【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 16 頁 共 24 頁 圖 6信號采樣原理圖 通信電路，應(yīng)用電力線載波半雙工通信方式，系統(tǒng)運(yùn)行時可通過電力線對其遠(yuǎn)程控制，只需要一臺控制設(shè)備便可對所有連接在同一輸電線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，組成大容量的分布式發(fā)電系統(tǒng)； 不間斷供電方案，通過分離并網(wǎng)接口與負(fù)載接口，應(yīng)用繼電器能夠獨立控制并網(wǎng)和負(fù)載供電，在裝置斷電時常閉繼電器將負(fù) 載與電網(wǎng)連接，不影響家庭網(wǎng)絡(luò)用電。經(jīng)高頻變換器隔離送入工頻變換器，工頻逆變器由 FPGA 直接控制，產(chǎn)生與電網(wǎng)一樣的交流電壓并通過濾波和并網(wǎng)電路并入電網(wǎng)。同時系統(tǒng)應(yīng)具備智能化自動運(yùn)行能力，無需專業(yè)操作技能，管理方便，性能穩(wěn)定。 3 并網(wǎng)逆變器 目前我國并網(wǎng)光伏一般應(yīng)用在較大型的系統(tǒng)上，在小功率并網(wǎng)逆變器的研究上投入較少，技術(shù)并不完善，缺少較好的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多并網(wǎng)逆變器都需要專業(yè)技能才能操作和管理，因此很難使光伏發(fā)電得到普及化的推廣使用。上午時角為負(fù)值，下午時角為正 值 ，例如，上午 10 時和下午 2 時的時角分別為 30176。地球自轉(zhuǎn)一周為 360176。采光組件的方位角γ：采光組件表面法線在地面上有個投影，此投影線與正南方的夾角為采光組件的方位角。該射線與地面法線的夾角叫太陽天頂角θ z.。 太陽光線入射角θ：太陽光線和采光組件表面法線之間的夾角，稱為太陽光線的入射角。秒。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 12 頁 共 24 頁 b. 時角坐標(biāo)系 以天赤道為基本圈，北天極為基本點，天赤道和子午圈在南點附近的交點為原點的坐標(biāo)系為時角坐標(biāo)系或第一赤道坐標(biāo)系，如圖 。通過天頂和太陽（任一天體） X作一大圓，叫做地平經(jīng)圈；地平交地平面于 M 點；從原點 S 沿地平圈順時針方向計量，弧 SM 為方位角γ s(地平經(jīng)度 )；弧 XM為高度角α（地平緯度），向上為正，向下為負(fù)。在北半球，春分大約是 3 月 21 日、夏至是 6 月 22 日，秋分是 9 月 23 日，而冬至是 12月 21 日。地球圍 繞太陽在一個橢圓形軌道上公轉(zhuǎn)，每公轉(zhuǎn)一周為一個太陽年、它等于 365天 5小時 48分。這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過程穩(wěn)定，應(yīng)用于目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。在視日運(yùn)動軌跡跟蹤的基礎(chǔ)上加兩個高精度傳感器。光電跟蹤靈敏度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計較為方便；但受天氣的影 響很大，如果在稍長時間段里出現(xiàn)烏云遮住太陽的情況，太陽光線往往不能照到硅光電管上，導(dǎo)致跟蹤裝置無法對準(zhǔn)太陽，甚至?xí)饒?zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動作 [12]。如果能夠在太陽高度和赤緯角的變化上都能夠跟蹤太陽就可以獲得最多的太陽能，全跟蹤即雙軸跟蹤就是根據(jù)這樣的要求而設(shè)計的。 ②焦線南北水平布置 ,東西跟蹤；③焦線東西水平布置 ,南北跟蹤。 現(xiàn)就這三種跟蹤方案做一個簡要的介紹和比較。 本系統(tǒng)的模擬光源跟蹤控制系統(tǒng)主要由 3盞日光燈（模擬早、中、晚三個時間點的日照）、太陽能模擬追日跟蹤傳感器、太陽能板 水平和俯仰傳動機(jī)構(gòu)、直流電動機(jī)（配減速箱）、三菱 FX2N可編程控制器、按鈕和繼電器等組成。 2 模擬光源跟蹤控制系統(tǒng) 系統(tǒng)工作原理： 正常情況下：光電池陣列接受光照后，光電傳感器輸出信號（電壓差）經(jīng)放大處理等（光源跟蹤信號前置電路）輸入單片機(jī)，單片機(jī)處理后發(fā)出信號給電機(jī)驅(qū)動電路，進(jìn)而驅(qū)動電機(jī) 對光電池陣列進(jìn)行水平和垂直方向的調(diào)節(jié)，以便保持同 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 9 頁 共 24 頁 太陽光垂直的角度，從而達(dá)到對太陽光的最大利用，通過當(dāng)前時鐘可以很方便的在太陽下山后（無光照時）控制光電池陣列回到初始位置，以便開始新的一天的工作。 為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇各部件。微斷開關(guān)則主要起保護(hù)作用，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時會自動跳開。 “家庭電站”是一種家庭太 陽能發(fā)電系統(tǒng)的簡稱，主要由太陽能電池板、太陽能控制器和蓄電池三部分組成。其組件經(jīng)由國際知名試驗室測試，保證輸出公率的準(zhǔn)確性。其制造簡單而成本較低。 多晶太陽能電池板是由多晶硅高效太陽能電池片、 EVA膠膜低鋼化玻璃、輕質(zhì)電鍍率金組成。 太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過程。當(dāng)光照充足時，系統(tǒng)產(chǎn)生的電力除了供給負(fù)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(fù)載需求時就由電網(wǎng)供電。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。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(yù)計到 2020年，這個價格將會降低為每千瓦時 。 我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的啟用較晚， 20世紀(jì) 90年代以來我國光伏發(fā)電快速發(fā)展。