【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(gè)互補(bǔ)對稱電路， T2 和 T4 組成另一個(gè)互補(bǔ)對稱電路，而電樞則接到這兩個(gè)電路的輸出端之間，形成“橋式接法”（即四個(gè)管子形成了電橋的四個(gè)臂）。在剛接通電源時(shí)，電機(jī)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(shí)電流以保證快速起動；而在突然斷電時(shí)，電樞繞組的電感又將感應(yīng)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(hù)措施，以免造成擊穿。相對而言，雖然無法控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)角，但可以控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，只要附加一個(gè) 直流電機(jī)驅(qū)動電路即可達(dá)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 窗口電路處理信號的工作原理：當(dāng)兩個(gè)光敏電阻受到的照度相同時(shí)，輸入電壓 Vi在 VREF(H)∶ VREF(L)范圍之內(nèi)，此時(shí)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dāng)兩個(gè) 光敏電阻的照度差（有正有負(fù)）較小或?yàn)榱銜r(shí)（精度范圍之外），信號處理電路是不會輸出信號的；當(dāng)相應(yīng)的兩個(gè)光敏電阻的照度差（有正有負(fù)）達(dá)到一定數(shù)值的時(shí)候（精度范圍內(nèi)），信號處理電路應(yīng)輸出信號驅(qū)動平臺跟蹤。光敏電阻的工作原理：當(dāng)入射光的照度發(fā)生改變時(shí)，電阻的電導(dǎo)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(diǎn)。通過設(shè)置復(fù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jìn)行精確跟蹤，完全滿足太陽光線復(fù)雜多變的要求，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)跟蹤，這一技術(shù)是整個(gè)跟蹤平臺的核心。當(dāng)太陽向西偏移時(shí)， G1 和 G3 分別起作用使平臺向西跟蹤太陽，當(dāng)遇到云層遮住太陽或者下雨等其它原因?qū)е绿柶x較遠(yuǎn)時(shí)，G1 起主導(dǎo)作用進(jìn)行較大范圍的搜索跟蹤，到一定精度后 G3 慢慢起主導(dǎo)作用進(jìn)行精確跟蹤。其體結(jié)構(gòu)見圖 54：設(shè)置一個(gè)暗筒，在暗筒外部東、南、西、北四個(gè)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(cè)，用來粗略的檢測太陽由東往西運(yùn)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(cè)，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(gè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 暗筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽由東往西運(yùn)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(cè)，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(jié)構(gòu)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(yīng)對精度范圍內(nèi)光線的任何變化都能做出反應(yīng)。 自適應(yīng)復(fù)精度跟蹤平臺包括自適應(yīng)復(fù)精度太陽探測單元、信號處理與控制單元、驅(qū)動平臺運(yùn)行的動力單元及其機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其系統(tǒng)圖如下所示。 自適應(yīng)復(fù)精度太陽跟蹤平臺 復(fù)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(jìn)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(yīng)出太陽光線的變化。 早上的復(fù)位工作可以用機(jī)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(fù)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(yīng)太陽光線的變化，來實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤。成本問題是制約太陽能運(yùn)用發(fā)展的一個(gè)重要問題，如果想普及太陽能的運(yùn)用，使之為市場所接受，就必須將其 價(jià)格降低到市場可以接收的范圍之內(nèi)。雖然采用計(jì)算機(jī)控制和天文時(shí)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(diǎn)在于控制較精確，而電路也比較容易實(shí)現(xiàn)。但是，該機(jī)構(gòu)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(shè)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(fèi)，其高價(jià)位也很難被廣泛接受。 2）時(shí)鐘式跟蹤器 時(shí)鐘式跟蹤器有單軸和雙軸兩種形式，其控制方法是定時(shí)法：根據(jù)太陽在太空中每內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 分鐘的運(yùn)動角度，計(jì)算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度，從而確定出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應(yīng)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(yùn)動。而且瓦數(shù)越大，造價(jià)降低就越多，這是因?yàn)楦櫵郊拥牟考O(shè)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(yùn)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(shí)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(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)太陽能電池的照度發(fā)生變化時(shí)，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??