【正文】 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁 共 24 頁 目 錄 一、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介 ....................................................................................................... 3 ........................................................................................................................ 4 .................................................................................................................................... 4 .................................................................................................................................... 4 .................................................................................................................................... 5 二 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 ................................................................................. 5 1 國外的太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ....................................................................... 5 2 國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 ................................................................... 6 三、并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)簡介 ................................................................................... 6 1 太陽能電池板的應用 ........................................................................................................... 7 2 模擬光源跟蹤控制系統(tǒng) ....................................................................................................... 8 3 并網(wǎng)逆變器 ......................................................................................................................... 14 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁 共 24 頁 摘 要 隨著人類社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源被不斷的消耗，同時也帶來了嚴重的環(huán)境問題。為了減少環(huán)境的污染，保證能源的可持續(xù)利用，就必須改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，重視新能源的開發(fā)和利用。從長遠發(fā)展的角度看，可再生資源是人類未來的主要能源來源，因此，世界上很多國家都開始重視太陽能等新能源的開發(fā)利用。在這些可再生資源中，光伏發(fā)電的發(fā)展速度最快，而太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為可再生能源領域中繼風力發(fā)電之后產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快、最大的產(chǎn)業(yè)。世界各國都非常重視太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國 擁有豐富的太陽能資源，對太陽能的開采具有很大的優(yōu)勢，因此，太陽能光伏發(fā)電成為我國開發(fā)新能源的重要內(nèi)容。太陽能作為一種新型的可再生能源近年來得到了廣泛的應用，光伏并網(wǎng)技術成為有效利用太陽能發(fā)電的核心和關鍵。本文分析光伏發(fā)電在普通家庭的應用要求，提出了一種基于家庭用戶需求的光伏發(fā)電解決方案，并進行實驗測試和驗證。并以傳統(tǒng)的獨立太陽能光伏發(fā)電技術為基礎，研究和設計了并網(wǎng)型太陽光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。 關鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；并網(wǎng)；逆變器 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁 共 24 頁 一、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)簡介 太陽能是指 太陽光照所輻射的能量。目前太陽能的利用主要有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化轉(zhuǎn)換三種形式。太陽能光電轉(zhuǎn)換又分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種，通常說的太陽能發(fā)電主要是指太陽能光伏發(fā)電。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導體的光生伏特效應進行光電轉(zhuǎn)換的發(fā)電系統(tǒng)，其應用基本形式主要分為獨立發(fā)電系統(tǒng)（如圖 1所示）和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（如圖 2所示）兩大類。應用領域主要集中在航空航天、通信系統(tǒng)、微波中繼站、無電缺電地區(qū)用戶供電和市政照明工程等。一般的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏電池組件，交直流逆變器、蓄電池和光伏系統(tǒng)電池控制器組成。首 先，通過光伏電池組件將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，其次，再利用交直流逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，同時逆變器還可以自動穩(wěn)定電壓，改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。利用蓄電池將電能存儲起來，在需要的時候在釋放出來。充放電控制器則是可以防止太陽能光伏電源系統(tǒng)的儲能蓄電池組過充電和過放電的設備，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁 共 24 頁 通常，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件方陣、控制器、蓄電池和逆變器四大部分組成。 即太陽能電池組件方陣，由太陽能電池板按系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成。