【正文】 邊防哨所、微波通訊站、公路道班、輸油管線(xiàn)維護(hù)站、鐵路信號(hào)站等用電問(wèn)題。使他們達(dá)到人均擁有發(fā)電容量 100 瓦的水平。 (2)深圳園博 園 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該項(xiàng)目總投資 750 萬(wàn)美元，這是國(guó)內(nèi)第一座 MW 級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站。是目前中國(guó)乃至亞洲最大的太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電能力約為 100 萬(wàn)千瓦。該電站采用與市電并網(wǎng)形式。投入使用以來(lái)共發(fā)電 200多萬(wàn)度。 (3)京奧運(yùn)會(huì)鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 20xx 年 4 月。北京奧運(yùn)會(huì)鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。這是20xx 北京奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館鳥(niǎo)巢工程首次采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電。這套光伏發(fā)電系統(tǒng)總投資約 1000 萬(wàn)元，總裝機(jī)容量為 100 千瓦。該太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)使用單晶硅組件，采用了不可逆流、無(wú)儲(chǔ)能的太陽(yáng)能光伏發(fā)電 技術(shù)。可以就地安裝、維護(hù)費(fèi)用低。該太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在位于國(guó)家體育場(chǎng)鳥(niǎo)巢周?chē)?5 個(gè)安檢棚頂部，每個(gè)安檢棚為一個(gè)并網(wǎng)發(fā)電單元。通過(guò)光伏并網(wǎng)逆變器與公共電網(wǎng)并接，實(shí)現(xiàn)了與公共電網(wǎng)的互聯(lián)、互通和互補(bǔ)。該系統(tǒng)發(fā)電除滿(mǎn)足鳥(niǎo)巢檢票系統(tǒng)的自身用電外，多余電力將并人國(guó)家體育場(chǎng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)。按平均每天 5 小時(shí)光照時(shí)間計(jì)算。這套光伏發(fā)電系統(tǒng)每天可為鳥(niǎo)巢提供 520度綠色電力。該系統(tǒng)將穩(wěn)定運(yùn)行 25年，累計(jì)可生產(chǎn)約 475 萬(wàn)度綠色電力，可減排 2500 多噸廢氣．替代 1500 噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 (4)上海十萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃上海十萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能屋 頂計(jì)劃研究，是在世界自然基金會(huì)和上海市經(jīng)委的支持下。由上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所承擔(dān)的太陽(yáng)能應(yīng)用項(xiàng)目課題，總投資近百億元。上海計(jì)劃利用十年的時(shí)間，將現(xiàn)有 2 億平方米平屋頂?shù)?1． 5％，約 300 萬(wàn)平方米，即十萬(wàn)個(gè)屋頂用作太陽(yáng)能發(fā)電。相當(dāng)于新建一個(gè) 30 萬(wàn)千瓦的電站，而且是峰值發(fā)電。在 1000 瓦，平方米標(biāo)準(zhǔn)日照條件下安裝太陽(yáng)能屋頂，可發(fā)電 130~180 千瓦時(shí)，平方米。按上海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)間1100~1300 小時(shí)／年計(jì)算。每年最低發(fā)電量可達(dá) 143 千瓦時(shí)，平方米．每年至少發(fā)電 3． 3億度。 (5)其他建設(shè)項(xiàng)目 西部 7省無(wú)電鄉(xiāng) 村通信工程項(xiàng)目、無(wú)錫國(guó)家工業(yè)設(shè)計(jì)園 300千瓦屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)、上海崇明島生態(tài)公園 85 千瓦屋頂光伏系統(tǒng)、香港灣仔政府大樓屋頂光伏系統(tǒng)、廣州十萬(wàn)個(gè)光伏屋頂計(jì)劃、烏拉特后期 1MW 沙漠太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電站，該電站將是目前國(guó)內(nèi)最大的沙漠太陽(yáng)能光伏電站。 國(guó)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 太陽(yáng)能是一種朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，不僅擁有良好的經(jīng)濟(jì)前景，且隨其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，將提供越來(lái)越多的就業(yè)機(jī)會(huì)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用和影響已越來(lái)越大，光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，已經(jīng)引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。