【正文】 剩余的熱量m axmp mpin inIU PPP? ??? 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而降低了光子能量的利用率。?dāng)接通外電路時(shí)，便有電能輸出。由于電子帶負(fù)電，空穴就表現(xiàn)為帶正電。 下面以單晶硅太陽能電池為例，對(duì)太陽能電池的基本工作原理進(jìn)行具體闡述。 太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)，是半導(dǎo)體 PN 結(jié) 的光生伏打效應(yīng)。光伏發(fā)電作為社會(huì)整體能源結(jié)構(gòu)的組成部分所占比例尚不足 1%, 造 成這種狀況的主要原因是光伏發(fā)電的成本太高。但在光伏利用控制技術(shù)上 ,由 CVT(恒定電壓跟蹤器 ) 的制造相對(duì)簡單 ,許多產(chǎn)品仍然采用這種跟蹤方式以代替相對(duì)復(fù)雜一些的MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤 ) ,然而 ,這種方式所帶來的功率損失相比于近代微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價(jià) ,已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。太陽能以其獨(dú)具的優(yōu)勢，其開發(fā)利用必將在 21 世紀(jì)得到長足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)綱重任，成為 21 世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源 。 關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電；最大功率點(diǎn)跟蹤；仿真 Abstract： Solar energy , as one of the most promising way for clean power generation, has caught more and more people39。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 20xx 年 5 月 20 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，詳細(xì)論述了 采用改進(jìn)間歇掃描跟蹤的方法 進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制的過程，并通過 仿真 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性和有效性 ，從而達(dá)到最大限度利用太陽能的目的。因此，人類要解決上述能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。例如我國現(xiàn)在實(shí)施的西部“光明計(jì)劃” ,就是資助發(fā)展利用太陽能的光伏 技術(shù)使每戶農(nóng)、牧民家庭都用上電 ,解決人畜飲水、照明以及收看電視等問題。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是最有應(yīng)用前景的太陽能利用方式。 太陽電池板是一種能夠吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體裝置 ,根據(jù)光伏太陽電池板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸出伏安特性得到光伏 方陣的等效電路如圖 1 ,它由一個(gè)受光強(qiáng)和溫度影響的電流源并聯(lián)上一個(gè)二極管再串聯(lián)一個(gè)電阻組成。（ 4）在太陽能電池 PN 結(jié) 的兩側(cè)引出電極，并接上負(fù)載，則在外電路中即有光生電流通過，從而獲得功率輸出，這樣太陽能電池就把太陽能（或其它光能）直接轉(zhuǎn)換成了 電能。它們在外來能量的激發(fā)下，如在太陽光輻射時(shí)，就會(huì)擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時(shí)在原來的地方留出一個(gè)空位，即空穴。于是就使得 N 區(qū)與 P 區(qū)之間的薄層產(chǎn)生了電動(dòng)勢，即光生伏打電動(dòng)勢。所以，材料禁帶寬度小，大于它的光 子數(shù)量就多，獲得的短路電流就大；反之，禁帶寬度大，大于的光子數(shù)量就少，獲得的短路電流就小。限制單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率的主要技術(shù)障礙有： ① 電池表面柵線遮光影響；② 表面光反射損失； ③ 光傳導(dǎo)損失； ④ 內(nèi)部復(fù)合損失； ⑤ 表面復(fù)合損失。 