42N10N3G MOSFET管，其額定耐壓值VDS=l00V，額定電流ID

80、=100A，導(dǎo)通電阻RDS(ON)=4.2mΩ</p><p><b>　　(四)二極管的選取</b></p><p>　　通過(guò)二極管的最大電流與通過(guò)電感的最大電流相等，為45A，功率開(kāi)關(guān)管承受的最大反向電壓為Vomax=50.4v。考慮到二極管電壓和電流的設(shè)計(jì)裕量，開(kāi)關(guān)管的額定電壓應(yīng)為Vin的1.5倍，額定電流應(yīng)大于開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)流過(guò)的峰值電流的2倍。</p&g

81、t;<p>　　BOOST電路中二極管選取Infineon公司的D255N二極管，其最大反向耐壓VRRM=600V，最大正向電流IF=400A，反向恢復(fù)時(shí)間最長(zhǎng)131ns。</p><p>　　4.3.2 鉛酸蓄電池組設(shè)計(jì)</p><p>　　在本系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組接在雙向BUCK-BOOST變換器上充當(dāng)負(fù)載。當(dāng)鉛酸蓄電池組直接接在BOOST電路上充當(dāng)負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)為鉛酸蓄電

82、池充電以?xún)?chǔ)存能量，當(dāng)無(wú)太陽(yáng)光照射時(shí)，鉛酸蓄電池可通過(guò)雙向BUCK-BOOST變換器向負(fù)載供電。本系統(tǒng)中鉛酸蓄電池選擇電壓24V、容量為100AH的蓄電池組。</p><p>　　4.4 雙向BUCK-B00ST變換器</p><p>　　4.4.1 雙向BUCK-B00ST變換器運(yùn)行原理</p><p>　　雙向BUCK-BOOST變換器是在BUCK電路中的續(xù)流

83、二極管替換為功率MOSFET管而得到的，其電路結(jié)構(gòu)如圖4.7所示。為實(shí)現(xiàn)能量的雙向自由流動(dòng)，Q2和Q3互補(bǔ)PWM工作，即Q2導(dǎo)通時(shí)，Q3截止，Q3導(dǎo)通時(shí)，Q2截止。為了防止Q2，Q3同時(shí)導(dǎo)通，兩者之間有死區(qū)時(shí)間，即Q2關(guān)斷后經(jīng)死區(qū)時(shí)間td后才允許Q3導(dǎo)通，反之亦然。</p><p>　　4.4.2雙向BUCK-BOOST變換器參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)中設(shè)計(jì)雙向BUCK-BOOST

84、變換器的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率也為Fs=20kHz，雙向BUCK-BOOST變換器按BUCK變換器設(shè)計(jì):輸入額定直流電壓為Vin=48V，輸入電壓波動(dòng)△Vo=4.8v;輸出直流電壓Vo=24v，輸出電壓紋波為2V;輸出額定電流I=45A。</p><p>　　(一)濾波電感的估算</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>&

85、lt;b>　　(4-9)</b></p><p><b>　　(4-10)</b></p><p><b>　　(4-11)</b></p><p>　　式中:D為開(kāi)關(guān)管的占空比，fs為開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)周期。取輸出電流紋波△i0=3A?？傻?</p><p><b>　　(4-

86、12)</b></p><p><b>　　(4-13)</b></p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　取L2=210uh。</p><p>　　(二)濾波電容的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本系統(tǒng)中雙向BUCK-BOOST變換器的

87、負(fù)載為鉛酸蓄電池，而鉛酸蓄電池本身就相當(dāng)于一個(gè)大電容，因此本雙向BUCK-BOOST變換器輸出端可以不用濾波電容;另外，省去濾波電容還可以減少由于鉛酸蓄電池給濾波電容充電而導(dǎo)致的容量損失。而且省去濾波電容，減少了系統(tǒng)成本，縮小系統(tǒng)的體積，從而簡(jiǎn)化了電路。</p><p>　　(三)功率開(kāi)關(guān)管的選取</p><p>　　雙向BUCK-BOOST變換器中，功率開(kāi)關(guān)管Q2和Q3承受的最大電壓均為

