【正文】 正常）再正常放電或充電。 根據(jù)蓄電池充放電的性質(zhì)，可以將蓄電池的過充點(diǎn)和過放點(diǎn)分別設(shè)為 2 個(gè) 28 閥值電壓點(diǎn)，充放電過程中不停地檢測(cè)蓄電池的電壓，當(dāng)蓄電池輸出電壓低于過放電點(diǎn)時(shí)就切斷蓄電池與負(fù)載的連接停止放電，當(dāng)蓄電池的電壓高于過充點(diǎn)時(shí)切斷蓄電池與太陽(yáng)能電池的連接，停止充電。d39。 利用單片機(jī)的 AD 轉(zhuǎn)換功能不停地循環(huán)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池的輸出端就可以得到太陽(yáng)能電池的輸出功率，然后根據(jù)溫度調(diào)整負(fù)載功率，使太陽(yáng)能電池工作在最大功率點(diǎn)處。b 、 39。d 、 39?？梢钥闯觯@些工作點(diǎn)并不正好落在陣列可能提供的最大功率點(diǎn) 39。 控制器的功能除了監(jiān)測(cè)判斷是否繼續(xù)充放電，為了保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行還要對(duì)充放電過程進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)太陽(yáng)能電池方陣附近有高大建筑物或樹木時(shí)， 需要計(jì)算建筑物或前排方陣的陰影，以確定方陣間的距離或太陽(yáng)能電池方陣與建筑物的距離。最后要將輻射量換算成每日的峰值日照。 ； 26 緯度 55176。~10176。~25176。 ? 設(shè) 計(jì) 蓄 電 池 總 容 量最 大 充 電 率 設(shè) 計(jì) 光 伏 陣 列 的 峰 值 電 流 ?? ?并 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 蓄 電 池 容 量并 聯(lián) 光 伏 組 件 數(shù) 組 件 峰 值 電 流 太陽(yáng)能電池方陣傾角的確定 如果采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行太陽(yáng)能電池方陣傾角的優(yōu)化計(jì)算，要求在最佳傾角時(shí)冬天和夏天輻射量的差異盡可能小，而全年總輻射量盡可能大，二者應(yīng)當(dāng)兼顧。 ? 日 負(fù) 載蓄 電 池 日 放 電 深 度 設(shè) 計(jì) 蓄 電 池 的 總 容 量 ??日 負(fù) 載設(shè) 計(jì) 并 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 蓄 電 池 容 量 (2) 校核光伏組件方陣對(duì)蓄電池組的最大充電率 另外一個(gè)校核計(jì)算就是校核設(shè)計(jì)光伏組件方陣給蓄電池的充電率。不同的蓄電池其庫(kù)侖效率不同，通常可以認(rèn)為有 5%~10%的損失，所以保守設(shè)計(jì)中有必要將太陽(yáng)電池組件的功率增加 10%，以抵消蓄電池的耗散損失?？梢钥闯墒枪夥到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的工程上的安全系數(shù)?；居?jì)算公式如下： hh??日 平 均 負(fù) 載 （ A ）并 聯(lián) 組 件 數(shù) 量 =組 件 日 輸 出 （ A ）系 統(tǒng) 電 壓 （ V ）串 聯(lián) 組 件 數(shù) 量 =組 件 電 壓 （ V ） (2)光伏組件方陣設(shè)計(jì)的修正 太陽(yáng)電池組件的輸出，會(huì)受到一些外在因素的影響而降低，根據(jù)上述基本公式計(jì)算出的太陽(yáng)電池組件，在實(shí)際情況下通常不能滿足光伏系統(tǒng)的用電需求，為了得到更加正確的結(jié)果，有必要對(duì)上述基本公式進(jìn)行修正。一般來講，建議并聯(lián)的數(shù)目不超過 4 組。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，要盡量減少并聯(lián)數(shù)目。 23 c、指定放電率 指定放電率是考慮慢的放電率將會(huì)從蓄電池得到更多的容量。如果在嚴(yán)寒地區(qū)，就要考慮到低溫防凍問題，對(duì)此進(jìn)行必要的修正。 在設(shè)計(jì)時(shí)要使用光伏系統(tǒng)所在地區(qū)的最低平均溫度，然后從圖 9 或者是由蓄電池生產(chǎn)商提供的最大放電深度一蓄電池溫度關(guān)系圖上找到該地區(qū)使用蓄電池的最大允許放電深度。鉛酸蓄電池中的電解液在低溫下可能會(huì)凝固，隨著蓄電池的放電，蓄電池中不斷生成水稀釋電解液，導(dǎo)致蓄電池電解液的凝結(jié)點(diǎn)不斷上升，直到純水的 0℃ 。這樣，設(shè)計(jì)時(shí)需要的蓄電池容量就要比根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況 (25℃ )下蓄電池參數(shù)計(jì)算出來的容量要大，只有選擇安裝相對(duì)于 25℃ 時(shí)計(jì)算容量多的容量，才能夠保證蓄電池在溫度低于 25℃ 的情況下，還能完全提供所需的能量。通常，鉛酸蓄電池的容量是在 25℃ 時(shí)標(biāo)定的。在設(shè)計(jì)時(shí)我們要用到在蓄電池技術(shù)中常用的平均放電率的概念。