它是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件， 其作用就是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換成電能輸送到蓄電池中儲存或者驅(qū)動負載工作。 控制器主要完成的工作如下：① 蓄電池的充放電保護；② 高壓斷開、低壓報警和恢復功能；③ 溫度補償功能；④ 短路保護；⑤ 防反接功能。 將光伏陣列組件產(chǎn)生的電能儲存起來，當光照強度過低或負載需求過大時，將儲存的能量釋放出來滿足負載的能量需求。一般為鉛酸電池，有的微型系統(tǒng)也使用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁 共 24 頁 在我國實際應用中，負載的額定電源通常為交流 220V，而光伏陣列組件產(chǎn)生的電能通常為直流，因 此需要通過逆變器將其轉(zhuǎn)換成負載所需的交流電能，故要使用逆變器。 目前，歐美、日韓等發(fā)達國家和地區(qū)正在大規(guī)模推廣光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，一方面以取代正在急劇減少的常規(guī)化石能源；另一方面減少廢氣排放對環(huán)境造成的污染。為推動西部大開發(fā)，我國也正在進行大西部地區(qū)的太陽能發(fā)電工程建設，以改善西部生產(chǎn)條件和投資環(huán)境，促進我國西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。同時也將太陽能光伏發(fā)電技術大規(guī)模的應用和推廣到市政照明工程上。 二 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1 國外的太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 作為 20世紀 80年代世界上增長 最快的高新技術產(chǎn)業(yè)之一，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。截止 2022年，世界太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機總?cè)萘窟_到了 MW。到了 2022年底，這個數(shù)據(jù)達到了 。像單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、帶狀硅電池、聚光電池以及薄膜電池等太陽能光伏電池已經(jīng)商品化和實用化。在國際市場上，太陽能光伏電池的價格一般在 ，并網(wǎng)后的價格為每瓦 6美元，發(fā)電成本為每千瓦時 。光伏電池的發(fā)電效率在不斷的提高，晶體硅光電池的轉(zhuǎn)換率為 15%，而單晶硅電池轉(zhuǎn)化率則達到了 %，砷化鎵光電池 更是達到 25%的轉(zhuǎn)化率。同時太陽能光伏電池組件的使用壽命也大大的延長，最多可達 30年之久。目前，世界上太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應用最多的國家為美國、日本和歐盟，它們的太陽能發(fā)電總量占世界光伏發(fā)電量的 80%。專家預測，日后的世界太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將會朝高效率、高壽命、低成本和美觀實用的方向發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電總量也將占 1315%，預測到 2100年光伏發(fā)電總量將占 60%以上。 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁 共 24 頁 2 國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的啟用較晚， 20世紀 90年代以來我國光伏發(fā)電快速發(fā)展。在 這一階段我國光伏組件的生產(chǎn)能力不斷提升，產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低，市場不斷擴大并出口到國外，裝機總?cè)萘恳仓鹉暝黾?。截?2022年底，我國光伏發(fā)電總量為 35MW，占世界總量的 3%。到 2020年之前，我國太陽能光伏發(fā)電技術不斷發(fā)展和完善，光伏市場也將發(fā)生巨大的變化。發(fā)電成本也逐漸降低， 2022年我國光伏發(fā)電的價格約為每千瓦時 ，預計到 2020年，這個價格將會降低為每千瓦時 。 隨著我國光伏企業(yè)的不斷發(fā)展，近年來受到西方國家的反傾銷等政策的打擊，一些光伏組件的生產(chǎn)廠商面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在這 個背景下，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)應用應該轉(zhuǎn)向國內(nèi)，中國太陽能資源豐富，尤其是西北等內(nèi)地地區(qū)，光照充足，必須加大財政支持，推進太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在中國的應用，促進光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。隨著太陽能的開發(fā)和利用，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用快速成熟起來。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不但具有環(huán)保的特點，而且科技含量高，發(fā)電成本低，是對傳統(tǒng)發(fā)電模式的重大突破。但是，光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用率還不高，主要原因是光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成科技含量高，對材料的使用要求嚴格，因此必須加快研發(fā)太陽能光伏電池的新材料，提高光伏發(fā)電的效率，降低發(fā)電成本。加大對 光伏產(chǎn)業(yè)的扶持力度，開發(fā)國內(nèi)市場，將光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛的應用到國內(nèi)，提高光伏產(chǎn)業(yè)競爭了，不斷推進光伏產(chǎn)品的更新和升級，為我國的電力供應開辟新的途徑。 三、并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)簡介 如圖 2所示，并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最大的特點就是光伏組件方陣產(chǎn)生的直流電（一般為 12VDC、 24VDC、 48VDC）經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電后直接接入公共電網(wǎng)。當光照充足時，系統(tǒng)產(chǎn)生的電力除了供給負載外，剩余的電力反饋給公共電網(wǎng)；在白天或夜晚，系統(tǒng)產(chǎn)生的電能不能滿足負載需求時就由電網(wǎng)供電。 該系統(tǒng)主要由光伏組件方陣（即太陽能電池板）、光源跟蹤控制系統(tǒng)、并網(wǎng) 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁 共 24 頁 逆變器等組成，與獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，因并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)直接將電能輸入電網(wǎng)，也可直接利用電網(wǎng)電能，所以免除了配置控制器和蓄電池，但是系統(tǒng)中的逆變器必須使用專用的并網(wǎng)逆變器。 1 太陽能電池板的應用 太陽能電池是一種對光有響應并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