【正文】 光伏生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，掌握技術(shù)的主導(dǎo)權(quán)是相當(dāng)重要的問題。但現(xiàn)在光伏發(fā)電的成本還是很高的，這就限制了光伏發(fā)電的商業(yè)化運(yùn)行。2002年由國家法改委負(fù)責(zé)實(shí)施的“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程以及2006年實(shí)施的送電到村工程均采用了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當(dāng)電網(wǎng)因故停電時(shí)可緊急供電。光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元/瓦以下。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1959年，第一個(gè)多晶硅光伏電池問世，效率達(dá)5%。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏特效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。同年美國科學(xué)家韋克爾（Weichel）首次發(fā)現(xiàn)了坤化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦時(shí)，%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，1012千瓦小時(shí)，相當(dāng)于世界上能耗的40倍。世界光伏組件在1990年——2005年年平均增長率約15%。獨(dú)立光伏電站包括邊遠(yuǎn)地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽能戶用電源系統(tǒng)，通信信號電源、陰極保護(hù)、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。中國地處北半球，南北距離和東西距離都在5000公里以上。經(jīng)過30多年的努力，21世紀(jì)初迎來了快速發(fā)展的新階段。 　　2009年6月，由中廣核能源開發(fā)有限責(zé)任公司、競標(biāo)成功我國首個(gè)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目——甘肅敦煌10兆瓦并網(wǎng)光伏發(fā)電場項(xiàng)目，標(biāo)志著該上網(wǎng)電價(jià)不僅將成為國內(nèi)后續(xù)并網(wǎng)光伏電站的重要基準(zhǔn)參考價(jià)，同時(shí)亦是國內(nèi)光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策出臺、國家大規(guī)模推廣并網(wǎng)光伏發(fā)電的重要依據(jù)。此外多晶硅產(chǎn)能有過剩的傾向，行業(yè)的調(diào)控和規(guī)范有待加強(qiáng)。 “中國現(xiàn)在實(shí)際上面臨的是細(xì)的政策沒有到位，第一，光伏的振興規(guī)劃還沒有公布；第二，上網(wǎng)電價(jià)還沒有出臺；第三，金太陽工程補(bǔ)貼資金不足，企業(yè)不賺錢；第四，電力公司的服務(wù)和監(jiān)管嚴(yán)度差，企業(yè)出臺的標(biāo)準(zhǔn)有很多和國際慣例不相匹配，而且給用戶增加了很多負(fù)擔(dān)。在中國，“綠色奧運(yùn)”、“村村通”等工程的實(shí)施，將使光伏電池在國內(nèi)的銷售急劇增長。根據(jù)當(dāng)?shù)靥柸照諚l件、電源設(shè)施及用電負(fù)載的特性，利用太陽能資源建設(shè)光伏的發(fā)電統(tǒng)，既節(jié)能環(huán)保，又能避免（遠(yuǎn)離市電電源的用電負(fù)載）采用市電鋪設(shè)電纜的巨大投資，是具有先進(jìn)性的電源建設(shè)方案。所設(shè)計(jì)的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，在使用過程中應(yīng)不需要任何人工的操作，控制器可以根據(jù)太陽能電池組件和蓄電池的容量情況控制負(fù)載端的輸出，所有功能都由微處理器自動(dòng)控制，還應(yīng)能實(shí)時(shí)檢測太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)，定時(shí)或?qū)崟r(shí)采集光伏發(fā)電系統(tǒng)主要部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)并上傳至控制中心，通過計(jì)算機(jī)分析，實(shí)行掌握設(shè)備的工作狀況。在北半球，光伏電池組件朝南正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0176。目前有的觀點(diǎn)認(rèn)為陣列傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥葹樽畲?