日本利用其電子技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大 力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)品，其產(chǎn)量已經(jīng)相當(dāng)于全球產(chǎn)量的 50 以上；德、日、英、荷、美等國(guó)企業(yè)基本壟斷了全球的光伏發(fā)電產(chǎn)品市場(chǎng)，出口額占世界貿(mào)易額的 80 以上。據(jù)歐盟估計(jì)，全球光伏市場(chǎng)將從現(xiàn)今的 3 000 MW 增加到 2020 年的 70 GW。 (w 為峰瓦 )，光伏發(fā)電將解決非洲 30 GW 、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 (OECD)國(guó)家 10 GW的電力需求。當(dāng) 20xx年歐洲風(fēng)力發(fā)電達(dá)到約 40 GW、光伏發(fā)電 3GW 和太陽(yáng)能集熱器 100 Mm 時(shí)，總計(jì)可提供 154～ 167萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，世界各國(guó)特別是 發(fā)達(dá)國(guó)家相繼投入大量的人力、物力 開(kāi)展對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等新型可再生能源的研究、開(kāi)發(fā)和利用工作。并制定相應(yīng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃。 1990 年德國(guó)政府率先推出“一千屋頂計(jì)劃 。 1998 年進(jìn)一步提出 10 萬(wàn)套屋頂計(jì)劃。日本政府 1994 年開(kāi)始實(shí)施“朝日七年計(jì)劃”，總?cè)萘?185WMp， 1997 年又宣布實(shí)施“七萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，總?cè)萘?280MWp。意大利 1998 年實(shí)行“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，總?cè)萘?50MWp，在這類(lèi)系統(tǒng)中，規(guī)模最大的是 1997 年 6 月美國(guó)宣布的“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，到20xx 年將安裝 101． 4 萬(wàn)套光電系統(tǒng)，總安裝量 3025MWp。表所示為 20xx～ 20xx年五年內(nèi)世界光伏器件的年產(chǎn)量數(shù)據(jù) [11]。 從中可以看到近五年光伏產(chǎn)品需求的強(qiáng)勁上升勢(shì)頭，年平均增長(zhǎng)率超過(guò)50％。充分說(shuō)明了該產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，在今后十年內(nèi)世界太陽(yáng)電池銷(xiāo)售量將以年均 30％的速度增長(zhǎng)，到 20xx 年將達(dá)到 ，累計(jì)容量將達(dá)到 20GWp。近幾年國(guó)際上光伏發(fā)電快速發(fā)展， 20xx 年全球太陽(yáng)能新裝容量達(dá)2826mwp，其中德國(guó)約占 47%，西班牙約占 23%，日本約占 8%，美國(guó)約占 8%。 20xx年，在太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)鏈 中有大量的投資集中到新產(chǎn)能的提升上。除此之外，太陽(yáng)能光電企業(yè)在 20xx 年間的貸款融資金額增長(zhǎng)了近 100 億美元，使得該產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。雖然受金融危機(jī)影響，德國(guó)、西班牙對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的扶持力度有所降低，但其它國(guó)家的政策扶持力度卻在逐年加大。日本政府 20xx 年 11 月發(fā)布了“太陽(yáng)能發(fā)電普及行動(dòng)計(jì)劃”，確定太陽(yáng)能發(fā)電量到 2030 年的發(fā)展目標(biāo)是要達(dá)到 20xx 年的 40 倍，并在 35 年后，將太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的價(jià)格降至目前的一半左右。 20xx 年還專(zhuān)門(mén)安排 30 億日元的補(bǔ)助金，專(zhuān)項(xiàng)鼓勵(lì)太陽(yáng)能蓄電池的技術(shù)開(kāi)發(fā)。 20xx 年月 16 日 ，美國(guó)參議院通過(guò)了一攬子減稅計(jì)劃，其中將光伏行業(yè)的減稅政策（ itc）續(xù)延 26年。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的概述 太陽(yáng)能發(fā)電可分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種。通常而言，太陽(yáng)能發(fā)電指的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，簡(jiǎn)稱(chēng)“光電”。它是利用 半導(dǎo)體 界面的光生伏特效應(yīng)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)即可形成大面積的 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)電裝置。 