【正文】 20%左右, 具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1，％世界中國(guó)非晶硅薄膜多晶硅單晶硅表 1 太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)能電池作為將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的主要轉(zhuǎn)換器件，它的轉(zhuǎn)換效率取決于諸多因素，如溫度、光照情況、負(fù)載參數(shù)等．在一定條件下，根據(jù)負(fù)載匹配原理適當(dāng)調(diào)整匹配參數(shù)，使太陽(yáng)能 電池出力達(dá)到最大是太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)問(wèn)題（Maximum Power Point，簡(jiǎn)稱(chēng)MPP ）。在小型太陽(yáng)能發(fā)電裝置中， 為了提高發(fā)電效率，這 一技術(shù)受到重視。在中等規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系 統(tǒng)中， 還應(yīng)考慮太陽(yáng)跟蹤技術(shù)所產(chǎn)生的發(fā)電效益。太陽(yáng)能 電池板輸出伏安特性存在最大功率點(diǎn)，輸出電壓過(guò)高或過(guò)低， 輸出電流過(guò)高或 過(guò)低，都會(huì)影響太陽(yáng)能 發(fā)電 系統(tǒng)的發(fā)電效率。而 負(fù)載很難為了迎合最大功率點(diǎn)的要求去調(diào)整它的阻抗，所以目前普遍的做法是在太陽(yáng)能電池板和負(fù)載之間加入DCDC 轉(zhuǎn)換電路，使輸入和輸出阻抗實(shí)現(xiàn)匹配。其中，DCDC 轉(zhuǎn)換電路主要有 Buck 電路， Boost 電路和SEPIC 電路等。a. Buck 電路分析典型的Buck 電路如圖3 所示，它是一種降壓電路，輸出電壓Vo 低于或等于輸入電壓Vi。忽略電路的能量 損失， 電路的效率= 1，則輸入功率等于輸出功率Pi = P0 ，即：Vi Ii =Vo Io ，(1)V0/Vi =Io/Ii =Dc，(2)7圖3 Buck電路在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，Vo 是太陽(yáng)能電池板的輸出電壓，Io是太陽(yáng)能電池板輸出電流，它 們隨光照強(qiáng)度和溫度發(fā)生變化． 為了使太陽(yáng)能電池板輸出最大功率，調(diào)整電子開(kāi)關(guān)S 的脈沖占空比，使Vi、Ii始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這就是MPP的工作原理．假設(shè)電路為純電 阻性負(fù)載Ro ，由（2）式可知Ri=Vi/Ii, Ro=Vo/Io, (3) Ro/Ri= = ， (4)Io/i）（ DcRo= Ri, (5)2c其中Ri是Buck電路的等值入口阻抗。由于Buck電路的 輸出電壓Vo不可能高于輸入電壓Vi，根據(jù)（2）式得Dc1。由（5）式有RoRi。根據(jù)以上分析得出如下結(jié)論：假設(shè)太陽(yáng)能電池板在一定條件下的最大功率點(diǎn)為Pm （Vm，Im），其等值 阻抗Rm=Vm/Im, 只有在負(fù)載阻抗?jié)M足RoRm的條件下才能實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤。用曲線說(shuō)明如圖4所示，DAPBC曲線是太陽(yáng)能電池板的輸出伏安特性曲線，P 點(diǎn)是最大功率點(diǎn)。OB代表一種負(fù)載 特性，其等值電阻Ro1Rm；OA代表另一種負(fù)載 特性，其等值電阻Ro2Rm．顯然根據(jù)前面的結(jié)論，只有在后一種情況下才可能通過(guò)調(diào)整S開(kāi)關(guān)的占空比 實(shí)現(xiàn)MPP 跟蹤．因 為在太陽(yáng)能電池板輸出特性的DP段滿(mǎn)足VoVi ，而此段有 RoRm。如 圖3所示， 電流/mA 電壓/V 圖4 太陽(yáng)能電池輸出特性和負(fù)載特性曲線典型Boost電 路如圖5所示，它是一種升壓電路，輸出 電壓Vo大于或等于輸入電壓Vi。 類(lèi)似于Buck電路的分析方法，對(duì)Boost電路，前面的（1）~（5）式完全相同，只是對(duì)Boost 電路而言Dc1，因此其結(jié)論為：假定太陽(yáng)能電池板在一定條件下的最大功率點(diǎn)為Pm （Vm,Im），其等值阻抗Rm=Vm/Im ，只有在負(fù)載阻抗RoRM的條件下才能實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤。圖解說(shuō)明如圖3所示，只有在輸出特性如OB時(shí)才可能調(diào)整S的占空比， 實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤。 Boost電路如圖4所示，8圖5 Boost電路c. SEPIC電路分析典型的SEPIC電路如圖6所示，它的輸入電壓和輸出電壓可以為任意比例，其計(jì)算式為Vo/Vi=а/1а，（6 ）其中表示S開(kāi)關(guān)的占空比，即ton=T ，T為S 開(kāi)關(guān)的周期．由（6）式可知，改變既可以使VoVi，也可以使VoVi．SEPIC 電路的這一特性顯然更具靈活性，目前SEPIC電路在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中被廣泛采用. SEPIC 電路如 圖6所示，圖6 SEPIC 電路2)充放 電控制器主要對(duì)蓄電池組實(shí)施監(jiān)控,是 能 自 動(dòng) 防 止 蓄 電 池 過(guò) 充 電 和過(guò) 放 電 的 設(shè) 備 。雙電壓比較器 LM393 兩個(gè)反相輸 入端②腳和⑥腳連接在一起，并由穩(wěn)壓管 ZD1 提供 的基準(zhǔn)電壓做比較電壓 ，兩個(gè) 輸出端①腳和⑦腳分別接反饋電阻，將部分輸出信號(hào)反饋到同相輸入端③ 腳和⑤腳，這樣就把雙電壓比較器變成了雙遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點(diǎn)附近不會(huì)產(chǎn)生振蕩。 RRPCAQQ2 和 J1 組成過(guò)充電壓檢測(cè)比較控制電路；RRPCAQQ4 和 J2 組成過(guò)放電壓檢測(cè)比較控制電路。電位器 RP1和 RP2 起調(diào)節(jié)設(shè)定過(guò)充、過(guò)放電壓的作用?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器 LM371 提供給LM393 穩(wěn)定的８Ｖ工作電壓 。被充電電池為 12V65Ah 全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；太陽(yáng)電池用一塊 40W 硅太陽(yáng) 電池組件，在標(biāo)準(zhǔn)光照下 輸出 18V、 左右的直流工作電壓和電流；D1 是防反充二極管，防止硅太陽(yáng) 電池在太陽(yáng)光較弱時(shí)成為耗電器。當(dāng)太陽(yáng)光照射的時(shí)候，硅太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電流經(jīng)過(guò) J11 常閉觸點(diǎn)和 R1，使 LED1 發(fā)光，等待對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；Ｋ閉合，三端穩(wěn)壓器輸出８Ｖ電壓，電路開(kāi)始工作，過(guò)充電壓（＞ ）檢測(cè)比較控制電路和過(guò)放電壓（＜）檢測(cè)比較控制電路同時(shí)對(duì)蓄電池端電壓進(jìn)行檢測(cè)比較。當(dāng)蓄電池端電壓小于預(yù)先設(shè)定的過(guò)充電壓值時(shí)，A1 的⑥腳電位高于⑤腳電位，⑦腳輸出低電位使 Q1 截止，Q2 導(dǎo)通， LED2 發(fā)光指示充電，J1 動(dòng)作，其接點(diǎn) JI1 轉(zhuǎn)換位置，硅太陽(yáng) 電池組件通過(guò)對(duì)蓄電池充電。蓄電池逐 漸被充滿(mǎn)，當(dāng)其端 電壓 大于預(yù)先設(shè)定的過(guò)充電壓值時(shí)，A1 的⑥腳電位低于⑤ 腳電位，⑦腳輸出高電位使Ｑ1 導(dǎo)通，Q2 截止， LED２熄滅，J1 釋放，JI1 斷開(kāi)充 電回路，發(fā)光，指示停止充電。當(dāng)蓄電池端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過(guò)放電壓值時(shí)，A2 的③腳電位高于②腳 電位， ①腳輸出高電位使 Q3導(dǎo)通，Q4 截止，LED3 熄滅 ，J2 釋放。其常閉觸點(diǎn) J21 閉合，LED4 發(fā)光，指示負(fù)載工作正常；蓄電池對(duì)負(fù)載放電時(shí)端電壓會(huì)逐漸降低，當(dāng)端電壓降低到小于預(yù)先設(shè)定的過(guò)放電壓值時(shí)，A2 的③腳電位低于②腳電 位， ①腳輸出低電位使 Q3 截9止，Q4 導(dǎo)通，LED3 發(fā)光指示過(guò)放電， J2 動(dòng)作，其接點(diǎn) J21 斷開(kāi)，正常指示燈LED4 熄滅。切斷負(fù)載回路，避免蓄電池繼續(xù)放電。閉合Ｋ，蓄電池又充電。其電路圖如圖 7，圖7 充放電電路控制3)蓄 電 池 組 其 作 用 是 貯 存 太 陽(yáng) 能 電 池 方 陣 受 光 照 時(shí) 發(fā) 出 的 電 能 并 可 隨時(shí) 向 負(fù) 載 供 電 。