【正文】 述情況，采用了如圖 58 所示的方案，由 T1T4 組成的功率放大器輸出級，其中 T1 和 T3 組成一個互補對稱電路， T2 和 T4 組成另一個互補對稱電路，而電樞則接到這兩個電路的輸出端之間，形成“橋式接法”（即四個管子形成了電橋的四個臂）。在剛接通電源時，電機還沒有轉(zhuǎn)起來，它的速度反電勢為零，因此流過電樞的電流很大，這就要求起控制作用的電子管能通過較大的瞬時電流以保證快速起動；而在突然斷電時，電樞繞組的電感又將感應出較高的電壓，這就要求管 子有較高的耐壓，或者采取有效的保護措施，以免造成擊穿。相對而言，雖然無法控制直流電機的轉(zhuǎn)角，但可以控制直流電機的轉(zhuǎn)速，只要附加一個 直流電機驅(qū)動電路即可達到跟蹤控制的要求，成本很低。 表 51 比較電路輸出真值表 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 窗口電路處理信號的工作原理：當兩個光敏電阻受到的照度相同時，輸入電壓 Vi在 VREF(H)∶ VREF(L)范圍之內(nèi)，此時輸出信號為零，跟蹤平臺不動。 圖 56 電壓比較器輸入輸出波形圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 由這樣的比較器組成的一組窗口比較電路如圖 57 所示，圖中 A、 B 為比較器， C為“與非門”電路，高電平參考電壓為 VREF(H)，低電平參考電壓為 VREF(L) 。比較器的基本電路如圖 55 所示，參考電壓 VR 加于比較器的反相端，輸入信號電壓 Vi 加于比較器的同相端。由跟蹤原理知，當兩個 光敏電阻的照度差（有正有負）較小或為零時（精度范圍之外），信號處理電路是不會輸出信號的；當相應的兩個光敏電阻的照度差（有正有負）達到一定數(shù)值的時候（精度范圍內(nèi)），信號處理電路應輸出信號驅(qū)動平臺跟蹤。光敏電阻的工作原理：當入射光的照度發(fā)生改變時，電阻的電導率會隨之發(fā)生改變，表現(xiàn)出來的是電阻的阻值發(fā)生變化。如何將這些參數(shù)的變化轉(zhuǎn)化為控制信號并輸出驅(qū)動平臺轉(zhuǎn)動將是本節(jié)研究的重點。通過設置復內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 精度探測單元，使跟蹤平臺既能大范圍的搜索太陽（粗跟蹤），又能對太陽進行精確跟蹤，完全滿足太陽光線復雜多變的要求，實現(xiàn)自適應跟蹤，這一技術是整個跟蹤平臺的核心。當太陽向西偏移時， G1 和 G3 分別起作用使平臺向西跟蹤太陽，當遇到云層遮住太陽或者下雨等其它原因?qū)е绿柶x較遠時，G1 起主導作用進行較大范圍的搜索跟蹤，到一定精度后 G3 慢慢起主導作用進行精確跟蹤。其體結構見圖 54：設置一個暗筒，在暗筒外部東、南、西、北四個方向上分別布置 4 只光敏元件：其中一對光敏元件（ G G4）東西對稱安裝在暗筒外側，用來粗略的檢測太陽由東往西運動的偏轉(zhuǎn)角度即方位角；另一對光敏元件（ G G8）南北對稱安裝在暗筒外側，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角；在暗筒內(nèi)部，東、南、西、北四個方向上 也分別布置 4 只光敏元件：其中一對光敏元件（ G G3）東西對稱安裝在內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 暗筒的內(nèi)側，用來精確檢測太陽由東往西運動的偏轉(zhuǎn)角度；另一對光敏元件（ G G7）南北對稱安裝在暗筒的內(nèi)側，用來精確檢測太陽的視高度。所以，目前的這類跟蹤器雖然加上了屏蔽結構精確跟蹤太陽，但是都存在著不能大范圍搜索太陽的問題。在理論上，跟蹤器應對精度范圍內(nèi)光線的任何變化都能做出反應。 