【正文】 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。光伏發(fā)電系統(tǒng)各個方面的研究都在不斷地深入進行著，本文討論的太陽能 發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤控制就 是其中一個重要的研究課題。目前的環(huán)境問題，很大程度上是由于能源特別是化石能源的開發(fā)利用造成的。 太陽能的光伏技術利用在當今世界 ,特別是非洲、南美、澳洲及亞洲各國 ,其增長幅度相當大 ,主要原因是近幾年來太陽電池、電力電子及微電子技術的快速發(fā)展及人們環(huán)保意識的不斷增強 ,當然 ,許多國家都制定了相應的鼓勵政策 ,這也是光伏技術利用快速發(fā)展的原因之一。在所有可再生能源中，光伏發(fā)電是利用最靈活，最可行的一種能源。這個把太陽能或（其它光能）變換成電能的能量轉換器，就叫做太陽能電池。（ 3）這些電性符號相反的光生載流子在太陽能電池 PN 結 內建電場的作用下，電子 空穴對被分離，電子集中在一邊，空穴集中在另一邊，在 PN 結 兩邊產生異性電荷的積累，從而產生光生電動勢，即光生電壓。每個原子的外殼電子都有固定的位置，并受原子核的約束。單調太陽光（或其它光）照射 PN 結 時，在半導體內的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應地便產生了電子 空穴對，并在勢壘電場作用下，電子被驅向 N型區(qū)，空穴被驅向 P 型區(qū)，從而使 N 區(qū) 有過剩的電子， P 區(qū)有過剩的空穴；于是就在 PN 結 的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場。由于太陽光中光子能量有大有小，只有那些能量比禁帶寬度大的光子才能在半導體中產生光生電子 空穴對，從而形成光生電流。晶體硅太陽能電池的研究重點是高效率單晶硅電池和低成本多晶硅電池。從 V一 I特性可以看出，太陽 能 電池是 輸出 電流在大部分工作電壓范圍內近似恒定，在接近開路電壓時，電流下降率很大。因而對最大輸出功率影響明顯，見圖 4(b)各實線的波峰幅值變化。通常工程中采用的方法是為光伏陣列安裝跟蹤裝置。離網 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成框圖，如圖 5 所示。 （二） 蓄電池組 光伏發(fā)電受季節(jié)、天氣及每日時間的影響很大，因此，這種供電系統(tǒng)必須要有儲能設備。 為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害 ， 則必須要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電 ， 這套系統(tǒng)稱為充放電控制器。③蓄電池放電管理 對蓄電池放電過程進行管理，如負載控制自動開關機 、 實現軟啟動 、 防止負載接入時蓄電池端電壓突降而導致的錯誤保護等。智能控制技術 主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復雜系統(tǒng)，如智能機器人系統(tǒng) 、 CIMS、 復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng) 、 航空航天控制系統(tǒng) 、社會經濟管理系統(tǒng) 、 交通運輸系統(tǒng) 、 通信網絡系統(tǒng) 、 環(huán)保與能源系統(tǒng)等的控制問題。由于計算機特別是單片機價格低廉 、 設計靈活 、 性能價格比高，因此目前設計生產的大中型光伏系統(tǒng)用的控制器大多采用單片機技術來實現控制功能。 （三） 逆變器 逆變器是將直流電變換成交流電的設備。 2%。④具有一定的過載能力，一般能過載 125%~150%。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變 器 要求較高： ① 要求具有較高的效率。大型聯網光伏電站的主要特點是所發(fā)電能被直接輸送到電網上，由電網統(tǒng)一調配向用戶供電。住宅聯網光伏系統(tǒng)光伏器件的突出特點和 優(yōu)點是與建筑相結合。 （ 4）自動電壓調整 在剩余電力逆流入電網時，因電力逆向輸送而導致送電點電壓上升，與可能超過商用電網的運行范圍，為保持系統(tǒng)的電壓正常，運轉過程中要能夠自動防止電壓上升。通過監(jiān)測如發(fā)現問題，應及時停止逆變器運轉，把光伏系統(tǒng)與電網斷開，以確保安全。