【正文】 ........ 34 主程序的設(shè)計(jì) ............................................................................................... 34 程序設(shè)計(jì)原理 ................................................................................................ 35 PWM 波形產(chǎn)生程序 ........................................................................................ 35 系統(tǒng)仿真 ....................................................................................................... 36 6 結(jié) 論 .................................................................................................................... 39 致 謝 .......................................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 41 附 錄 1（程序清單） .............................................................................................. 43 附 錄 2（英文文獻(xiàn)） .............................................................................................. 50 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 1 1 緒論 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的概況 隨著人類(lèi)工業(yè)化的進(jìn)程，人類(lèi)對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)，與此同時(shí)，也帶來(lái)了不可再生能源的日漸減少和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重等問(wèn)題。面對(duì)全球范 圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境壓力， 人類(lèi)要解決能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用可再生能源和新能源 。 太陽(yáng)能以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)而成為人們重視的焦點(diǎn) ， 豐富的太陽(yáng)輻射能是重要的 可再生 能源，取之不盡、 用 之不竭、無(wú)污染、廉價(jià)、 是 人類(lèi)能夠自由利用的能源 。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種將太陽(yáng)光輻射能 量直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，它是可再生能源和新能源的重要組成部分，被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù) 。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景 （ 1）世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景 近幾年國(guó)際上光伏發(fā)電快速發(fā) 展，世界上已經(jīng)建成了 10多座兆瓦級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)， 6個(gè)兆瓦級(jí)的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國(guó)是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家。1997年又提出 “百萬(wàn)屋頂 ”計(jì)劃。日本 1992年啟動(dòng)了新陽(yáng)光計(jì)劃，到 20xx年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的 50%，世界前 10大廠(chǎng)商有 4家在日本。而 德國(guó) 新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，大大推動(dòng)了光伏市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國(guó)成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國(guó)家。 瑞士 、法國(guó)、 意大利 、西班牙、 芬蘭 等國(guó)，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程 。 世界光伏組件在 1990年 — 20xx年年平均增長(zhǎng)率約 15%。 20世紀(jì) 90年代后期，發(fā)展更加迅速， 1999年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到 200兆瓦。商品化電池效率從 10%～ 13%提高到 13%～ 15%，生產(chǎn)規(guī)模從 1～ 5兆瓦 /年發(fā)展到 5～ 25兆瓦 /年，并正在向 50兆瓦甚至 100兆瓦擴(kuò)大。光伏組件的生產(chǎn)成本降到 3美元 /瓦以下。 20xx年的光伏行業(yè)調(diào)查表明，到 20xx年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在 30%以上。年銷(xiāo)售額將從 20xx年的 70億美金增加到 20xx年的 300億美金。 （ 2）國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 2 中國(guó) 太陽(yáng)能資源 非常豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年 17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)能 資源開(kāi)發(fā)利用 的潛力非常廣闊 ，具 有巨大的開(kāi)發(fā)潛能。中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于 20世紀(jì) 70年代起步， 90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。太陽(yáng)電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過(guò) 30多年的努力，已迎來(lái)了快速發(fā)展的新階段。