太 陽(yáng) 能 電 池 發(fā) 電 對(duì) 所 用 蓄 電 池 組 的 基 本 要 求 是 ： 放 電 率低 ； 用 壽 命 長(zhǎng) ； 放 電 能 力 強(qiáng) ； 電 效 率 高 ； 維 護(hù) 或 免 維 護(hù) ； 作溫 度 范 圍 寬 ； 格 低 廉 。蓄電池組是系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置,在發(fā)電充足時(shí)儲(chǔ)存電能,在夜間或日照不足時(shí)向負(fù)荷供電， 因 此 能 控 制 蓄 電 池 組 過(guò) 充 電 或 過(guò) 放 電 的 充 放電 控 制 器 是 必 不 可 少 的 設(shè) 備 。4)逆 變 器 是 將 直 流 電 轉(zhuǎn) 換 成 交 流 電 的 設(shè) 備 。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 。逆 變 器 按 運(yùn) 行 方 式 ，可 分 為 獨(dú) 立 運(yùn) 行 逆 變 器 和 并 網(wǎng) 逆 變 器 。獨(dú) 立 運(yùn) 行 逆 變 器 用 于 獨(dú) 立 運(yùn) 行 的 太陽(yáng) 能 電 池 發(fā) 電 系 統(tǒng) ，為 獨(dú) 立 負(fù) 載 供 電 。并 網(wǎng) 逆 變 器 用 于 并 網(wǎng) 運(yùn) 行 的 太 陽(yáng) 能 電池 發(fā) 電 系 統(tǒng) 。電 壓 型 逆 變 器 如 圖 8 所 示 和 電 路 圖 如 圖 9 所 示 ，圖8 電壓型逆變器框圖1絲絲絲D1 5A R110K絲絲絲絲12VR2 RP110KLM317R410uFR5290RP210KC2C310uFC210uF R62KR1010KR1110KR712KR8C4100uF R910KQ1Q3R1310KR1210KJ1R1410KQ2 絲絲絲絲R154KJ2絲絲絲絲R164KQ4R174K絲絲絲絲K32 184U?ALM39332 184 U?LM393AJ1絲絲絲絲 J2165 710圖9 電壓型逆變器電路圖 變器的核心 , 它把12V 的直流電變換成50 Hz、220 V 的交流電,其關(guān)鍵部件為四只大功率MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一只12 /220 V 高效變壓器?；芈? 以使達(dá)到穩(wěn)壓和過(guò)流保護(hù)的目的。 輸出電壓用指 針表顯示, 電源的工作狀態(tài)用指示燈指標(biāo)。5)太 陽(yáng) 跟 蹤 控 制 系 統(tǒng) 由 于 相 對(duì) 于 某 一 個(gè) 固 定 地 點(diǎn) 的 太 陽(yáng) 能 光 伏 發(fā) 電 系統(tǒng) ，一 年 春 夏 秋 冬 四 季 、每 天 日 升 日 落 ，太 陽(yáng) 的 光 照 角 度 時(shí) 時(shí) 刻 刻 都 在 變 化 ，如 果 太 陽(yáng) 能 電 池 板 能 夠 時(shí) 刻 正 對(duì) 太 陽(yáng) ，發(fā) 電 效 率 才 會(huì) 達(dá) 到 最 佳 狀 態(tài) 。目 前 世界 上 通 用 的 太 陽(yáng) 跟 蹤 控 制 系 統(tǒng) 都 需 要 根 據(jù) 安 放 點(diǎn) 的 經(jīng) 緯 度 等 信 息 計(jì) 算 一 年中 的 每 一 天 的 不 同 時(shí) 刻 太 陽(yáng) 所 在 的 角 度 ，將 一 年 中 每 個(gè) 時(shí) 刻 的 太 陽(yáng) 位 置 存儲(chǔ) 到 PLC、單 片 機(jī) 或 電 腦 軟 件 中 ，也 就 是 靠 計(jì) 算 太 陽(yáng) 位 置 以 實(shí) 現(xiàn) 跟 蹤 。采 用的 是 電 腦 數(shù) 據(jù) 理 論 ，需 要 地 球 經(jīng) 緯 度 地 區(qū) 的 的 數(shù) 據(jù) 和 設(shè) 定 ，一 旦 安 裝 ，就 不便 移 動(dòng) 或 裝 拆 ，每 次 移 動(dòng) 完 就 必 須 重 新 設(shè) 定 數(shù) 據(jù) 和 調(diào) 整 各 個(gè) 參 數(shù) ；原 理 、電路 、技 術(shù) 、設(shè) 備 復(fù) 雜 ，非 專(zhuān) 業(yè) 人 士 不 能 夠 隨 便 操 作 。本 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 器 為 計(jì) 算 機(jī) ，通 過(guò) 過(guò) 程 輸 入 輸 出 通 道 發(fā) 送 信 號(hào) 到 直接 控 制 部 件 ，直 接 控 制 部 件 由 步 進(jìn) 電 機(jī) 及 其 驅(qū) 動(dòng) 器 組 成 ，然 后 步 進(jìn) 電 機(jī) 帶 動(dòng)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 。