自適應復精度跟蹤平臺包括自適應復精度太陽探測單元、信號處理與控制單元、驅(qū)動平臺運行的動力單元及其機械執(zhí)行機構，其系統(tǒng)圖如下所示。 自適應復精度太陽跟蹤平臺 復精度的含義：跟蹤平臺有兩套（不同精度的）跟蹤探測單元，可大范圍搜索太陽（這稱之為粗跟蹤），一旦跟蹤到一定范圍，則啟動精確跟蹤單元對太陽進行精確跟蹤。這種情況就要求跟蹤平臺的傳感探測單元能夠在較大范圍內(nèi)反應出太陽光線的變化。 早上的復位工作可以用機械裝置來完成，但是該方法成本較高，如果采用傳感控制電路來控制跟蹤平臺完成復位，成本就不會增多。這種情況就要求傳感探測單元能夠精確反應太陽光線的變化，來實現(xiàn)高精度跟蹤。成本問題是制約太陽能運用發(fā)展的一個重要問題，如果想普及太陽能的運用，使之為市場所接受，就必須將其 價格降低到市場可以接收的范圍之內(nèi)。雖然采用計算機控制和天文時間器控制的跟蹤器精度較高，但其高昂 的成本不適合民用，所以這些跟蹤器都不在本課題的研究范圍內(nèi)。其優(yōu)點在于控制較精確，而電路也比較容易實現(xiàn)。但是，該機構只能用于單軸跟蹤，精度很低。但對于民用來說，不管是將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，還是直 接轉(zhuǎn)換成電能，采光設備的面積都較小且數(shù)量較少，用該類跟蹤器控制跟蹤不僅會造成資源浪費，其高價位也很難被廣泛接受。 2）時鐘式跟蹤器 時鐘式跟蹤器有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時法：根據(jù)太陽在太空中每內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 分鐘的運動角度，計算出太陽光接收器每分鐘應轉(zhuǎn)動的角度，從而確定出電機的轉(zhuǎn)速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應變動。利用控放裝置對此動力的釋放加以控制，慢慢釋放此轉(zhuǎn)動力，使太陽光接收器向西偏轉(zhuǎn)運動。而且瓦數(shù)越大，造價降低就越多，這是因為跟蹤所附加的部件設備，在一定的范圍內(nèi)，（比如說從 200 瓦到800 瓦）基本上沒有什么大變動的緣故。此方法既有擾動 法的跟蹤能力，又有電壓反饋法的穩(wěn)定性，減少了系統(tǒng)運行的振蕩。 該方法的原理與擾動法相似， MPPT 變換器先擾動輸入電壓值（ Upv+△ U），將測得的功率值與擾動之前功率值相比較，若功率值增加則表明擾動方向正確，一定時間間隔后再朝同一方向擾動△ U:若擾動后的功率值小于擾動前的值，則以相同的方式往相反方向擾動△ U。 電導增量法的優(yōu)點是當太陽能電池的照度發(fā)生變化時，其輸出端 電壓能以較快的方式追隨其變化，電壓波動較擾動法小；缺點是它容易受到雜波信號的干擾而造成較大的誤動作，并且跟蹤算法比較復雜，必須逐次調(diào)整以趨近于最大功率點，而無法很快調(diào)整至最大功率點，并且在跟蹤的過程中需花費相當多的時間去執(zhí)行 A/D 轉(zhuǎn)換。其流程圖如 43： 圖 43 擾動法流程圖 光伏電池列陣 DC 變換器 負載 控制器 I V 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 電導增量法 電導增量法（ Incremental conductance Algorithm）也是 MPPT 控制常用的算法，它是通過采集光伏電池端的電壓（電流），并根據(jù)其功率對電壓的變化率與輸出電壓、電流之間的關系來完成最大功率點追蹤的目的。其控制原理圖如下圖 42： 光伏電池列陣 DC 變換器 負載 控制器 V 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 圖 42 擾動法原理圖 擾動法的優(yōu)點是控制電路較簡單，被測參數(shù)少，容易實現(xiàn)，制造成本較低。