它也說明太陽能電池既非恒壓源 , 也非恒流源，而是一種非線性直流電源，太陽能電池陣列的伏安特性曲線與負(fù) 載特性曲線 L的交點(diǎn) A、 B 、 C、 D、 E即為光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn) , 如果能使工作點(diǎn)移至光伏陣列伏安曲線的最大功率點(diǎn) A′、 B′、 C′、 D′、 E′上 ,就可以最大限度地提高光伏陣列的能量利用率 ,我們可以在光伏陣列與負(fù)載之間加上一個(gè)最大功率跟蹤適配器來完成。 2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究 2． 1 光伏發(fā)電的研究現(xiàn)狀和前景 通過太陽能電池（光伏電池）將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)（太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)）。 2． 2 太陽能光伏發(fā)電的運(yùn)行方式 地面太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，主要可分為離網(wǎng)運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩大類。 圖 5 包含（ a），（ b），（ c）三個(gè)系統(tǒng) （ a）直流系統(tǒng) （ b）交流系統(tǒng) （ c）交直流混合系統(tǒng) （一） 太陽能電池方陣 太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，只能產(chǎn)生大約 電壓，遠(yuǎn)低于 實(shí)際應(yīng)用的需要，因此不能單獨(dú)作為電源使用。通常采用蓄電池儲(chǔ)能，當(dāng)太陽能較充足時(shí)候，多余的電能被儲(chǔ)存在蓄電池中，當(dāng)太陽能不足時(shí)，蓄電池參與放電，而當(dāng)太陽能短缺時(shí)，則完全由蓄電池單獨(dú)供電 ，即蓄電池作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，起著協(xié)調(diào)、平衡系統(tǒng)發(fā)電量和負(fù)載用電量的關(guān)鍵作用。控制器通過檢測蓄電池的電壓和荷電狀態(tài) ， 判斷蓄電池是否已經(jīng)達(dá)到過充點(diǎn)或過放點(diǎn) ， 并根據(jù)檢測結(jié)果發(fā)出繼續(xù)充 、 放電或終止充 、 放電的指令 。④設(shè)備保護(hù) 光伏系統(tǒng) 所連接的用電設(shè)備，在有些情況下需要由控制器來提供保護(hù)，如系統(tǒng)中因逆變電路故障而出現(xiàn)的過電壓和負(fù)載短路而出現(xiàn)的過電流等，如不及時(shí)加以控制，就有可能導(dǎo)致光伏系統(tǒng)或用點(diǎn)設(shè)備損壞。邏輯控制方式是一種以模擬和數(shù)字電路為主構(gòu)成的控制器，通過測量系統(tǒng)有關(guān)的電氣參數(shù)，由電路進(jìn)行計(jì)算 、 判斷，實(shí)現(xiàn)特定的控制功能；計(jì)算機(jī)控制方式能綜合收集光伏系統(tǒng)的模擬量 、 開關(guān)量狀態(tài)，有效地利用計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算 、 判斷能力，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制和智能化管理。 太陽能控制器的充電過程可分為旁路型 、 串聯(lián)型 、 脈寬調(diào)制型 、 多路控制型 、兩階段雙電壓控制型和最大功率跟蹤型。由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是不可缺少的。②能輸出一個(gè)頻率穩(wěn)定的交流電。當(dāng)過載 150%時(shí)，應(yīng)能持續(xù) 30S；當(dāng)過載 125%時(shí)，應(yīng)能持續(xù) 1min 及以上。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。由于目前太陽電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。建設(shè)這種大型聯(lián)網(wǎng)光伏電站，投資 巨大，建設(shè)期長，需要復(fù)雜的控制和配電設(shè)備，并要占用大片土地，同時(shí)其發(fā)電成本目前要比市價(jià)貴數(shù)倍，因而發(fā)展不快。 （二） 聯(lián)網(wǎng)逆變器 聯(lián)網(wǎng)逆變器是聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)的核心部件和技術(shù)關(guān)鍵。 （ 5）異常情況排解與停止運(yùn)行 當(dāng)系統(tǒng)所在地電網(wǎng)或逆變器發(fā)生故障時(shí)，及時(shí) 查出異常，安全加以排解，并控制逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。它一般裝在逆變器中，但也有單獨(dú)設(shè)置的。 