檢 測(cè) 部 件 產(chǎn) 生 反 饋 信 號(hào) 到 計(jì) 算 機(jī) 。檢 測(cè) 部 件 由 光 電 傳 感 器 和光 電 檢 測(cè) 電 路 組 成 。控 制 系 統(tǒng) 的 整 體 結(jié) 構(gòu) 框 圖 如 圖 11 所 示 ，G SR41K R81KG SC4100uF1A12V220V68uF68uFR3R510K40691KVCC信信信信11圖10 太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)圖本系統(tǒng)是同時(shí)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法和光電跟蹤方法來(lái)完成一次跟蹤。兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系如圖12所示，圖11 兩種跟蹤方法在系統(tǒng)中的關(guān)系開(kāi)始跟蹤時(shí)，系統(tǒng)首先采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的跟蹤方法，在地平坐標(biāo)系中根據(jù)太陽(yáng)軌跡的算法求出一日內(nèi)某時(shí)刻太陽(yáng)的高度角△а s、和方位角△ ?s的理論值，再加上系統(tǒng)的預(yù)修正量 △аs、△?s，若系統(tǒng)是第一次運(yùn)行，那么在第一步跟蹤動(dòng)作里預(yù)修正量為0，但第一步跟蹤動(dòng)作里的光電跟蹤會(huì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)修正量，作為第二步的預(yù)修正量，并且第二步的光電跟蹤對(duì)此預(yù)修正量進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整量△а、△?為 光電跟蹤調(diào)整電機(jī)再次 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。調(diào)整后的預(yù)修正量作為第三步跟蹤動(dòng)作的預(yù)修正量，每步跟蹤的 預(yù)修正量Δаs、Δ?s與上一步的預(yù)修正量Δаso、Δ?so和 調(diào)整量Δа、Δ? 的關(guān)系如下式所示:Δаs =Δаso+Δа，Δ?s=Δ?so+Δ?。式中Δа、Δ?—高度角、方位角的預(yù)修正量。Δаso、Δ?so—上一步高度角、方位角的 預(yù)修正量。Δа、Δ?—高度角、方位角的調(diào)整量。當(dāng)調(diào)整電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)整量為正，反之為負(fù)。當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，最后一步的預(yù)修正量將被程序儲(chǔ)存，下次開(kāi)機(jī)時(shí)直接調(diào)用系統(tǒng)儲(chǔ)存的此預(yù)修正量。當(dāng)視 日理論軌跡аs、 ?s和預(yù)修正 Δаs、Δ?s，確定的跟蹤誤差足夠小時(shí)，調(diào)整量為零Δа、Δ?，不再對(duì)預(yù)修正量 進(jìn)行調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在垂直方向和水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，角度為預(yù)修正量和視日運(yùn)動(dòng)軌跡理論值之和。然后采用光電跟蹤的方法，傳感器光敏二極管感應(yīng)太陽(yáng)光強(qiáng)度，然后由光電檢測(cè)電路產(chǎn)生反饋信號(hào)到計(jì)算機(jī)，控制程序運(yùn)行相應(yīng)處理反饋信號(hào)的代碼輸出脈沖信號(hào)，調(diào)整電機(jī)的角度，使太陽(yáng)能采光板的平面再次與入射光線垂直，此次12調(diào)整電機(jī)再次轉(zhuǎn)動(dòng)的角度作為預(yù)修正量的調(diào)整量。并且將調(diào)整量與預(yù)修正量的和作為新的預(yù)修正量的值貯存供下步跟蹤使用。至此，系統(tǒng)完成一步跟蹤動(dòng)作。因此系統(tǒng)控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)所轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際角а、? 由下式計(jì)算:а=Δа+Δа