，但是這樣使得夏天光伏電池組件發(fā)電量往往過盈而造成的浪費(fèi)，冬天時(shí)發(fā)電量又往往不足而使蓄電池處于充電狀態(tài)；也有觀點(diǎn)認(rèn)為所取光伏陣列傾斜角應(yīng)使全年輻射量最弱的月份能得到最大的太陽輻射量為好，推薦光伏陣列傾斜角在當(dāng)?shù)鼐暥鹊幕A(chǔ)上再增加15176。 離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)的一個(gè) 主要原則就是設(shè)計(jì)的光伏陣列容量要滿足平均天氣條件下負(fù)載的每日用電需求，因?yàn)樘鞖鈼l件有低于和高于平均值的情況，所以要保證光伏電池組件和蓄電池在天氣條件有別于平均值的情況下協(xié)調(diào)工作。但這也意味著每年都有將近一半的時(shí)間蓄電池處于虧電狀態(tài)。并網(wǎng)型光伏發(fā)電包括如下幾種形式：①不可調(diào)度式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)；②可調(diào)度式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)；③并網(wǎng)光伏發(fā)電混合系統(tǒng)對于上述并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的任何一種形式，通常選傾斜角值為當(dāng)?shù)氐木暥戎怠＃?） 如果光伏電池組件產(chǎn)生的電能不夠用，則將自動(dòng)啟用市電給本地負(fù)載供電。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、直流防雷匯流箱、充放電控制器、蓄電池組、逆變器、交流配電柜、防雷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成；其中光伏電池組件的配置根據(jù)容量大小、電池類型、電池型號、光照條件以及所在地等綜合考慮進(jìn)行確定；直流匯流箱根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，逆變器以及交流配電柜的配置根據(jù)負(fù)載確定；防雷系統(tǒng)根據(jù)防雷要求進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)；監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量以及需求進(jìn)行選配，如圖 81所示。Aa為方陣面積，通常是指方陣邊框的實(shí)際面積。一方面這會使整個(gè)回路的輸出電流減小為該遮擋部分的電流，另一方面，被遮擋部分的太陽能電池將作為耗能器件，以發(fā)熱方式將其他未遮擋太陽能電池串所產(chǎn)生的多余能量消耗掉，而且長時(shí)間的陰影會造成組件出現(xiàn)“熱斑”效應(yīng)，局部溫度的升高很可能燒壞太陽能電池組件。對于光伏陣列這種特殊的發(fā)電形式我們這樣來定義其功率輸出能力，即用當(dāng)它處于滿日照 （日照強(qiáng)度為100mW/cm178。按照文獻(xiàn)[5]對光伏電池等值電路模型的分類有三種，其中最為精確，應(yīng)用最廣的是第三種，如式（1）所列。本文也對其精度進(jìn)行仿真比較，結(jié)果符合世界上多數(shù)光伏電池廠商提供光伏電池參數(shù)要求。推導(dǎo)過程如下：如果按標(biāo)準(zhǔn)取參考光強(qiáng)和溫度，光伏電池的運(yùn)行光強(qiáng)和溫度與參考值的差有以上定義為ΔS、ΔT。從而可以得到光伏電池運(yùn)行電壓和電流的輸出值與參考值間的關(guān)系函數(shù)式見式（14）和（15）。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其輸入通常是太陽能電池或儲能裝置如蓄電池組等。開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間ton與開關(guān)周期Ts之比定義為開關(guān)的導(dǎo)通占空比δ，即 δ=ton/Ts式中，ton為開關(guān)每次接通的時(shí)間；Ts為開關(guān)通斷的工作周期（即開關(guān)接通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff之和）。（2） 脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation,簡記為PFM） 脈沖頻率調(diào)制方式是指導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過改變開關(guān)工作頻率來改變占空比的方式，因?yàn)閠on/Ts可以在很寬的范圍內(nèi)變化，輸出電壓的可調(diào)范圍較PWM方式更大。本節(jié)首先討論降壓型、升壓型、降升壓型和庫克型等不隔離型變換電路，然后討論單端正激、單端反激、半橋和全橋型四種隔離型直流變換電路。它和PWM型控制電路的差別僅在于；PWM型電路必須要有恒頻振蕩器和V/W電路，而PFM型電路則一定要有恒定脈寬發(fā)生電路，以及“電壓/頻率轉(zhuǎn)換”電路（簡稱V/F電路）。