【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）專用紙 1 1 緒論 太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 太陽能光伏發(fā)電的概況 隨著人類工業(yè)化的進(jìn)程，人類對(duì)能源的需求不斷增長，與此同時(shí)，也帶來了不可再生能源的日漸減少和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重等問題。面對(duì)全球范 圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境壓力， 人類要解決能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源和新能源 。 太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)而成為人們重視的焦點(diǎn) ， 豐富的太陽輻射能是重要的 可再生 能源，取之不盡、 用 之不竭、無污染、廉價(jià)、 是 人類能夠自由利用的能源 。 太陽能光伏發(fā)電是一種將太陽光輻射能 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) 。 太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景 （ 1）世界太陽能光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景 近幾年國際上光伏發(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。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1997年又提出 “百萬屋頂 ”計(jì)劃。日本 1992年啟動(dòng)了新陽光計(jì)劃，到 20xx年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的 50%，世界前 10大廠商有 4家在日本。而 德國 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，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。 瑞士 、法國、 意大利 、西班牙、 芬蘭 等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(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。年銷售額將從 20xx年的 70億美金增加到 20xx年的 300億美金。 （ 2）國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及前景 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 2 中國 太陽能資源 非常豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年 17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能 資源開發(fā)利用 的潛力非常廣闊 ，具 有巨大的開發(fā)潛能。中國光伏發(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。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過 30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在 “ 光明工程 ” 先導(dǎo)項(xiàng)目和 “ 送電到鄉(xiāng) ” 工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場(chǎng)的有力拉動(dòng)下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。 根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020年，我國力爭(zhēng)使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 （百萬千瓦），到 2050年將達(dá)到 600GW（百萬千瓦）。預(yù)計(jì)，到 2050年，中國可再生能源的電力裝機(jī)將占全國電力裝機(jī)的 25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到 5%。未來十幾年，我國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將 高達(dá) 25%以上。 太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn) 太陽光輻射能經(jīng)太陽能電池轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)過能量存儲(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)有以優(yōu)點(diǎn)： (1)是真正的無污染排放、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)無需架設(shè)輸電線路 ，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。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能光伏發(fā)電的基本原理 太陽能 光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽能電池（一種類似于晶體二極管的半導(dǎo) 體 器件）的光生伏 特 效應(yīng)直接把太陽的輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式，太陽能 轉(zhuǎn)化為電能 的轉(zhuǎn)換器件就是太陽能電池。當(dāng)太陽能光照射到由 P、 N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽能電池上時(shí)，其中一部分光線被反射，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 3 一部分光線被吸收，還有一部分光線透過電池片。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，當(dāng)光線一直照射時(shí)，負(fù)載上將源源不斷地有電流流過。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 從結(jié)構(gòu)特征上看，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為三種基本類型：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柲茈姵仃嚵小⑿铍姵亍?逆變器及控制系統(tǒng)組成，太陽能電池陣列將太陽光能量收集之后由充電系統(tǒng)儲(chǔ)存到蓄電池中。在蓄電池沒有充滿的情況下，一般由蓄電池提供電能進(jìn)行逆變提供給用戶，如果天氣晴朗，當(dāng)蓄電池充滿電的情況下，也可以由太陽能電池板直接提供電能進(jìn)行逆變，用戶可以根據(jù)天氣情況和蓄電池剩余電量的多少來判斷是由蓄電池進(jìn)行逆變還是直接由太陽能電池板進(jìn)行逆變過程。 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)所沒有的蓄電池部分，所 以可以應(yīng)用更長時(shí)間，基本能夠滿足普通用戶的需要。獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，然后再通過逆變成為普通用戶所使用的交流電。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 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)。最常見的是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 5 本文的研究?jī)?nèi)容 本論文研究的目的是開發(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)在介紹太陽能電池板的分類特點(diǎn)，蓄電池的特性的基礎(chǔ)上對(duì)太陽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% 過載能力： 110%120% 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 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，主要由太陽能電池方陣、太陽能控制器、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 太陽能電池 太陽能電池是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。 太 陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程是通過“光生伏特效應(yīng) 實(shí)現(xiàn)的，因此又被稱為“光伏電池 ” ， 其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，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； （ 3） 深放電能力強(qiáng)； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 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） 具有一定的過載能力，一般能過載 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，太陽能光伏陣列發(fā)出的直 流電能，經(jīng)過控制器對(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，太陽能電池板滿足輸出電流小，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能電池或蓄電池的直流電轉(zhuǎn)化為交流電供用戶使用，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）專用紙