這樣就會(huì)對(duì)我們的容量設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。為了得到正確的蓄電池容 量設(shè)計(jì)，上面的基本方程必須加以修正。設(shè)計(jì)蓄電池容量的基本公式如下： ?? 自 給 天 數(shù) 日 平 均 負(fù) 載 數(shù)蓄 電 池 容 量 最 大 放 電 深 度 下面介紹確定蓄電池串并聯(lián)的方法。 20 第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。此外還要考慮光伏系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)，如果在很偏遠(yuǎn)的地區(qū)，必須設(shè)計(jì)較大的蓄電池容量，因?yàn)榫S護(hù)人員要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。通?？梢詫⒐夥到y(tǒng)安裝地點(diǎn)的最 大 續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的自給天數(shù)，但還要綜合考慮負(fù)載對(duì)電 源的要求。 蓄電池設(shè)計(jì)方法 蓄電池的設(shè)計(jì)思想是保證在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍能可以正常工作。在決定要建立一個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，可按下述步驟進(jìn)行設(shè)計(jì) ：計(jì)算負(fù)載，確定蓄電池容量，確定太陽(yáng)能電池方陣容量，選擇控制器和逆變器，考慮混合 發(fā)電的問題等。由于軟件設(shè)計(jì)牽涉到復(fù)雜的太陽(yáng)輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu) 化的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般是由計(jì)算機(jī)來完成的 ； 在要求不太嚴(yán)格的情況下，也可以采取估算的辦法。 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，且軟件設(shè)計(jì)先于硬件設(shè)計(jì)。在我國(guó)西部的無電地區(qū)，很大程度依賴光伏電站提供電能。當(dāng)有日照照射、光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的交流電能超過負(fù)載所需時(shí)，多余的部分將送往電網(wǎng) ； 夜間當(dāng)負(fù)載所需電能超過光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)向負(fù)載補(bǔ)充電能。目前常用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式，其不同之處在于是否帶有蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。根據(jù)負(fù)載的需要，系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載時(shí)，太陽(yáng)能電池通過充電器對(duì)蓄電池充電 ； 當(dāng)發(fā)電量不足時(shí)，太陽(yáng)能電池和蓄電池同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。如果用戶使用的是直流負(fù)載，通過太陽(yáng)能控制器可以為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電 (由于天氣的原因，太陽(yáng)電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定 )。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。 根據(jù)式 (22)和 (24)可知，對(duì)光伏電池的輸出特性影響最 大的還是溫度和光強(qiáng)。其輸出特性如圖 23 所示，當(dāng)負(fù)載電阻較小時(shí)，工作電流較大，工作電壓較大，隨著負(fù)載電阻的逐漸增大，工作電流慢慢減小，而工作電壓則在增大。 圖 21 太陽(yáng)能光伏電池原理圖 ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ + ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ + ○ ○ + ○ ○ + P 型 PN 結(jié) 負(fù)載電阻 11 太陽(yáng)能光伏電池的特性 .1 太陽(yáng)能光伏電池的等效電路 基于單二極管模型的太陽(yáng)能光伏電池等效的等效電路如圖 22 所示： 圖 22 光伏電池的等效電路 圖 22 中各個(gè)量的具體涵義如下 ： OCU —電池板的開路電壓 ； LR —電池的外負(fù)載電阻 ； SR —串聯(lián)電阻，串聯(lián)電阻的值比較小，阻值大約為 1 歐姆 ； LI —輸出電流 ； shR —電池板的旁路電阻，一般比較大，阻值最大可達(dá)兒千歐姆 ； jC —結(jié)電容，其值很小，通常情況下 可 以忽略不計(jì) ； DI —暗 電流 ； phI —光生電流。