MC9S08JM60單片機(jī)的主要特點(diǎn)概述如下：①4K片內(nèi)RAM；60K片內(nèi)Flash程序存儲器；256B USB RAM，具有在線編程能力和保密功能。但控制電路屬于弱電信號(，輸出電流在毫安級)，主電路為功率電路，控制電路出來的信號對于直接驅(qū)動(dòng)功率器件無能為力，而且為了系統(tǒng)能安全、可靠的運(yùn)行，控制電路還必須和主電路實(shí)現(xiàn)良好的電氣隔離。C19為原邊隔直電容，阻止直流分量通過，避免變壓器直流磁化而飽和。1. 直流電壓采樣電路，因?yàn)榭刂撇糠謱χ绷麟妷簷z測結(jié)果的精度要求不高，所以采用電阻分壓的法，這種方法簡單，成本低。4. 交流電流采樣電路因?yàn)镈SP的A/D轉(zhuǎn)換采樣電平只能為正，所以需要添加一個(gè)加法電路，將交流信號全部變?yōu)檎？偫▉碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動(dòng)任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。如一臺逆變器輸入了100瓦的直流電，輸出了90瓦的交流電，那么，它的效率就是90％。　?。?）在負(fù)載突變（額定負(fù)載0％→50％→100％）或有其他干擾因素影響的動(dòng)態(tài)情況下，其輸出電壓偏差不應(yīng)超過額定值的177。１％以內(nèi)。　　保護(hù)　?。ǎ保┻^電壓保護(hù)：對于沒電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過電壓防護(hù)措施，以使負(fù)截免受輸出過電壓的損害。但當(dāng)逆變器的負(fù)載不是純阻性時(shí)，也就是輸出功率小于１時(shí)，逆變器的負(fù)載能力將小于所給出的額定輸出容量值。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?！　τ诖蠊β使夥l(fā)電系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的波形失真度和噪聲水平等技術(shù)性能也十分重要。蓄電池端電壓的起伏可達(dá)標(biāo)稱電壓的30％左右?！　。?）應(yīng)具有良好的過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能。這樣，即使逆變器出現(xiàn)故障，也可迅速恢復(fù)正常。該方法有以下四個(gè)特點(diǎn):　　　　(1)算法本身就能夠準(zhǔn)確快速地跟蹤到最大功率點(diǎn)。在本系統(tǒng)的硬件環(huán)境下，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在登山法設(shè)定步長相同的情況下，最大功率點(diǎn)所工作的占空比越大，那么功率的波動(dòng)幅度就會越大，即功率的損失越大。　　(2)三點(diǎn)比較法能快速地找到最大功率點(diǎn)的大體位置，相當(dāng)于粗調(diào)。7. 陽光跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)太陽能作為一種可再生能源, 具有清潔、安全、壽命長的優(yōu)點(diǎn), 但也存在太陽光的密度低、空間分布不斷變化、輻照時(shí)間間歇性等缺點(diǎn), 因此收集和利用的難度較大、成本較高。將電信號的變化進(jìn)行分析、判斷、處理, 用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以改變跟蹤裝置位置, 達(dá)到準(zhǔn)確聚集太陽光的效果。工作原理: 由MC9S08JM60電路循環(huán)檢測, 通過光電傳感器所采集的信號判斷工作模式, 晴天時(shí)選擇光電跟蹤模式, 反射太陽光線投射到光電傳感器上輸出4路微弱的電流信號經(jīng)過運(yùn)放電路后, 輸出4路電壓信號, 輸入給MC9S08JM60, 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后,給出控制信號實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的高位角和方位角的旋轉(zhuǎn)跟蹤, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對太陽的高度角和方位角的實(shí)時(shí)精確跟蹤。圓筒的長度對跟蹤精度有一定的影響。光斑偏移, 從而使A1 和A2 接受的反射太陽光線輻射強(qiáng)度不同, 輸出電壓差信號發(fā)生變化。 當(dāng)太陽光的強(qiáng)度足以使電路中的光敏元器件導(dǎo)通時(shí), 經(jīng)過比較電路之后, 運(yùn)算放大器輸出高電平, 說明是晴天, 如圖3所示。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、跟蹤精度高、運(yùn)行可靠、能夠在任何天氣狀況下工作、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn), 可用于太陽能電車、太陽能電池、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、太陽灶等太陽跟蹤裝置, 將會大大提高太陽能的利用率。