太陽能電池方陣 — ～ 逆變部分 控制部分 保護(hù)部分 聯(lián)網(wǎng)保護(hù)器 逆變器 聯(lián)網(wǎng)逆變器 絕緣變壓器 光伏系統(tǒng)中最大功率點(diǎn)跟蹤的原理 首先從太陽電池的 PU曲線（見圖 8）入手分析 ,它是一個(gè)以最大功率點(diǎn)為極值的單峰函數(shù) ,其特點(diǎn)說明我們可以用步進(jìn)搜索法來尋找最大功率點(diǎn) ,即從起始狀態(tài)開始 ,每次做一有限變化 ,然后測量由于輸入信號(hào)變化引起輸出量變化的大小及方向 ,等到辨別了方向以后 ,再命令被控對(duì)象的輸入按需要的方向調(diào)節(jié) ,實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)控制。其搜索算法可分為自尋優(yōu)和非自尋優(yōu)兩種類別。工作時(shí) ,根據(jù)測量的溫度和輻射強(qiáng)度的信息 ,利用計(jì)算或查表的方法得出光伏陣列的最大功率點(diǎn)。 （ 1）原理 通過分析圖 8a中可以看出，在光伏電池溫度一定時(shí)，光伏電池的輸出 PU曲線上最大功率點(diǎn)電壓幾乎分布在一個(gè)固定電壓值的兩側(cè)。但其缺點(diǎn)是， MPPT精度差，系統(tǒng)工作電壓的設(shè)置對(duì)系統(tǒng)工作效率影響大；控制的適應(yīng)性差，即當(dāng)系統(tǒng)外界環(huán)境條件改變時(shí)，對(duì)最大功率點(diǎn)變化適應(yīng)性差。因此，下面再介紹另外幾種跟蹤方法。 算法流程圖如圖 8b所示。故基于式 ? ?0 0 0e x p 1e x p 1g s at Sg s atqI I I V I RA KTqVI I IA KT? ????? ? ? ???? ????? ? ??????? ? ? ?????? ????? （ 1） 有光伏陣列輸出電壓為 : 開始 測量 V(K),I(K) P(K)－ P(K－ 1)=0 P(K)－ P(K－ 1)＞ 0 V(K)－ V(K－ 1)＞ 0 V(K)－ V(K－ 1)＞ 0 Vref=Vref－ C Vref=Vref＋ C Vref=Vref－ C Vref=Vref＋ C 返回 Y N Y Y N Y N N ln g s a tsatI I IA K TVqI????? ???? （ 2） 由式 (1),(2)得 : ? ?m g s a td I qg I I Id V A KT? ? ? ? ? （ 3） 光伏陣列輸出功率為： e x p 1g s a t qVP V I I A K T??????? ? ????????????? （ 4） 光伏陣列輸出功率對(duì)電壓的變化率為 : ? ? ln sa t gg sa tsatmd P d II I Vd V d VI I II I I III g V? ? ? ?????? ? ? ? ?????? （ 5） 令式 (5)中 IΔ =0 ,則有 gm = I/V,即在最大功率點(diǎn)處 ,光伏陣列外電路的導(dǎo)納增 量等于負(fù)的等值導(dǎo)納。通過設(shè)置合適的 A，同時(shí)結(jié)合 IncCond法跟蹤精度高的優(yōu)點(diǎn)，可以在 MPPT過程中實(shí)現(xiàn)變步長跟蹤。 間歇掃描法在控制過程中由于要周期性掃描各工作點(diǎn)的功率從而引起太陽電池工作電壓的周期性大幅度變動(dòng) ,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低 ,其實(shí)掃描過程中也不必要地?fù)p失了一些功率。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)后的間歇 掃描法 ,既保持了跟蹤的控制精度 ,又提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 Boost 升壓電路，可以工作在電流斷續(xù)工作模式 (DCM)和電流連續(xù)工作模式(CCM)。 為保證電流連續(xù)，電感電流應(yīng)滿足 ? ? /2LL aveII?? （ 8） 考慮到式 (6)、式 (7)和式 (8)，可得到滿足電流連續(xù)情況下的電感值為 ? ? ? ?21ssoe V D DL If??? （ 9） 另外，由 Boost 升壓電路結(jié)構(gòu)可知，開關(guān)管電流峰值 TcI (max)=二極管電 流峰值 DcI (max)=電感器電流峰值 LPI ， ? ? ? ?/2L P LL a veI I I? ? ? （ 10） 其中， D= maxD = osoVeV? = 220 200 1220 11? ? ， sV =， 1000 50220 11ooPI V? ? ?A，f=49kHz， 同時(shí)考慮在 10％額定負(fù)載以上電流連續(xù)情況，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以假設(shè)電路在額定輸出時(shí)，電感紋波電流為平均電流 20％ ~30％，因增加 LI? 可以減小電感 L，但為不增加輸出紋波電壓而 須增大輸出電容 C，取 30％為平衡點(diǎn)， 即 ? ?3 0 % 3 0 % 11 0 0 0 / 2 2 03 0 % 1 . 51 1 / 1 1oL L a v eIIIDA? ? ? ? ? ?? ? ?? （ 12） 由式（ 7），式（ 10）可得 ? ? 1( 200 ) 11 490 00ssLe V DLHIf ????? ? ???