這些新形成的電子 空穴對(duì)處于不平衡狀態(tài)，因此為了達(dá)到新的平衡狀態(tài)必須在半導(dǎo)體內(nèi)部進(jìn)行大量的復(fù)合和碰撞。 ⒋ 設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易電路來完成太陽(yáng)能發(fā)電功能。 我國(guó)《可再生能源法》的頌布，將有力促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能工業(yè)發(fā)展，特別是光伏行業(yè)，可以預(yù)見，從現(xiàn)在起，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新的高潮，在 3～5 年內(nèi)我國(guó)在太陽(yáng)電池研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)將在東部沿海地區(qū)形成一個(gè)世界級(jí)的產(chǎn)業(yè)基地，將在國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)中 占有重要的地位。 2020 年 6 月 30 日，溫家寶總理主持召開的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，討論并原則通過了 “大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的戰(zhàn)略 ”。 目前，國(guó)內(nèi)的光伏發(fā)電站建設(shè)情況主要有：甘肅敦煌 8MW 太陽(yáng)能光伏發(fā)電站； 166MW 云南石林太陽(yáng)能發(fā)電站；位于寧夏回族自治區(qū)石嘴山市的中節(jié)能尚德石嘴山 50MW 一期 10MW 發(fā)電項(xiàng)目于 2020 年國(guó)慶前夕正式并網(wǎng)投產(chǎn)，是國(guó)內(nèi)第一個(gè) 10 兆瓦級(jí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目，后續(xù)項(xiàng)目分兩期實(shí)施，于 2020 年全部建成；青海柴達(dá)木預(yù)計(jì) 2020 年將建成世界首座 GW 級(jí) (100 萬千瓦 )太陽(yáng)能電站。 近年來，已經(jīng)籌建的太陽(yáng)能光伏公司有寧波 2MW/年太陽(yáng)能電池用多晶硅片、河北保定 3MW/年多晶硅太陽(yáng)能電池、無錫 10MW/年多晶硅太陽(yáng)能電池和天津 5MW/年非晶硅太陽(yáng)能電池?zé)?。它?1 年前超過美國(guó)，成為綠色能源領(lǐng)域的領(lǐng)先者。價(jià)格從 1997年的 42～ 47 元 /W 降為 2020 年的 35～ 40 元 /W。 20 世紀(jì) 80 年代開始，中國(guó)先后引進(jìn)了一批美國(guó)的單晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)設(shè)備，使得中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)開始起步。 從世界范圍來講，光伏發(fā)電已經(jīng)完成了初期開發(fā)和示范階段，現(xiàn)在正在向大批量生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用發(fā)展，從最早作為小功率電源發(fā)展到現(xiàn)在作為公共電力的并 8 網(wǎng)發(fā)電，其應(yīng)用范圍也己遍及幾乎所有的用電領(lǐng)域。 目前，一些領(lǐng)先的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開展并運(yùn)行了一些先進(jìn)的太陽(yáng)能技術(shù)，如系統(tǒng)能效技術(shù) (一種全新的智能能源技術(shù) )、太陽(yáng)能源全息集成技術(shù)等。澳大利亞政府表示，將在太陽(yáng)能領(lǐng)域要成為全球清潔能源的領(lǐng)導(dǎo)者。 澳大利亞將建全球最大太陽(yáng)能電網(wǎng)。 德國(guó)于 1990年提出 1000屋頂發(fā)電計(jì)劃，所發(fā)出的電力全部由電力部門收購(gòu)。美國(guó)于 1973 年首先制定了政府光伏發(fā)電發(fā)展計(jì)劃，明確了近、中、遠(yuǎn)期的發(fā)展戰(zhàn)略標(biāo)。因此目前世界上許多國(guó)家將光伏發(fā)電技術(shù)放在了可再生能源技術(shù)開發(fā)的首位，紛紛制定計(jì)劃，采取措施，增加投入以推動(dòng)其發(fā)展。其中光發(fā)電 (即光伏 )的發(fā)展十分迅速，在能源結(jié)構(gòu)中所占的比重越來越大。但各地分布不均，這與各地的緯度、海拔高度、氣候條件和大氣狀況有關(guān)，根據(jù)日射強(qiáng)度可分為 5 類，見表 12。太陽(yáng)能光伏發(fā)電，這個(gè)對(duì)很多人來講，還是所謂 “陌生 ”的新生事物，尚未走進(jìn)普通百姓的生活。