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(dá) 30年之久。到了 2022年底，這個數(shù)據(jù)達(dá)到了 。為推動西部大開發(fā)，我國也正在進(jìn)行大西部地區(qū)的太陽能發(fā)電工程建設(shè)，以改善西部生產(chǎn)條件和投資環(huán)境，促進(jìn)我國西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 將光伏陣列組件產(chǎn)生的電能儲存起來，當(dāng)光照強(qiáng)度過低或負(fù)載需求過大時，將儲存的能量釋放出來滿足負(fù)載的能量需求。 畢 業(yè) 設(shè) 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。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。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。太陽能作為一種新型的可再生能源近年來得到了廣泛的應(yīng)用，光伏并網(wǎng)技術(shù)成為有效利用太陽能發(fā)電的核心和關(guān)鍵。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。 ................................................................... 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(yīng)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(shè) 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(yán)重的環(huán)境問題。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。 關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；并網(wǎng)；逆變器 畢 業(yè) 設(shè) 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。應(yīng)用領(lǐng)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。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(shè)備，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。 控制器主要完成的工作如下：① 蓄電池的充放電保護(hù)；② 高壓斷開、低壓報警和恢復(fù)功能；③ 溫度補(bǔ)償功能；④ 短路保護(hù)；⑤ 防反接功能。 目前，歐美、日韓等發(fā)達(dá)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。截止 2022年，世界太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了 MW。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(dá)到了 %，砷化鎵光電池 更是達(dá)到 25%的轉(zhuǎn)化率。 畢 業(yè) 設(shè) 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。到 2020年之前，我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展和完善，光伏市場也將發(fā)生巨大的變化。隨著太陽能的開發(fā)和利用，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用快速成熟起來。 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)。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。太陽能電池板以多晶太陽能電池板居多。用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化鑄造固化而成。 3%，以確保每個 貨柜都為正公差。組件抗風(fēng)壓達(dá)到 2400帕，能夠抵御 120Km/h風(fēng)速，組件強(qiáng)度能抵御一般的風(fēng)沙、冰雹和雪壓。所謂逆變器是用來將發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為符合并網(wǎng)要求的交流電。對于太陽能電池而言，最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換效率，目前在實驗室所研發(fā)的硅基太陽能電池中，單晶硅電池效率為 25%，多晶硅電池效率為 %，薄膜電池效率不到 20%，非晶硅薄膜電池的效率僅為 %。其中 70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。 因地球自轉(zhuǎn)，對于同一地點而言，不同季節(jié)不同時間點，太陽光的照射角度是不一樣的，只有讓太陽能電池方陣時刻正對著太陽才能保證光照強(qiáng)度最高，因此要設(shè)計光源跟蹤系統(tǒng)，使太陽能的利用率達(dá)到最大化。 目前國內(nèi)外跟蹤太陽的主要方法可以分為三種： ①視日運(yùn)動軌跡跟蹤②光電跟蹤③視日運(yùn)動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。單軸跟蹤一般采用 :①傾斜布置東西跟蹤 。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能電池板垂直，收集太陽能的效果并不理想 [17][18]。在這些裝置中，光電管的安裝靠近采光板，調(diào)整采光板的位置使采光板對準(zhǔn)太陽、硅光電池處于陰影區(qū)；當(dāng)太陽西移時采光板的陰影偏移，光電管受到陽光直射輸出一定值的微電流，作為偏差信號，經(jīng)放大電路放大，由伺服機(jī)構(gòu)調(diào)整角度使跟蹤裝置對準(zhǔn)太陽完成跟蹤。但是，將視日運(yùn)動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合就能克服兩者的缺點。這