【正文】 ......................... 12 太陽能電池的等效電路 ................................................................................... 13 太陽能電池的 IV 特性 ................................................................................... 14 第四章 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù) .................................................................................... 17 MPPT 算法的原理 ............................................................................................ 17 MPPT 常規(guī)跟蹤算法 ........................................................................................ 18 恒定電壓法 ................................................................................................ 18 擾動(dòng)觀察法 ................................................................................................ 19 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 電導(dǎo)增量法 ................................................................................................ 20 仿真分析 ........................................................................................................... 22 第五章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究 .................................................................................... 24 光伏發(fā)電并網(wǎng)的必要性 ................................................................................... 24 光伏并網(wǎng)條件與并網(wǎng)電路原理 ....................................................................... 24 光伏逆變器 ....................................................................................................... 25 基于 PWM 技 術(shù)的逆變器原理 ................................................................ 25 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器控制方式 ................................................................ 27 并網(wǎng)控制策略 ................................................................................................... 28 仿真分析 ........................................................................................................... 28 第六章 結(jié)論與展望 .................................................................................................... 31 結(jié)論 ................................................................................................................... 31 展望 ................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 32 致 謝 ............................................................................................................................ 34 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 課題背景與選題意義 全球能源危機(jī)與環(huán)境問題 能源是維持整個(gè)人類社會(huì)運(yùn)營和發(fā)展的動(dòng)力，對人類社會(huì)起著至關(guān)重要的作用。 如何在使用能源的同時(shí)，保護(hù)好整個(gè)地球的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成為全球各個(gè)國家面臨的重要問題。只要將太陽能電池支撐并面向太陽即可發(fā)電，宜于制成小功率移動(dòng)電源；一個(gè) 的太陽能電池發(fā)電站，占地約 80 2)(km ，不足 10 個(gè)月便可建成發(fā)電。 3． 太陽能開發(fā)潛力 在中國，太陽能資 源較好的地區(qū)占國土面積 2/3 以上，主要集中在西部地區(qū)，尤其是西北和青藏高原，年平均日照在 2200 小時(shí)以上，中國陸地每年接收的太陽輻射量約合 24000 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。早在 1980 年美國宇航員和能源部就提出在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站設(shè)想，準(zhǔn)備在同步軌道上放一個(gè)長 10 公里、寬 5公里的大平板，上面布滿光伏電池，這物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 樣便可提供 5 610 KW電 力。史密斯 (Wilough )早在 1873 年就 發(fā)現(xiàn)了對光敏感的材料一一硒，并進(jìn)行了大膽預(yù)測，在陽光照射下，隨著光通量的增加硒材料的導(dǎo)電能力也會(huì)隨之增加。商品單 晶硅電池組件的轉(zhuǎn)換效率為 11%— 15%。 國外研究綜述 1930 年，朗格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。 