；缺點(diǎn)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(fù)雜，必須逐次調(diào)整以趨近于最大功率點(diǎn)，而無法很快調(diào)整至最大功率點(diǎn)，并且在跟蹤的過程中需花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)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(fù)載 控制器 I V 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)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(guān)系來完成最大功率點(diǎn)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(fù)載 控制器 V 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 42 擾動法原理圖 擾動法的優(yōu)點(diǎn)是控制電路較簡單，被測參數(shù)少，容易實(shí)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(shè)備狀態(tài)有變化時(shí)將會出現(xiàn)較大的誤差。此方法的優(yōu)點(diǎn)為原理簡單，易于實(shí)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(diǎn)跟蹤方法比較 光伏系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)跟蹤的控制方法很多，在許多的文獻(xiàn)中都有相關(guān)探討，使用不同的控制方法在其復(fù)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(dǎo)增量法。如圖 24 所示，光伏電池的 IV 和 PV 特性曲線都對應(yīng)著一定的光照強(qiáng)度和結(jié)溫條件，這些條件在實(shí)際應(yīng)用中會不斷地變化，所以光伏電池的工作點(diǎn)會不斷地在各個(gè)曲線之間轉(zhuǎn)移，最大功率點(diǎn)也就會不斷變化位置。 之間。根據(jù)最大聚焦比的計(jì)算公式，作截?cái)嘀?，最大半接收?θa 與 CPC 截?cái)嗑劢贡?C 之間的關(guān)系如圖 38 所示。這在實(shí)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(shí)對目前存在的一些問題進(jìn)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(shí)間推移性能明顯下降的問題。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的有如下幾個(gè)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(chǔ)上設(shè)計(jì)聚光器時(shí)，首先要根據(jù)以上因素選擇聚光器的類型。 當(dāng)材料和焦距確定之后，就可以根據(jù) 39 式計(jì)算離開主光軸不同距離處每一個(gè)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(shè)計(jì)的鋸齒棱角，如圖 35 所示，它可以設(shè)計(jì)成點(diǎn)聚焦式（圓盤鏡），也可以設(shè)計(jì)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(fù)合聚光器的性能，我們引入這樣一個(gè)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。可以將35 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第三章 光伏發(fā)電系統(tǒng)中聚光器的研究與設(shè)計(jì) 太陽能聚光器的工作原理：利用光學(xué)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(qiáng)度。而這個(gè)結(jié)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(qiáng)光照強(qiáng)度，從而減少光伏電池的使用，降低光伏發(fā)電的成本。光強(qiáng)從 2001000W/m2開路電壓變化比較平穩(wěn)。 M 點(diǎn)所對應(yīng)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(diǎn)時(shí)，其效率都低于按此定義的效率值，甚至?xí)偷搅恪? （ VM）：在給定日照和溫度下相應(yīng) 于最大功率點(diǎn)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(gè)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(gè)問題，這為光伏發(fā)電控制方法的改進(jìn)提供了途徑。在一定的光強(qiáng)的照射下，特性曲線完全由電池的 PN 結(jié)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(jié)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(gè)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(jié)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(jié)起了電源的作用，這就是光電池的基本工作原理。例如，當(dāng)光照射到由 P 型和 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 PN 結(jié)上時(shí)，在一定條件下，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價(jià)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(dǎo)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(diǎn)的跟蹤方法進(jìn)行簡單研究。如果有自動跟蹤裝置，也是由同一個(gè)控制器進(jìn)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(fù)載，同時(shí)為儲能裝置充電。要把 20xx 年奧運(yùn)會辦成最成功的一屆奧運(yùn)會， 光 伏發(fā)電應(yīng)用必然要擔(dān)當(dāng)一個(gè)重要的角色，在奧運(yùn)村和運(yùn)動場館規(guī)劃中，太陽能利用及光伏發(fā)電站的建設(shè)均占主要的地位[4]。 20xx 年 11 月，由國家計(jì)委組織實(shí)施的 “ 西部省份無電鄉(xiāng)通電工程光伏發(fā)電站 （ 含風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站 ） 建設(shè)項(xiàng)目 ” 正式啟動，該項(xiàng)目是 “ 中國光明工程 ” 計(jì)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(shí)間 長，日射強(qiáng)度大，為光伏發(fā)電提供了得天獨(dú)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(gè)太陽屋頂計(jì) 劃”、“歐洲可再生能源白皮書”和“日本新陽光計(jì)劃”的實(shí)施，到 20xx 年世 界光伏電池容量將達(dá) 20xx0MW。最小的太陽能成套設(shè)備發(fā)電出力為 150W，包括安裝費(fèi)在內(nèi)的零售價(jià) 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(gè)世紀(jì)的 70 年代，由于兩次石油危機(jī)的影響，光伏發(fā) 電在發(fā)達(dá)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