88、Vin=50.4V，功率開(kāi)關(guān)管Q2和Q3的最大工作電流與流過(guò)濾波電感的最大電流相同，即IQ2max=IQ3max=IL2max=45A。考慮到功率開(kāi)關(guān)管電壓和電流的設(shè)計(jì)裕量，可選擇開(kāi)關(guān)管的容許電壓為100v，容許電流為50A。雙向BUCK-BOOST變換器電路中開(kāi)關(guān)管選取Infineon公司的IPBO42CN10N3G MOSFET管，其額定耐壓值VDS=100V，額定電流ID=100A，導(dǎo)通電阻RDS(ON)=4.2mΩ.</p

89、><p><b>　　4.5 逆變電路</b></p><p><b>　　圖4.8逆變電路</b></p><p>　　直流-交流（DC/AC）變換器，也稱(chēng)逆變器。其功能是將直流電變?yōu)楣潭l率和電壓或可調(diào)頻率和可調(diào)電壓的交流電，供負(fù)載使用。</p><p>　　逆變電路的分類(lèi)方法有很多種，本文采用雙

90、極性SPWM單相逆變電路。太陽(yáng)能光伏陣列產(chǎn)生的電壓，經(jīng)過(guò)一個(gè)BOOST電路升壓，通過(guò)調(diào)節(jié)Q5端得占空比來(lái)調(diào)節(jié)升壓后電壓的大小。再經(jīng)過(guò)雙極性SPWM逆變電路，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供負(fù)載使用</p><p>　　雙極性SPWM調(diào)制的特點(diǎn)是：三角載波有正負(fù)極性，同樣再載波和調(diào)制波的交點(diǎn)處產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。但是T6、T9和T7、T8的驅(qū)動(dòng)脈沖互補(bǔ)。在T6、T9導(dǎo)通時(shí)，T7、T8截止；在T7、T8導(dǎo)通時(shí)，T6、T9截止。因此逆

91、變器交流輸出電壓在半周期中也有正負(fù)極變化，故稱(chēng)雙極性調(diào)制。在輸出交流的正半周。正脈沖寬度大于負(fù)脈沖；在輸出交流的負(fù)半周，負(fù)脈沖寬度大于正脈沖，且脈沖狂度隨調(diào)制波變化，使輸出交流電壓按正弦規(guī)律變化。改變調(diào)制波的幅值，則改變了調(diào)制正弦波與三角波的交點(diǎn)位置，可以調(diào)節(jié)矩形脈沖寬度，從而改變交流電壓的大小。改變調(diào)制正弦波的頻率。使輸出交流電的頻率也隨之變化，因此調(diào)節(jié)調(diào)制波的幅值喝頻率就可以調(diào)節(jié)交流輸出電壓的大小和頻率。</p>&l

92、t;p>　　圖4.9逆變電路的仿真</p><p>　　圖4.10逆變電路仿真結(jié)果</p><p>　　注：仿真中采用直流電壓源（48V）代替逆變電路的輸入端電壓（A-a點(diǎn)電壓）</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　隨著煤炭、石油和天然氣等化石燃料迅速消耗，以及由此帶來(lái)的能源危機(jī)與環(huán)境污

93、染日益加劇，近年來(lái)世界各國(guó)都在積極尋找和開(kāi)發(fā)新的、清潔、安全可靠的可再生能源。太陽(yáng)能具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等特點(diǎn)，是理想的可再生能源。20世紀(jì)70年代后，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度重視并取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽(yáng)能利用的一個(gè)重要組成部分，并被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N發(fā)電方式。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究對(duì)于緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染以及減小溫室效應(yīng)具有重要的意義。</p><p