光伏陣列的輸出功率具有強烈的非線性，而且和日射強度、環(huán)境溫度、陰、晴、雨、霧等氣象條件密切相關，要使系統(tǒng)處于比較理想的工 況，而且對于任何日照，都要發(fā)揮在當前日照下光伏陣列輸出功率的最大潛力，就需要研究光伏陣列輸出功率特性以及最大功率點跟蹤策略。 光伏系統(tǒng) MPPT 算法分析比較 由于光伏陣列的最大功率點是一個時變量 ,因此可以采用搜索算法進行最大功率點跟蹤。該算法根據預先測得的光伏陣列特性曲線 ,利用曲線擬合法得出能較準確描述陣列特性的數學模型或將曲線以表的形式存儲在微處理器內?？紤]到日照強 度高時一般都具有較高環(huán)境溫度，日照強度低時一般都具有較低環(huán)境溫度這一特點，太陽電池一天內最大功率點的軌跡接近于太陽電池某一恒電壓處的功率軌跡，因此，可將太陽電池最大功率點處的電壓用一個常數來設定，這就是 CVT控制方式。 （ 2）優(yōu)缺點分析 采用 CVT控制的優(yōu)點是控制簡單且易實現；系統(tǒng)工作電壓具有良好的穩(wěn)定性。 隨著微電子技術和電力電子技術的發(fā)展和微電子器件的大幅度降價， CVT控制方式 已 經顯得很不經濟，最大功率點跟蹤 MPPT(Maximum Power Point Tracking)技術可以使系統(tǒng) 在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽電池的最大功率，顯示了它杰出的技術優(yōu)勢。 。 導納增量法（ IncCond) （ 1）原理 由光伏陣列 PV特性可知 ,光伏陣列的功率電壓曲線是單峰曲線 ,存在唯一的最大功率點 ,且在該最大功率點處 ,功率對電壓的導數為零。 abs（ dP/dU）作為 IncCond 法中的步長數據，在 U離 Pm較遠時，系統(tǒng)跟蹤的步長較大；當 U離 Pm較近時，系統(tǒng)跟蹤的步長較小。首先，簡單介紹一下間歇掃描跟蹤法，該策略的核心思想是 :首先假設光伏陣列模塊工作在一給定工作點 ； 然后周期性地對光伏陣列模塊特性進行掃描，記錄每一點的工作電壓和電流，得到輸出功率 ； 最后將輸出功率中最大的記為最大功率點輸出，作為下一周期的光伏陣列模塊工作參考點。這樣控制的目的是當光照變化不大時 ,就延長掃描間隔時間 ,從而進一步減少工作點被擾動的次數 ,提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性 ,從而達到智能地改善系統(tǒng)控制性能的目的。 分析圖 10可知 ,該電路由一個 BOOST 升壓電路和一個電壓型逆變電路組成 ,其中升壓斬波電路的電源為光伏陣列 ,該課題要求此陣列輸出功率為 1000Wp,輸出電壓 oU 為 200V,所以考慮到功率損耗 ,選用 23 塊太陽能電池組件 ,組件功率選用 45～ 48Wp，尺寸為長 976mm，寬 436mm，厚 37mm，所以太陽能電池方陣的面積229 7 6 * 4 3 6 * 2 3 9 7 8 7 3 2 8 9 . 8S m m m? ? ?。 在電路穩(wěn)定狀態(tài)下，即從電流連續(xù)后到最大輸出時， LonI? = LoffI? ，由式(1)和 (2)可得 off sson o f st eVt V V e???? （ 3） 因占空比 /onD t T? ，即最大占空比 maxD m a x o f s oso f s oV V e VeDV V V V?? ????? （ 4） 如果忽略電感損耗，電感輸入功率等于輸出功率，即 ? ?i o oL aveV I V I? ? ? （ 5） 由式 (4)和式 (5)得電感器平均電流 ? ? 1 oL ave II D? ? （ 6） 同時由式 (1)得電感器電流紋波 ? ?ssL e V DI Lf??? （ 7） 式中： f為開關頻率。 CCM 工作模式適合大功率輸出電路，而本課題中要求太陽能功率為1000 pW ，而且 考慮到負載達到 10％以上時 ，電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按 CCM 工作模式來進行特性分析。圖 9示出其控制流程圖。實際情況是太陽能電池陣列在一天的運行過程中 , 短時間內工作點的變化不大。 （ 2）優(yōu)缺點分析基于梯度變步長的 IncCond法的優(yōu)點是控制效果好，且控制穩(wěn)定度高，當外部環(huán)境參數變化 時，系統(tǒng)能快速追蹤其變化，不受功率時間曲線開始 測量 V(K),I(K) V(K)－ V(K－ 1)＞ 0 dI/dV＝－ I/V dI/dV＞－ I/V 返回 N Y N Y N Vref＝ Vref－ C I(K)－ I(K－ 1)=0 I(K)－ I(K－ 1)＞ 0 Vref＝ Vref－ C Vref＝ Vr ef+C Vref＝ Vref+C Y Y N Y 圖 8C 的影響；在系統(tǒng)啟動過程中可實現快速跟蹤。 這便是導納增量法的算法原理 ,其算法流程如圖 8c所示。 圖 8b （ 2）優(yōu)缺點分 析 由其算法原理可知 :采用 Pamp。 擾動觀測法（ Pamp。以單晶硅太陽電池為例，當環(huán)境溫度每升高 10℃時，其開路電壓下降率為 %一 %。因此， CVT控制法思路即是將光伏電池輸出電壓控制在該電壓處，此時光伏電池在整個工作過程中將近似工作在最大功率點處。曲線擬合技術 預先測得太陽電池組件的輸出特性，并用顯示的數學表達式描述。所謂自尋優(yōu)算法即不直接檢測外界環(huán)境因素的變化 ,而是通過直接測量得到的電信號 ,判斷最大功率點的位置 ,從而進行追蹤。當負載特性與太陽電池陣列特性的交點在陣列最大功率點相 應電壓Um之左時 ,MPPT的作用是使交點處的電壓升高 ,而當交點在陣列最大功率點相應電壓 Um之右時 ,MPPT的作用是使交點處的電壓下降。 另外，為了防止發(fā)生故障時太陽能電池的電流流入電網，在聯網逆變器的輸出端和用戶電線之間設置絕緣變壓器或把它內裝在電力轉換部分。 2. 聯網逆變器構成 聯網逆變器主要由逆變器和聯網保護器兩大部分構成，如圖 6 所示。聯網逆變器與獨 立逆變器不同之處是，它不僅可將太陽能電池方陣發(fā)出的直流電轉換為交流電，并且還可對轉換的交流電的頻率 、 電壓 、 電流 、 相位 、 有功與無功 、 同步 、 電能品質（電壓波動 、 高次諧波）等進行控制。而住宅聯網光伏系統(tǒng)，特別是與建筑結合的住宅屋頂聯網光伏系統(tǒng)，由于具有許多優(yōu)越性，建設容易，投資不大，許多國家又相繼出臺了一系列激勵政策，因而在各發(fā)達國家倍受青睞，發(fā)展迅速，成為主流。 ② 要求具有較高的可靠性。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網。⑤輸出電壓波形含諧波成分應盡量小。要求該交 流電能達到一定的頻率穩(wěn)定精度，靜態(tài)時一般為177。 在很多場合，都需要提供220VAC、 110VAC 的交流電源。根據本課題需要，選擇最大功率跟蹤型。它由硬件線路和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。⑤故障診斷定位 當光伏系統(tǒng)發(fā)生故障時，可自動檢測故障類型，指示故障位置，為對系統(tǒng)進行維護提供方便。 （三）控制器 太陽能控制器 是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，其 作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。 在本系統(tǒng)中，采用閥控式密封鉛酸蓄電池 (VRAL 電池 )，具有使用方便和維護簡單的特點。將太陽能電池單體進行串并聯并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。未與公共電網相聯接的太陽能光 伏發(fā)電系統(tǒng)稱為離網太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱為獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要應用于遠離公共電網的無電地區(qū)和一些特殊處所，如為公共電網難以覆蓋的邊遠偏僻農村 、牧區(qū)、海島、高原、荒漠的農牧漁民提供照明、看電視、聽廣播等的基本生活用電，為通信中繼站、沿海與內河航標、輸油輸氣管道陰極保護、氣象臺站、公路道班以及邊防哨所等特殊處所提供電源。太陽能光伏發(fā)電目前工程上廣泛使用的光電轉換器件晶體硅太陽能電池，生產工藝技術成熟，已進入大規(guī)模產業(yè)化生產，廣泛應用于工業(yè) 、農業(yè)、科技、文教、國防和人民生活的各個領域。 太陽 能 電池的伏安特性強烈地隨日照強度 S 和較強烈地隨電池溫度 T 而變化。針對這些問題，近年來開發(fā)了許多新技術，主要有： ① 單雙層減反射膜； ② 激光刻槽埋藏柵線技術； ③ 絨面技術； ④ 背點接觸電極克服表面柵線遮光問題； ⑤ 高效背反射器技術； ⑥ 光吸收技術。但禁帶寬度太小也不合適，因為能量大于禁帶寬度的光子在激發(fā)出電子 空穴對后