根據(jù)新能源振興規(guī)劃草案， 2020 年我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能光伏及核電運(yùn)行的總裝機(jī)容量將分別達(dá)到 億千瓦、 2020 萬千瓦 (20GWp)和 8000萬千瓦。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，在 2020 年中國(guó)一次能源消費(fèi)量構(gòu)成中，煤炭依然占了 69%的比重，煤炭、石油、天然氣等化石能源共占 91%的比重 ； 除水電所占 %外，風(fēng)電、 太陽(yáng)能、核能等所占份額不足 2%。 2)在節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的主題下，中國(guó)的火電、水電、核電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等在過去的兩年里都有不同尋常的表現(xiàn)。 海洋能、地?zé)崮馨l(fā)電產(chǎn)業(yè)將快速發(fā)展，城市垃圾發(fā)電技術(shù)將得到高度重視，并在世界范圍內(nèi)快速、普遍推廣。據(jù)世界能源組織((IEA)、歐洲聯(lián)合研究中心、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)， 2020 年世界光伏發(fā)電將占總電力的 1%，到 2040 年光伏發(fā)電將占全球發(fā)電量的 20%，按此推算未來數(shù)十年，全球光伏產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率將高達(dá) 25%30%。 2020 年歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì) (EWEA)與綠色和平組織發(fā)表了一份標(biāo)題為 “風(fēng)力 ”的報(bào)告，勾畫了風(fēng)電在 2020 年達(dá)到世界電量 12%的藍(lán)圖。目前，在清潔能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究中，風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界清潔能源開發(fā)利用中技術(shù)成熟、最具備開發(fā)條件、發(fā)展前景良好的項(xiàng)目，自 90 年代以來，風(fēng)電的年增長(zhǎng)率一直保持了兩位數(shù)的百分比水平。 智能化的大電網(wǎng)，電動(dòng)汽車和大規(guī)模的使用太陽(yáng)能風(fēng)能的結(jié)合，應(yīng)該是最經(jīng)濟(jì)、最有效、最環(huán)保和最可持續(xù)的能源解決方案。 風(fēng)能在世界新能源格局中的重要性不言而喻，人們對(duì)風(fēng)能的研究已經(jīng)相當(dāng)廣泛，風(fēng)能的應(yīng)用技術(shù)也日趨成熟。在化石能源的清潔化方面，我國(guó)己經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。清潔能源的研究和應(yīng)用，是我們珍愛地球、保護(hù)資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑和手段。 2 第 1 章 緒論 研究背景 切爾諾貝利核電站的創(chuàng)傷還未撫平，福島核電站的幾次爆炸又把人們的心提到了嗓子眼。 光伏發(fā)電可以從根本上解決人類的能源問題，清潔無污染、太陽(yáng)能也是可再生能源。該設(shè)計(jì)主要適合中小型光伏系 統(tǒng)，具有電路簡(jiǎn)單、功能較全等優(yōu)點(diǎn)。 I 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)分析與簡(jiǎn)易設(shè)計(jì) 摘 要 目前，太陽(yáng)能正經(jīng)歷著由補(bǔ)充能源向替代能源發(fā)展的歷史階段。 本文介紹了光伏發(fā)電的背景 ,研究了光伏發(fā)電的基本原理 ,在此基礎(chǔ)上針對(duì)項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)出一款符合要求的獨(dú)立光伏系統(tǒng) ,包括控制器基本功能的實(shí)現(xiàn)、控制器的保護(hù)功能和逆變器的主要電路設(shè)計(jì)及主程序流程。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要包括城市與建筑結(jié)合的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和大型的荒漠光伏電站，目前這類應(yīng)用尚處于試驗(yàn)示范階段。因此，光伏發(fā)電具有非常廣闊的前景。中國(guó)政府鄭重承諾到， 到 2020 年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值碳排放比 2020 年減少 40~45%。新能源系指風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能等 ； 而清潔能源也可包括可以被清潔化的的那些“不潔能源”一傳統(tǒng)的化石能源。 水電的開發(fā)會(huì)對(duì)生態(tài)造成負(fù)面影響 ； 核能會(huì)引起人們對(duì)安全的疑慮 ； 地?zé)?