此法能夠自動調(diào)節(jié) VM，但存入的數(shù)值是固定的，在設備狀態(tài)有變化時將會出現(xiàn)較大的誤差。此方法的優(yōu)點為原理簡單，易于實現(xiàn)，但是這種方法忽略了溫度對陣列開路電壓的影響，在溫差較大的場所使用效果不佳。 常用最大功率點跟蹤方法比較 光伏系統(tǒng)中的最大功率點跟蹤的控制方法很多，在許多的文獻中都有相關探討，使用不同的控制方法在其復雜程度及效果上是有很大差異的，但目前常用的方法是電壓反饋法、擾動法和電導增量法。如圖 24 所示，光伏電池的 IV 和 PV 特性曲線都對應著一定的光照強度和結溫條件，這些條件在實際應用中會不斷地變化，所以光伏電池的工作點會不斷地在各個曲線之間轉(zhuǎn)移，最大功率點也就會不斷變化位置。 之間。根據(jù)最大聚焦比的計算公式，作截斷之后，最大半接收角 θa 與 CPC 截斷聚焦比 C 之間的關系如圖 38 所示。這在實際的制作中帶來極大的方便，而且節(jié)省了材料。如果有了高精低廉的跟蹤裝置相配合，同時對目前存在的一些問題進行研究解決， 其發(fā)展前景非常廣闊。目前的菲涅爾聚光器，基本上都采用透明塑料擠壓成型 的加工方法制成，制造方法簡單，成本非常低。而且它在使用過程中還存在著反射層易脫落、隨時間推移性能明顯下降的問題。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 聚光器的選擇和開發(fā) 聚光器的選擇 影響太陽能聚光器設計的有如下幾個方面： 1)制造成本以及使用方便性 2)工作溫度及性能 3)使用壽命及維修性 在已有的理論知識基礎上設計聚光器時，首先要根據(jù)以上因素選擇聚光器的類型。 當材料和焦距確定之后，就可以根據(jù) 39 式計算離開主光軸不同距離處每一個鋸齒棱的棱角Φ。 折射式菲涅爾聚光器 菲涅爾聚光器是一種使透射的入射光折射聚焦的聚光器，聚光器一面為平面，另一面為按照一定寬度和角度設計的鋸齒棱角，如圖 35 所示，它可以設計成點聚焦式（圓盤鏡），也可以設計成線聚焦式（長條鏡）。也就是說，如果拋物鏡是理想的，投射在 CPC 開口上的在 177。 要分析 CPC 復合聚光器的性能，我們引入這樣一個常量 — θmax 入射光最大張角。所以拋物面反射鏡聚光器需要附加跟蹤裝置工作?？梢詫?5 式理解為接收器的直徑（越小損失越?。┲辽僖扔谟疫吅瘮?shù)的最大值。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 圖 33槽形拋物面反射鏡局部光路分析圖 由 32 式可知，接收器的直徑的大小是由聚光比決定的。在槽形拋物面反射鏡中，接收器通常為圓管；聚焦旋轉(zhuǎn)拋物面聚光器的吸收器可以是球體、圓板、也可以是空 腔球體。同時根據(jù)經(jīng)驗可知，聚光比越高，聚光器的成本相對也就越貴。 聚光比 聚光器的聚光比，是反映聚光器聚光性能的一個重要參數(shù)，在研究聚光器之前，首先要介紹一下太陽能聚光器的聚光比。 圖 27 不同溫度下的光伏特性 （ a）光伏電池的伏安曲線；（ b）光伏電池的功率電壓曲線 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書 第三章 光伏發(fā)電系統(tǒng)中聚光器的研究與設計 太陽能聚光器的工作原理：利用光學系統(tǒng)（反射或折射器）使較大面積的入射光聚集在較小面積上，提高單位面積上的入射光強度。而這個結論就為提高轉(zhuǎn)換效率提供了一種途徑：可以通過加裝聚光器來加強光照強度，從而減少光伏電池的使用，降低光伏發(fā)電的成本。光強從 2001000W/m2開路電壓變化比較平穩(wěn)。 