94、>　　本文主要研究功率為1KW的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要內(nèi)容有：</p><p>　　介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的系統(tǒng)的基本組成和特性，并詳細(xì)說(shuō)明了太陽(yáng)能電池的原理，特性以及太陽(yáng)能電池工程模型</p><p>　　太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤的原理以及一些常用的方法，并比較了他們的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　通過(guò)對(duì)目前太陽(yáng)能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)常用DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究，

95、總結(jié)了各種DC心C拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究一種帶有雙向變換器功能的太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)主電路的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　為了使此離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠向交流負(fù)載供電，添加了逆變電路，并對(duì)逆變電路進(jìn)行了仿真。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)/楊金煥

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98、DC電路及最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的研究[D].山東</p><p>　　大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.</p><p>　　[7] 趙宏，潘俊民.基于BOOST電路的光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)〔J〕.電力</p><p>　　電子技術(shù)，2004(6).</p><p>　　[8] 歐陽(yáng)名三，余世杰，沈玉梁，王飛，蘇建徽，趙為，夏小虎.具有最大功率&

99、lt;/p><p>　　點(diǎn)跟蹤功能的戶(hù)用光伏充電系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，</p><p>　　l9(6):272-275.</p><p>　　[9] 趙庚申，王慶章.最大功率跟蹤控制在光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].光電子.激光，</p><p>　　2003，14(8):813-816.</p><p>　　

100、[10] 歐陽(yáng)名三.獨(dú)立光伏系統(tǒng)中蓄電池管理的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)博士論文， </p><p><b>　　2004.</b></p><p>　　[11] 朱小同，趙桂先.蓄電池快速充電的原理與實(shí)踐.北京:煤炭工業(yè)出版社，</p><p><b>　　1996.</b></p><p><

101、;b>　　致謝</b></p><p>　　從論文選題到搜集資料，從寫(xiě)稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫(xiě)作論文的過(guò)程中心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點(diǎn)成就感。那種感覺(jué)就宛如在一場(chǎng)盛大的頒獎(jiǎng)晚會(huì)上，我在晚會(huì)現(xiàn)場(chǎng)看著其他人一個(gè)接著一個(gè)上臺(tái)領(lǐng)獎(jiǎng)，自己卻始終未能被念到名字，經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)很長(zhǎng)的時(shí)間后，終于有位嘉賓高喊我的大名，這時(shí)我忘

102、記了先前漫長(zhǎng)的無(wú)聊的等待時(shí)間，欣喜萬(wàn)分地走向舞臺(tái)，然后迫不及待地開(kāi)始抒發(fā)自己的心情，發(fā)表自己的感想。</p><p>　　這篇畢業(yè)論文的就是我的舞臺(tái)，以下的言語(yǔ)便是有點(diǎn)成就感后在舞臺(tái)上發(fā)表的發(fā)自肺腑的誠(chéng)摯謝意與感想：我要感謝，非常感謝我的導(dǎo)師陳立老師。他為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心。在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵(lì)你，在論文的寫(xiě)作和措辭等方面她也總會(huì)以“專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”嚴(yán)格要求你，從選題、定題開(kāi)始，一直到最后論文的反復(fù)

103、修改、潤(rùn)色，陳老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。正是陳老師的無(wú)私幫助與熱忱鼓勵(lì)，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝陳老師。 莃螞蝕羅蒂莂裊袁聿蒄蚈螇肈蚆袃膆肇莆螆肂肆蒈羂羈肅薀螅襖肄蚃薇膂肅莂螃肈膃蒅薆羄膂薇螁袀膁芇薄袆膀葿衿膅腿薁螞肁膈蚄袈羇膈莃蝕袃膇蒆袆蝿芆薈蠆肇芅羋襖羃芄莀蚇罿芃薂羃裊節(jié)蚄螅膄節(jié)莄薈肀芁蒆螄羆芀蕿薆袂荿羋螂螈莈莁薅肇莇蒃螀肅莆蚅薃罿莆蒞衿裊蒞蕆蟻膃莄薀袇