計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的太陽高度角和方位角, 通過調(diào)整跟蹤裝置使其運(yùn)行到當(dāng)前時(shí)刻的太陽高度角和方位角位置, 然后根據(jù)中心光敏元器件O的輸出電壓UO 大小來判斷光強(qiáng)電壓是否達(dá)到光電跟蹤的范圍, 如果達(dá)到光電跟蹤的光強(qiáng)時(shí)啟動(dòng)光電跟蹤, 如果沒有達(dá)到光電跟蹤時(shí)的光強(qiáng), 則繼續(xù)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。 反之, 若輸出的是較大的負(fù)電壓信號, 單片機(jī)指令步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)某一角度, 直至反射太陽光線垂直穿過光電傳感器。因此, 應(yīng)該合理選擇圓筒的高度, 實(shí)驗(yàn)中圓筒高度為82mm, 圓筒高度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。2. 1控制器選用MC9S08JM60為控制核心。1. 3光電跟蹤與視日運(yùn)動(dòng)軌跡互補(bǔ)模式互補(bǔ)跟蹤原理: 在晴朗天氣, 太陽輻照度較強(qiáng)。高精度太陽光跟蹤裝置可使接收器的熱效率大大提高, 進(jìn)而提高了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能利用率, 拓寬太陽能的利用領(lǐng)域[ 2??3] ?！　?4)在功率變化過快的位置，將步長縮小?！　　　】烧{(diào)步長登山法的優(yōu)點(diǎn)如下:　　　　(1)跟蹤方法簡單，實(shí)現(xiàn)容易，　　(2)可調(diào)步長的登山法雖然也是在光伏陣列最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，但是功率的損失已經(jīng)盡可能地減小，　　(3)對傳感器精度要求不高。　　(4)當(dāng)光強(qiáng)發(fā)生突變時(shí)，不能盲目移動(dòng)工作點(diǎn)，需待日照量穩(wěn)定后再追蹤?！　　　」夥姵仃嚵休敵鎏匦跃哂蟹蔷€性特征，其輸出電壓和功率受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。　　逆變器對外電路的過電電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。　?。?）在各種負(fù)載下具有高效率或較高效率。逆變器的選用，首先要考慮具有足夠的額定容量，以滿足最大負(fù)荷下設(shè)備對電功率的要求。逆變器效率的高低對光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有效發(fā)電量和降低發(fā)電成本有重要影響?！　《鄶?shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓的偏差％，通常稱為電壓調(diào)整率?！　∑饎?dòng)特性　　表征逆變器帶負(fù)載起動(dòng)的能力和動(dòng)態(tài)工作時(shí)的性能。在正弦波條件下，～（滯后）。10％。逆變器除具有將直流電逆變成為交流電的變換功能外，還應(yīng)具有最大限度地發(fā)揮光伏電池性能以及系統(tǒng)故障保護(hù)的功能。方波逆變器的制作采用簡易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于50年代的水平，將逐漸退出市場。 總電路圖6. 光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分兩類，一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。采樣輸出接ADC0809IN0管腳。Z1為穩(wěn)壓二極管，它使驅(qū)動(dòng)電路在正向?qū)〞r(shí)間內(nèi)，輸出正幅值限制在12V(穩(wěn)壓管兩端的電壓不能超過其穩(wěn)壓值，以免使其長期處于擊穿工作狀態(tài)，損耗太大)。隔離技術(shù)可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式。③增強(qiáng)的HCS08 CPU結(jié)構(gòu)；最高支持32個(gè)中斷源。PFM型控制電路；Uo增加——周期增加；Uo減小——周期減?。唬?）直流直流變換器的驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是 MC9S08JM60評估板是一款以學(xué)習(xí)HCS08系列微控制器為應(yīng)用目標(biāo)的評估板。，應(yīng)能迅速切斷輸出以對負(fù)載提供保護(hù)。對稱和寬度可變的矩形脈沖列（有時(shí)還要求彼此絕緣；對于單端變換器而言，只要一組脈沖列）