M 點所對應的電流 IM 為最佳工作電流， VM 為最佳工作電壓， PM 為最大輸出功率，由圖和公式還可以看出，光伏電池不工作于最大功率點時，其效率都低于按此定義的效率值，甚至會低到零。 （ VM）：在給定日照和溫度下相應 于最大功率點的電壓。在 PV 特性曲線中，可以看出隨著端電壓由零逐漸增長輸出功率先上升然后下降，說明存在一個端電壓值，在其附近可獲得最大功率輸出，跟 IV 曲線說明了同一個問題，這為光伏發(fā)電控制方法的改進提供了途徑。在一定的光強的照射下，特性曲線完全由電池的 PN 結特性和電阻分散參數(shù)確定。 光伏電池的輸出特性及其影響因素 光伏電池的輸出特性包括伏安特性、溫度特性和光譜特性，其中伏安特性和溫度特性主要通過 IV 和 PV 特性曲線來加以體現(xiàn)。 e x p 1Lo qVI I I n K T????? ? ????????? (21) 其中 I 為電池單元輸出電流； IL 為 PN 結電流（ A）； IO 為二極管的反向飽和電流（ A）； V 為外加電壓（ V）； q 是單位電荷 （ 10 19? k 庫侖）； K 是玻耳茲曼常數(shù)（ 10 23? J/K）； T 是絕對溫度（ K）； n 為二極管指數(shù) [5]。 圖 21單個光伏電池的模型和外觀 光伏電池的物理模型 光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。 圖 21 為光 伏電池的單元模型和外觀。如將 PN 結與外電路接通，只要光照不停止，就會不斷地有電流流過電路，PN 結起了電源的作用，這就是光電池的基本工作原理。例如，當光照射到由 P 型和 N 型兩種不同導電類型的同質(zhì)半導體材料構成的 PN 結上時，在一定條件下，光能被半導體吸收后，在導帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子 — 電子和空穴。它的種類很多，大致可分為硅光伏電池、化合物半導體光伏電池。 ，獲得最大功率輸出，對光伏電池輸出最大功率點的跟蹤方法進行簡單研究。如果有自動跟蹤裝置，也是由同一個控制器進行集中控制，來跟蹤太陽位置的變化。光伏電池產(chǎn)生的電流通過 DC/DC 變換裝置可以直接供 給各種直流負載，同時為儲能裝置充電。要把 20xx 年奧運會辦成最成功的一屆奧運會， 光 伏發(fā)電應用必然要擔當一個重要的角色，在奧運村和運動場館規(guī)劃中，太陽能利用及光伏發(fā)電站的建設均占主要的地位[4]。 20xx 年 11 月，由國家計委組織實施的 “ 西部省份無電鄉(xiāng)通電工程光伏發(fā)電站 （ 含風光互補發(fā)電站 ） 建設項目 ” 正式啟動，該項目是 “ 中國光明工程 ” 計劃的重要組成部分，涉及青海省、新疆維吾爾自治區(qū)、西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、四川省、陜西省等七省區(qū)。但是日照時間 長，日射強度大，為光伏發(fā)電提供了得天獨厚的優(yōu)勢。 1999 年世界光 伏電 池總產(chǎn)量為 202MW， 20xx 年增為 375MW，隨著美國 “ 百萬個太陽屋頂計 劃”、“歐洲可再生能源白皮書”和“日本新陽光計劃”的實施，到 20xx 年世 界光伏電池容量將達 20xx0MW。最小的太陽能成套設備發(fā)電出力為 150W，包括安裝費在內(nèi)的零售價 是 290 美元，占澳大利亞普通家庭每年耗電量的 5%，每年可減少溫室氣體排放 350kg。 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 上個世紀的 70 年代，由于兩次石油危機的影響，光伏發(fā) 電在發(fā)達國家受到 高度重視，發(fā)展較快。安裝 1KW 光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年可少排放 二氧化碳 6