根據(jù)需求和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種。 本課題的內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求 本課題主要研究的是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的離網(wǎng)型光伏逆變器，設(shè)計(jì)一個(gè)小型光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變電路。要求：輸入直流電壓 250V300V,逆變電壓波形為正弦信號(hào) ,有效值 220V177。 10%,50Hz,輸出功率 =100W，效率 80%。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究設(shè)計(jì) : (1) 介紹光伏發(fā)電的的基本狀況和前景，理解光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和分類(lèi)，明確離網(wǎng)型光伏逆變器的作用與發(fā)展及設(shè)計(jì)的目的。 (2) 闡述光伏發(fā)電的原理。 (3) 逆變器中逆變電路硬件電路的設(shè)計(jì)，包括：直流升壓斬波電路結(jié)構(gòu)、逆變器電路、 LC 輸出濾波、 DSP 控制電路、采樣硬件電路。 (4) 通過(guò)建立離網(wǎng)逆變器的仿真模型 ,并采用直流電源供電 ,實(shí)現(xiàn)逆變電路的MATLAB 仿真并進(jìn)行分析。 2 光伏發(fā)電系統(tǒng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 光伏發(fā)電系統(tǒng)，是利用光伏電池的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存或直接供給負(fù)載使用的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。主要是由光伏電池陣列、變換部分、逆變器及儲(chǔ)能部分組成。 （ 1） 光伏電池陣列： 光伏電池是組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最小單位，單個(gè)光伏電池功率較小，最大輸出功 率不超過(guò) 5Wp，為滿(mǎn)足不同等級(jí)負(fù)載供電需要，人們將光伏電池串并聯(lián)后統(tǒng)一封裝構(gòu)成光伏模塊 (Photovoltaic Module— PV)，這是目前光伏器件的主要存在及應(yīng)用方式。因大功率光伏模塊安裝、維護(hù)方便，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)中 200Wp 以上的光伏模塊更受歡迎。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)中所需功率超過(guò)光伏模塊功率，則需要根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率要求，將同規(guī)格的光伏模塊串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成光伏陣列 (PV Array)為系統(tǒng)提供更高的輸出功率和輸出電壓。 （ 2）直流變換部分（ DCDC)： 直流變換部分作用主要是把光伏陣列輸出電壓變 換成能夠滿(mǎn)足儲(chǔ)能系統(tǒng)和逆變器要求的電壓等級(jí)。同時(shí)由于光伏陣列輸出特性的特殊性，其輸出功率為日照強(qiáng)度和模塊溫度的非線(xiàn)性函數(shù)，存在著最大輸出功率跟 (Maximum Power Point Tracking— MPPT)問(wèn)題。如果不加以控制直接用于給負(fù)載提供能量，則很難有較好地發(fā)揮光伏模塊轉(zhuǎn)換效率。為此，控制系統(tǒng)除了完成對(duì) DCDC 變換和 DCAC變換所需的基本控制外，還需在 DC— DC變換環(huán)節(jié)中增加 MPPT 控制，以實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。 （ 3） 逆變部分（ DCAC） : 光伏電池發(fā)出的只能是直流電 ，而包括電網(wǎng)在內(nèi)的許多用電場(chǎng)合需要交流電，所以 (DCAC)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它的功能是受控制系統(tǒng)控制，從而將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c交流電網(wǎng)或本地交流負(fù)載相匹配的交流電。該環(huán)節(jié)的主要指標(biāo)要求是變換的高可靠性和高轉(zhuǎn)換效率。目前我國(guó)在小功率逆變器上與國(guó)外處于同一水平，但在大功率逆變器上有較大的差距。 （ 4）儲(chǔ)能部分： 光伏發(fā)電系統(tǒng)只有在白天有陽(yáng)光時(shí)才能發(fā)電，而人們的一般用時(shí)間會(huì)在晚上，所以蓄電池可以在白天將太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)以供人們夜間使用，同時(shí)也可作為交流電網(wǎng)斷電時(shí)的不間斷電源為本地重要交流負(fù)載供電。這 種包括蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)稱(chēng)為“可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。