【正文】 ....................................... 12 3太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其影響因素 ............................................................... 15 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 ............................................................................ 15 太陽能光伏電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................. 15 太陽能光伏電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ................................................................. 16 太陽能光伏電源系統(tǒng)的影響因素 ............................................................................ 18 4 太陽能應(yīng)用及在我國的分布狀況 ……………………………………………………………………… .19 5 總結(jié) ...................................................................................................................................... 21 致謝 .............................................................................................................................................. 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................... 摘要 光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。 太陽能光伏發(fā)電具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來正在飛速發(fā)展。根據(jù)這個(gè)簡易系統(tǒng)研究分析了太陽能光伏電源的影響因素，合理優(yōu)化了系統(tǒng)的配置，以提高系統(tǒng)的性能，最終提高了太陽能的轉(zhuǎn)換效率。因此快速的工業(yè)化進(jìn)程和巨大的消費(fèi)性需求使我國對(duì)資源對(duì)外具有很強(qiáng)的依賴性。它由太陽能電池方陣、充電放電控制器、蓄電池組、直流 /交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖 21所示。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個(gè)高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個(gè)自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降。一個(gè)組件上，太陽能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是 36 片，能提供大約 17V 電壓，正好能為額定電壓為 12V 的蓄電池進(jìn)行有效的充電。太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性，在組件的輸出功率達(dá)到最大點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓 Vm（又稱為最大工作電壓）；該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流 Im（又稱為最大工作電流）；該點(diǎn)的功率稱為最大功率 Pm。通過一種 繼 電 器或 電 子 開 關(guān) 連 結(jié) 負(fù)載 ，可在 某 給 定低 壓點(diǎn) 自 動(dòng) 切 斷 負(fù)載 。 （ 5） 溫度 補(bǔ) 償 功能 ：當(dāng)蓄 電池 溫度 低于 ２５ ℃時(shí) ， 蓄 電池應(yīng)要 求 較高的充電電 壓 ，以便完 成充電過程。 （ 2） 串聯(lián) 型 控 制 器： 利用 機(jī)械 繼 電 器控 制充電過程，并在 夜 間切 斷光伏 陣列 。 （ 5） 最 大功率 跟蹤 型 控 制 器：將 太陽電池的電 壓 U和電流 I檢測(cè)后 相 乘 得 到功率 P， 然后判 斷太陽電池 此時(shí) 的 輸 出 功率 是 否 達(dá) 到 最 大， 若 不在 最 大功率 點(diǎn) 運(yùn) 行， 則調(diào) 整脈 寬， 調(diào)制 輸 出 占空比 D， 改 變充 電電流，再 次 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí)采 樣 ，并作 出是 否 改 變 占空比 的 判 斷，通過這 樣尋 優(yōu) 過程可 保證 太陽電池始 終 運(yùn) 行在 最 大功率 點(diǎn) ，以充分利用太陽電池方 陣 的輸 出 能 量 。 （ 2） 串聯(lián) 型充 放 電 控 制 器： 串聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 和并 聯(lián) 型充 放 電 控 制 器 電路結(jié) 構(gòu) 相 似 ， 唯 一區(qū) 別 在于開 關(guān)器件T1的 接法 不 同 ，并 聯(lián) 型 T1并 聯(lián) 在太陽電池方 陣輸 出 端 ， 而 串聯(lián) 型 T1是 串聯(lián) 在充電 回 路中。 鉛酸蓄電池組的結(jié)構(gòu) 鉛酸蓄 電池主要由 正極 板 組 、 負(fù) 極 板 組 、 隔 板 、 容 器 、電 解 液 及 附 件 等部分 組 成。 材 料有 木 質(zhì) 、 塑 料、 硬 橡膠 、 玻璃絲 等， 現(xiàn) 大多 采 用 微孔 聚 氯乙烯塑 料。 當(dāng)外 電路 接 近兩 極時(shí) ， 氧 化還 原反 應(yīng) 就在電 極上進(jìn) 行，電 極上 的 活 性物 質(zhì)就 分 別 被 氧 化還 原 了，從 而釋放出 電能，這一過程 稱為 放 電過程。 實(shí)際 上 ，電池的 端 電 壓 隨充電和 放電的過程 而 變化。這種 對(duì) 應(yīng)于 整 流的 逆 向過程， 被 稱 之 為 “ 逆變 ” 由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是必不可少的。 （ 2） 正弦波逆 變 器： 正弦波逆 變 器 輸 出 的交流電 壓 波形 為 正弦波 。目 前 光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)， 許 多電站無人 值守 和 維護(hù) ，這 就 要 求逆 變 器 具有合 理 的電路結(jié) 構(gòu) ， 嚴(yán)格 的 元 器件 篩 選 ，并要 求逆 變 器 具備各種 保護(hù) 功能， 如 輸 入 直 流 極性接反 保護(hù) ，交流 輸 出 短 路 保護(hù) ，過 熱 、過 載保護(hù) 等。 3％ 或177。 額 定 輸 出 容 量 表 征 逆 變 器 向 負(fù)載 供電的能力。 輸 出 電 壓穩(wěn)定 度 表 征 逆 變 器 輸 出 電 壓 的 穩(wěn)壓 能力。 （ 5） 額 定 輸 出 頻 率 ： 逆 變 器 輸 出 交流電 壓 的 頻 率應(yīng) 是 一個(gè)相 對(duì) 穩(wěn) 定的 值 ，通常為工 頻 50Hz。 （ 8） 額 定 逆 變 輸 出效 率 ： 整 機(jī)逆 變 效 率高 是 光伏發(fā)電用 逆 變 器 區(qū) 別 于通用型 逆 變 器 的一個(gè)顯 著 特點(diǎn) 。 逆 變 器效 率的高低 對(duì) 光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有 效 發(fā)電 量 和降低發(fā)電成本有著 重 要 影響 。 逆 變 器 應(yīng) 保證 在 額 定 負(fù)載 下可 靠起動(dòng) 。其 缺 點(diǎn) 是 變 壓 器利用率低， 帶動(dòng) 感 性 負(fù)載 的能力較 差 。 采 用 該 電路結(jié) 構(gòu) ， 使逆 變電路功率 密 度 大大提高， 逆 變 器 的 空載 損耗 也相應(yīng)降低， 效 率 得 到提高。其中主程序模塊完成系統(tǒng)的初始化，各單元賦初值，判斷有無運(yùn)行信號(hào)及對(duì)各種故障的判斷。 （ 2）太陽能電池方陣中電池組件串聯(lián)數(shù)的計(jì)算公式： Ns =UR / UOC = ( Uf + UD + Uc )/ UOC UR ：太陽電池方陣輸出最小電壓； UOC ：太陽能電池組件的最佳工作電壓； Uf ：蓄電池浮充電壓； UD ：二極管壓降，一般取 ； Uc ：其它因素引起的壓降。該芯片內(nèi)帶 6 通道 10 位 A/ D 轉(zhuǎn)換器 ,8 kB閃速存儲(chǔ)器 ,521 B 的 E2 PROM 存儲(chǔ)器 ,可內(nèi)外部中斷 ,C 語言編程 ,每個(gè) I/ O 口可提供 40 mA 的電流 。 TL494 的 8 腳和 11 腳作并聯(lián)輸出 PWM 信號(hào)來控制場(chǎng)效應(yīng)管 Q1 ,以維持恒流充電時(shí)電流恒定或在恒壓充電時(shí)的電壓恒定。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。 （ 7） 太陽能建筑 將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大 型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。在全部輻射能中，波長在 ～ 4μm 之間的占 99%以上，且主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占 太陽輻射 總 能量 的約 50%，后者占約 43%，紫外區(qū)的太陽輻射能很少，只占總量的約 7%。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源可以無處不在。 2021 級(jí)蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 4 總結(jié) 光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接 轉(zhuǎn)化為電能。 太陽電磁輻射中 99． 9%的 能量 集中在紅外區(qū)、可見光區(qū)和紫外區(qū)。 （ 4） 石油、海洋、氣象領(lǐng)域 2021 級(jí)蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象 /水文觀測(cè)設(shè)備等 （ 5） 家庭燈具電源 如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。 （ 4）太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到電池本身的溫度、太陽光強(qiáng)和蓄電池電壓浮動(dòng)的影響。另一個(gè)誤差放大器作恒流調(diào)節(jié)器 ,從 16 腳輸入給定電流信號(hào)與恒流充電時(shí)的反饋電流信號(hào)之偏差 ,15 腳和 3 腳間引入阻容校正 ,構(gòu)成 PI 調(diào)節(jié)器。開關(guān)模式信號(hào)是利用正弦波參考信號(hào)與一個(gè)三角載波信號(hào)互相比較來生成的，主要有單極性和雙極性兩種類型，在開關(guān)頻率相同的情況下，由于雙極性 SPWM 控制產(chǎn)生的正弦波，其中的諧波含量和開關(guān)損耗均大于單極性，故本系統(tǒng)采用的是單極性 SPWM控制。 圖 32系統(tǒng)充電主程序流程圖 2021 級(jí)蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 太陽能光伏電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)包括：蓄電池組容量的設(shè)計(jì)，太陽能電池方陣的設(shè)計(jì)，逆變電路的設(shè)計(jì)，充放電控制電路的設(shè)計(jì)等。 太陽能光伏電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載用電量的計(jì)算，太陽能電池方陣面輻射量的計(jì)算，太陽能電池、蓄電池用量的計(jì)算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽能電池方陣安裝傾角的計(jì)算等。 圖 25 推 挽 式 逆 變 器 電路 原理 框 圖 圖 26 全 橋 逆 變 器 電路 原理 框 圖 圖 27為高 頻 升 壓 電路，由于 推 挽 電路和全 橋 電路的 輸 出都必須 加 升 壓 變 壓 器 ， 而工 頻 升 壓 變 壓 器 體 積 大， 效 率低， 價(jià)格 也較 貴 ，隨著電力電 子 技術(shù)和 微 電 子 技術(shù)的發(fā)展，采 用高 頻 升 壓 變 換 技術(shù) 實(shí)現(xiàn) 逆 變，可 實(shí)現(xiàn) 高功率 密 度逆 變。 圖 25所示的 推 挽 電路， 將升 壓 變 壓 器 的中 心 抽 頭 接 于 正 電源，兩 只 功率 管 交替工作， 輸 出 得 到交流電 輸 出 。 ② 過電流 保護(hù) ：逆 變 器 的過電流 保護(hù) ，應(yīng)能 保證 在 負(fù)載 發(fā)生 短 路 或 電流 超 過 允 許 值 時(shí)及 時(shí) 動(dòng) 作， 使 其 免 受 浪涌 電流的 損 傷 。2021 級(jí)蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 容 量 較大的 逆 變 器 還應(yīng) 給 出 滿負(fù)荷 效 率 值 和低 負(fù)荷 效 率 值 。有 些逆 變 器 產(chǎn)品 給出 的 是 額 定 輸 出 容 量 ，其 單位 以 VA 或 kVA 表示。 （ 4） 輸 出 電 壓 的 波形 失 真 度： 當(dāng)逆 變 器 輸 出 電 壓 為 正弦波時(shí) ，應(yīng)規(guī)定 允 許 的 最 大 波形 失 真 度 （ 或 諧 波 含 量 ）。 蓄 電池 端 電 壓 的 起 伏可 達(dá) 標(biāo)稱 電 壓 的 30％ 左右 。 10％ 。