【正文】 21 世紀(jì)最理想的新能源之一。 關(guān)鍵詞 ： 光伏系統(tǒng)，控制器， 逆變器 II The analysis and simple design of solar power system ABSTRACT At present, it is the historical stage that solar energy is changing from additional energy to alternative energy. As the rapid development of power electronics and increasing attention of solar photovoltatic making the development of solar photoaoltaic power generation is very fast. The grid inverter technology has greatly improved the solar photoaoltaic power generation efficiency and reducing their cost of electricity. This paper describes the background of the photovoltaic power generation, and studies the basic principles of photovoltaic power generation. On this basis, there is a project designed to meet the requirements of an independent photovoltaic system, including the realization of the basic functions of controller, controller of protection Inverter and the main circuit design process and the main program. This design is suit for small and mediumsized photovoltaic system, with the advanges of simple circuit, and pleted function. KEY WORDS: Photovoltaic systems, Controller, Inverter III 目 錄 前 言 ..................................................................................................... 1 第 1 章 緒論 ........................................................................................... 2 研究背景 ................................................................................... 2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的實(shí)用價(jià)值和意義 ......................................... 3 清潔能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究現(xiàn)狀 ................................... 3 我國(guó)太陽(yáng)能資源的分布 .............................................. 5 光伏發(fā)電的研究應(yīng)用現(xiàn)狀和前景 ............................................ 6 國(guó)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀 ...................................................... 6 國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用現(xiàn)狀 ...................................................... 8 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的前景 .............................................. 9 課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo) ........................................................... 9 第 2 章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及基本原理 ................................................ 10 太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電原理 .................................................. 10 太陽(yáng)能光伏電池的特性 .......................................................... 11 太陽(yáng)能光伏電池的等效電路 ..................................... 11 太陽(yáng)能 光伏電池的外特性曲線 ................................. 12 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 .................................................. 14 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 .................................................. 15 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 的特點(diǎn) .................................................. 16 第 3 章太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................ 18 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則 .............................................. 18 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì) .......................................... 19 蓄電池設(shè)計(jì)方法 ........................................................ 19 太陽(yáng)能電池陣列設(shè)計(jì) ................................................ 23 蓄電池和光伏組件方陣設(shè)計(jì)的校核 ......................... 24 太陽(yáng)能電池方陣傾角的確定 ..................................... 25 太陽(yáng)能電池方陣平面上的輻射量 計(jì)算 ..................... 26 太陽(yáng)能電池方陣前后間距的計(jì)算 ............................. 26 控制器設(shè)計(jì) ............................................................................. 26 最大功率跟蹤點(diǎn)控制設(shè)計(jì) ......................................... 26 充放電控制設(shè)計(jì) ........................................................ 27 IV 保護(hù)措施 .................................................................... 29 控制器的幾個(gè)重要指標(biāo) ............................................ 29 逆變器設(shè)計(jì) ............................................................................. 30 逆變器原理 ............................................................... 30 SPWM 產(chǎn)生電路 ........................................................ 32 保護(hù)電路 ................................................................... 34 功率器件 IGBT 的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)原理 .......................... 35 線路設(shè)計(jì) ................................................................................. 36 光伏系統(tǒng)的其它硬件設(shè)計(jì) ...................................................... 36 結(jié) 論 ..................................................................................................... 37 謝 辭 ..................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ............................................................................................... 39 外文資料翻譯 ....................................................................................... 40 1 前 言 在地球資源日漸枯竭的今天，太陽(yáng)能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、節(jié)能、環(huán)保 型 新能源越來越受到世人的關(guān)注，各國(guó)政府或企業(yè)紛紛把可持續(xù)發(fā)展的目光投向太陽(yáng)能這一新 型 能源領(lǐng)域。由于電力電 子技術(shù)的快速發(fā)展以及人們對(duì)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電重視程度的增加，使得太陽(yáng)能 光伏并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展非常迅速。其中并網(wǎng)逆變器技術(shù)的發(fā)展在很大程度上提高了太 陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電的效率，降低了其發(fā)電成本。 目前，隨著太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)的不斷提高，國(guó)家政府的大力扶持，太陽(yáng)能的應(yīng)用也越來越廣泛，目前我們國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能的應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：通信和工業(yè)應(yīng)用，包括微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)等；農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要包括太陽(yáng)能戶用 系統(tǒng)、太陽(yáng)能照明等； 獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級(jí)太陽(yáng)能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽(yáng)能水泵，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)，如風(fēng)力發(fā)電 /太陽(yáng)能發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)等。而我國(guó)幅員遼闊，太陽(yáng)能資源也很豐富， 這對(duì)我國(guó)普及太陽(yáng)能光伏技術(shù)和利用新能源提供了有利保障?！? 國(guó)家已經(jīng)將“節(jié)能、減排”項(xiàng)目列入政府的工作范圍。 清潔能源不能等同于“新能源”。要發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，還必須少用些煤 。資料顯示，太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于 500 萬噸煤。本文選擇太陽(yáng)能作為對(duì)象來進(jìn)行 清潔能源應(yīng)用研究探討。據(jù)世界氣象組織 (WMO)和中國(guó)氣象局氣象科學(xué)研究院分析，地球上可利用的風(fēng)能資源為 200億千瓦，是地球上可利用水能的 20 倍。位于美國(guó)波特蘭的 CleanEdge公 司于 2020 年 3 月巧日發(fā)布的報(bào)告顯示，自 2020 年以來，太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)了 20 倍，安裝的太陽(yáng)能電池板價(jià)格下降了近一半。 燃料電池技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展 ，容量增大、性能提高、壽命延長(zhǎng)、價(jià)格下降是其發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)應(yīng)該以發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電為重點(diǎn)方向，加大對(duì)其的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究。中國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)能量居世界先進(jìn)行列。表 11 為我國(guó)與一些國(guó)家當(dāng)前和未來太陽(yáng)電池的累計(jì)安裝容量。 3) 2020 年 1 月 27 日，中國(guó)工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會(huì)公布的《 2020 年中國(guó)節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示， 2020 年，中國(guó)風(fēng)力發(fā)電新開工重大施工項(xiàng)目 378個(gè)，項(xiàng)目總投資額高達(dá)近 3000 億元。但是，光伏發(fā)電只靠光伏生產(chǎn)企業(yè) “一頭熱 ”顯然不夠，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須與配套系統(tǒng)步調(diào)一致才能健康發(fā)展，要統(tǒng)籌解決規(guī)劃問題、電網(wǎng)通道問題、接入標(biāo)準(zhǔn)問題、調(diào)峰配套問題，需要通 過技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究來實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的合理應(yīng)用。 表 12我國(guó)太陽(yáng)能分布情況 類別 包含地區(qū) 年累計(jì)日射量（ MJ/㎡） Ⅰ 寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海及西藏西部地區(qū) 6600～ 8400 Ⅱ 河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅 中部、青海東部、西藏東南部、新疆南部等地 區(qū) 5850～ 6600 Ⅲ 山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、 遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部等地 5000～ 5850 Ⅳ 湖南、湖北、陜西南部、江西