還有一種不含蓄電池的發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱(chēng)為“不可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi) 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境情況、輸出容量的大 小、本地負(fù)載容量的大小以及交流電網(wǎng)的情況，分別可工作于獨(dú)立運(yùn)行模式、并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行模式和混合運(yùn)行模式三種。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與公共電網(wǎng)相連接的，主要在一些離公共電網(wǎng)太遠(yuǎn)的五點(diǎn)地區(qū)和一些特殊場(chǎng)合所使用，如一些偏僻農(nóng)村、牧場(chǎng)和偏遠(yuǎn)的島嶼，即公共電網(wǎng)難以覆蓋到的地區(qū)，為其提供照明、廣播電視等基本生活用電。還有像邊防哨所、氣象臺(tái)站、通信中繼站、大型海洋浮標(biāo)等特殊場(chǎng)所也使用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池陣列、蓄電池組、控制器和逆變器及負(fù)載等部分。圖 21 所示是典型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 光伏電池組件控制器D C / A C 變換 器D C / D C 變換 器直 流 負(fù) 載交 流 負(fù) 載蓄 電 池 圖 21 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)指與公共電網(wǎng)相連接的光伏發(fā)電系統(tǒng)，將光伏電能饋送給公共電網(wǎng)。當(dāng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成為電力工業(yè)重要的組成部分，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要方向和主流趨勢(shì)。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有帶蓄電池組和不帶蓄電池組之分。帶蓄電池組是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱(chēng)為可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，還可以充當(dāng)功率調(diào)節(jié)器，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、消除高次諧波分量，從而提高電能質(zhì)量；不帶蓄電池組的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)稱(chēng)為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，逆變器將光伏電池陣列提供的直流電能逆變成為和電網(wǎng)電 壓同頻、同相的交流電能，送往公共電網(wǎng)；當(dāng)光伏電池陣列提供的電能不能滿(mǎn)足負(fù)載需要時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)向負(fù)載補(bǔ)充電能。 圖 22所示是典型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括光伏電池陣列、DC/AC 逆變器、 DC/DC 變換器、控制器和電網(wǎng)五個(gè)組成部分。根據(jù)負(fù)載及系統(tǒng)的供電可靠性的需要，在 DC/DC 變換器輸出端連接蓄電池組。 交 流 負(fù) 載蓄 電 池控制器光伏電池組件D C / D C 變換 器直 流 負(fù) 載D C / A C 變換 器電 網(wǎng) 圖 22 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指在光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上增加一組發(fā)電系統(tǒng)，以彌補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境變化影響較大造成的陣列發(fā)電不足，或電池容量不足等因素帶來(lái)的供電 不連續(xù)。較為常見(jiàn)的混合系統(tǒng)是風(fēng)一光互補(bǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 23所示。 光 伏 陣 列 D C / D C 變 換 器風(fēng) 力 發(fā) 電 A C / D C 變 換 器蓄 電 池逆 變 器直 流 負(fù) 載交 流 負(fù) 載 圖 23 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 在通常情形下，白天日照強(qiáng)，夜間風(fēng)多；夏季日照強(qiáng)、風(fēng)??；冬春季日照強(qiáng)度小而且風(fēng)大。顯然風(fēng)能發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電具有很好的互補(bǔ)性，其優(yōu)點(diǎn)顯見(jiàn)：利用太陽(yáng)能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；在保證供電情況下，可以大大減少儲(chǔ)能蓄電池的容量；對(duì)混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和匹配，可以基本上由風(fēng) /光系統(tǒng)供電，無(wú)須啟動(dòng)備用電源和備用發(fā)電機(jī)，以此獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是， 風(fēng) /光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)存在：一次性投資較大