在 “ 光明工程 ” 先導(dǎo)項(xiàng)目和 “ 送電到鄉(xiāng) ” 工程等國(guó)家項(xiàng)目及世界光伏市場(chǎng)的有力拉動(dòng)下，我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。 根據(jù)《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020年，我國(guó)力爭(zhēng)使太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 （百萬(wàn)千瓦），到 2050年將達(dá)到 600GW（百萬(wàn)千瓦）。預(yù)計(jì)，到 2050年，中國(guó)可再生能源的電力裝機(jī)將占全國(guó)電力裝機(jī)的 25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到 5%。未來(lái)十幾年，我國(guó)太陽(yáng)能裝機(jī)容量的復(fù)合增長(zhǎng)率將 高達(dá) 25%以上。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn) 太陽(yáng)光輻射能經(jīng)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)過(guò)能量存儲(chǔ)、能量變換控制等環(huán)節(jié)，向負(fù)載提供合適的直流或者交流電能。與常規(guī)發(fā)電及其他綠色能源發(fā)電技術(shù)相比，太剛能光伏發(fā)電技術(shù)有以?xún)?yōu)點(diǎn)： (1)是真正的無(wú)污染排放、不破壞環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源； (2)能量具有廣泛性，隨處可得，不受地域的限制； (3)由于無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件而運(yùn)行可靠，故障率低； (4)維護(hù)簡(jiǎn)單，可以無(wú)人值守； (5)應(yīng)用場(chǎng)合廣泛和靈活，既可以獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，也可以與電網(wǎng)并網(wǎng)返行； (6)無(wú)需架設(shè)輸電線(xiàn)路 ，可以方便地與建筑物相結(jié)合； (7)建站周期短，規(guī)模大小隨意，發(fā)電效率不隨發(fā)電規(guī)模的大小而變。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理 太陽(yáng)能 光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽(yáng)能電池（一種類(lèi)似于晶體二極管的半導(dǎo) 體 器件）的光生伏 特 效應(yīng)直接把太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式，太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)化為電能 的轉(zhuǎn)換器件就是太陽(yáng)能電池。當(dāng)太陽(yáng)能光照射到由 P、 N型兩種不同導(dǎo)電類(lèi)型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽(yáng)能電池上時(shí)，其中一部分光線(xiàn)被反射，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 3 一部分光線(xiàn)被吸收，還有一部分光線(xiàn)透過(guò)電池片。被吸收的光能激發(fā)被束縛的高能級(jí)狀態(tài)下的電子，產(chǎn)生電子 —空穴 對(duì) ，在 PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，電子 、 空穴相互運(yùn)動(dòng)， N區(qū)的空穴向 P區(qū)運(yùn)動(dòng)， P區(qū)的電子向 N區(qū)運(yùn)動(dòng)，使太陽(yáng)能電池的受光面有大量負(fù)電荷（電子）積累，而在電池的背光面有大量正電荷（空穴）積累。若在電池兩端接上負(fù)載，負(fù)載上就有電流通過(guò)，當(dāng)光線(xiàn)一直照射時(shí)，負(fù)載上將源源不斷地有電流流過(guò)。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi) 從結(jié)構(gòu)特征上看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為三種基本類(lèi)型：獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)型和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。 (1)獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng) 獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 l1所示。獨(dú)立型光 伏系統(tǒng)一般由屋頂?shù)奶?yáng)能電池陣列、蓄電池、 逆變器及控制系統(tǒng)組成，太陽(yáng)能電池陣列將太陽(yáng)光能量收集之后由充電系統(tǒng)儲(chǔ)存到蓄電池中。在蓄電池沒(méi)有充滿(mǎn)的情況下，一般由蓄電池提供電能進(jìn)行逆變提供給用戶(hù)，如果天氣晴朗，當(dāng)蓄電池充滿(mǎn)電的情況下，也可以由太陽(yáng)能電池板直接提供電能進(jìn)行逆變，用戶(hù)可以根據(jù)天氣情況和蓄電池剩余電量的多少來(lái)判斷是由蓄電池進(jìn)行逆變還是直接由太陽(yáng)能電池板進(jìn)行逆變過(guò)程。 作為家用的小型系統(tǒng)，獨(dú)立光伏系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它體積小，便于安裝使用和維護(hù)，成本較小，由于獨(dú)立光伏系統(tǒng)中有并網(wǎng)系統(tǒng)所沒(méi)有的蓄電池部分，所 以可以應(yīng)用更長(zhǎng)時(shí)間，基本能夠滿(mǎn)足普通用戶(hù)的需要。獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，然后再通過(guò)逆變成為普通用戶(hù)所使用的交流電。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 4 (2)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 l2所示。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指太陽(yáng)能發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)同頻同相的交流電，既向負(fù)載供電，也可以向電網(wǎng)發(fā)電， 可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民 建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。 (3)混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 l3所示?；旌闲凸夥l(fā)電系統(tǒng)是在系統(tǒng)中增加一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池容量不足時(shí)，可以啟動(dòng)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)整流后給蓄電池補(bǔ)充充電，在混合系統(tǒng)中，還可以由兩種可再生能源發(fā)電技術(shù)構(gòu)成混合系統(tǒng)。最常見(jiàn)的是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 5 本文的研究?jī)?nèi)容 本論文研究的目的是開(kāi)發(fā)出一個(gè)高性能、價(jià)格低廉的修正正弦波輸出的獨(dú)立型 光伏逆變系統(tǒng)。針對(duì)獨(dú)立光伏系統(tǒng)進(jìn)行較為深入的分析，對(duì)于系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)、控制方法、參數(shù)選擇等方面進(jìn)行論證，主要有以下幾方面內(nèi)容： (1)在介紹太陽(yáng)能電池板的分類(lèi)特點(diǎn)，蓄電池的特性的基礎(chǔ)上對(duì)太陽(yáng)能電池板和蓄電池進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，并對(duì)蓄電池的充放電的控制進(jìn)行研究。 (2)對(duì)獨(dú)立型光伏 系統(tǒng)的不同主電路結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作原理，控制策略進(jìn)行詳細(xì)的分析， 并根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 (3)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，提出對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠的輔助電路。 (4)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，用高頻技術(shù)研制了 500W修正正 弦波輸出逆變電源，具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如下： 輸入電壓： 12V 輸出電壓： 220V 輸出頻率： 50Hz 輸出功率： 500W 效率： ? 80% 過(guò)載能力： 110%120% 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 6 2 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)框圖如上圖 21所示，主要由太陽(yáng)能電池方陣、太陽(yáng)能控制器、蓄電池組、逆變器四部分構(gòu)成。 圖 21 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。 太 陽(yáng)能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽(yáng)的輻射光能通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)“光生伏特效應(yīng) 實(shí)現(xiàn)的，因此又被稱(chēng)為“光伏電池 ” ， 其作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng) 負(fù)載 工作。 蓄電池組 蓄電池是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必須的儲(chǔ)能部件。在設(shè)計(jì)選擇光伏系統(tǒng)蓄電池時(shí)需要考慮的指標(biāo)因素很多，如容量、電壓、放電深度、循環(huán)壽命、充放電性能 、自放電率、運(yùn)行溫度及維護(hù)要求等等。光伏系統(tǒng)對(duì)蓄電池組的要求是： （ 1） 自放電率低； （ 2） 使用壽命長(zhǎng)； （ 3） 深放電能力強(qiáng)； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙 7 （ 4） 充電效率高； （ 5） 少維護(hù)或免維護(hù)； （ 6） 工作溫度范圍寬； （ 7） 價(jià)格低廉。 綜合考慮以上各因素，本系統(tǒng)采用市場(chǎng)上普遍使用的 VRLA蓄電池。 逆變器 光伏電池陣列所發(fā)出電能為直流電，而大多數(shù)用電設(shè)備需交流供電，所以系統(tǒng)必須將直流電轉(zhuǎn)換為用戶(hù)所需要的交流電。逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。一般由升壓電路和逆變橋式 電路構(gòu)成。升壓電路把太陽(yáng)電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式電路則把升壓后的直流電壓等價(jià)地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。 對(duì)逆變器的基本要求是： （ 1） 能輸出一個(gè)電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的交流電，無(wú)論是輸入電壓發(fā)生波動(dòng)還是負(fù)載發(fā)生變換，都要能達(dá)到一定的電壓精度； （ 2） 具有一定的過(guò)載能力，一般能過(guò)載 120%150%； （ 3） 輸出電壓波形含的諧波成分應(yīng)盡量少； 控制器 控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，主要用于實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)地充、放電管理控制。 對(duì)于蓄電池部分，太陽(yáng)能光伏陣列發(fā)出的直 流電能，經(jīng)過(guò)控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電控制，如 MPPT控制；但由于本文設(shè)計(jì)的的光伏逆變系統(tǒng)低電壓輸入，太陽(yáng)能電池板滿(mǎn)足輸出電流小，蓄電池組處于充放電的循環(huán)狀態(tài)，綜合考慮成本，經(jīng)濟(jì)效益等方面，因此不考慮對(duì)蓄電池的控制，只進(jìn)行基本的穩(wěn)壓措施即可。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源設(shè)計(jì)的要求 逆變電源部分將太陽(yáng)能電池或蓄電池的直流電轉(zhuǎn)化為交流電供用戶(hù)使用，是光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變電源 有 較高 的 要求： （ 1）具有較高的效率。由于目前太陽(yáng)電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)用紙