1958 年太陽電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒１號(hào)衛(wèi)星電源。 1976 年， Carlson 制作出第一個(gè)非晶薄膜太陽電池。 1986 年美國建成 光伏電站。但是，在光伏器件及制造技術(shù)方面，自光伏電池問世以來，晶 體硅就作為基本的電池材料一直保持著主導(dǎo)地位，是目前國際光伏市場上的主流產(chǎn)品，在 20xx 年時(shí)世界光伏電池產(chǎn)量的 80%以上均采用晶體硅材料。 5. 并網(wǎng)系統(tǒng)的概述，首先說明了并網(wǎng)原理以及并網(wǎng)條件，其次對逆變器與并網(wǎng)控制策略也進(jìn)行了研究分析，最后利 用 MATLAB/Simulink 仿真軟件對并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真。 蓄電池 (組 )：蓄電池 (組 )的作用是將太陽能陣列發(fā)出的直流電直接儲(chǔ)存起來，供負(fù)載使用。在有太陽光照的情況下，如偏遠(yuǎn)山村用電設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、航標(biāo)燈、主要用于偏遠(yuǎn)氣象和地震觀光伏陣列產(chǎn)生電能，負(fù)載的消耗，那多余的電能就會(huì)轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并向負(fù)載供電。城市中并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)一般安裝在建筑物表面，并且并網(wǎng)點(diǎn)一般在配電側(cè)。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 D C / D CD C / A C交 流 負(fù) 載GA C / D C蓄 電 池G光 伏 陣 列升 壓 電 路 逆 變 器整 流 器柴 油 發(fā) 電 機(jī)風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī) 圖 23 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用 目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用主要在三方面： 以采用戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)和建設(shè)小型光伏電站為主，來解決偏遠(yuǎn)地區(qū)無電村和無電戶的供電問題，為 200 萬戶偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民 (即目前我國三分之一的無電人口 )提供最基本的生活用電； 通過借鑒發(fā)達(dá)國家建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的 經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、城市現(xiàn)代化水平較高的大中城市，在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公園、車站等公共設(shè)施照明系統(tǒng)中推廣使用光伏電源，建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)； 建立大型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，以便于在光伏發(fā)電成本下降到一定水平時(shí)而開展大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用作好準(zhǔn)備。主要研究工作包括：在硅體里面增加其他元素，提高價(jià)能位置，從而形成更大的 PN結(jié)的空間電荷區(qū)，得到更大的輸出電壓；增物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 加受光面的折射度，讓太陽光線能夠在光伏電池板上多次來回折射，以最大程度將光子能量轉(zhuǎn)換為電子能量；尋找對光感應(yīng)更敏感的材料代替硅材料，以獲得更大的 轉(zhuǎn)換效率。制造非晶硅光伏電池所需的能耗少得多，人們正在為提高它的穩(wěn)定性和工作壽命，降低它的內(nèi)阻從而提高它的光電轉(zhuǎn)換效率而不懈努力。多晶硅電池成本 比單晶硅低，單片電池也可以做得比較大，效率比單晶硅電池低。地面太陽能電池又可分為電源太陽能電池和消費(fèi)品用太陽 能電池兩種。 PN結(jié)內(nèi)建電場的作用下，電子一空穴對被分離，電子集中在一邊，空穴集中到一邊，在 PN 結(jié)兩邊產(chǎn)生異性電荷的積累，從而產(chǎn)生光生電動(dòng)勢，即光生電壓。 U 為太陽能電池的輸出值，當(dāng)太陽能電池兩端開路時(shí)，太陽能電池輸出的電壓值為開路電壓 nrU ，與太陽光輻射強(qiáng)度有關(guān)系，而與電池板面積的大小沒有關(guān)系。與曲線上的任一點(diǎn)相對應(yīng) 的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)即為太陽能電池的工作電壓和工作電流。 C 7 5 186。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第四章 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù) 通過第三章的分析可知，光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。為了能夠跟蹤到最大功率點(diǎn)，可將負(fù)載特性曲線由負(fù)載 1 改變至負(fù)載 2，從而保證系統(tǒng)仍然處于新條件下的最大功率點(diǎn) B。與光伏陣列的開路電壓 Uoc之間存在近似的線性關(guān)系，即 Umpp=kUOC (41) 其中， k 的值取決于光伏陣列的特性，一般 k 的取值大約在 左右。O)是目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中 MPPT 控制最常用的算法之一。較好的折衷方案是控制器能夠根據(jù)光伏陣列當(dāng)前的工作點(diǎn)選擇合適的步長，例如，當(dāng)已經(jīng)跟蹤到最大功率點(diǎn)附近時(shí)采用小步長。 光伏系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)情況下，系 統(tǒng)輸出功率為 P=UI (42) 將式 (42)兩邊對光伏陣列輸出電壓 U 求導(dǎo)，故 dUdIUIdUdP ?? (43) 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 1 02 03 04 05 06 0d P / d U = 0d P / d U 0d P / D u 00 1 0 1 5 2 05 2 5 U / VP / W 圖 44 光伏陣列 PU 特性及 dP/dU 變化示意圖 開始檢測光伏陣列輸出電壓Un、電流In結(jié)束Ur=Ur?UUr=Ur+?UUr=Ur+?UUr=Ur?UUb=Un Ib=IndU=0dI=0d