【正文】 數(shù)字控制有著諸多優(yōu)點(diǎn)，本論文采取數(shù)字SPWM技術(shù)作為逆變控制方法。直流側(cè)電壓過(guò)高時(shí)，當(dāng)超出逆變器承受范圍，可能會(huì)對(duì)逆變器本身造成永久性損壞。 (312) 通過(guò)調(diào)節(jié)占空比D的大小，調(diào)節(jié)等效電阻，使之等于，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，但由于D的大小在0到1之間取值，的值只能往小的方向調(diào)節(jié)，當(dāng)時(shí)，最大，如果此時(shí)的比太陽(yáng)能電池內(nèi)部電阻還小，就不能跟蹤到最大功率點(diǎn)了。在調(diào)整的過(guò)程中，采用變步長(zhǎng)增加或減小電壓，即還沒(méi)有到達(dá)最大功率點(diǎn)的時(shí)候，取大些，當(dāng)達(dá)到最大功率點(diǎn)時(shí)，取小些，變步長(zhǎng)調(diào)整電壓，可一是系統(tǒng)快速尋找到最大功率點(diǎn)，且在最大功率點(diǎn)處波動(dòng)小，穩(wěn)定運(yùn)行。 最大功率點(diǎn)跟蹤方法實(shí)現(xiàn)MPPT的方法有物理跟蹤和根據(jù)電池特性跟蹤。建設(shè)這種大型電站需要復(fù)雜的控制和配電設(shè)備，投資巨大，周期長(zhǎng)，其發(fā)電成本目前要比市電貴幾倍。由于太陽(yáng)電池發(fā)出的是直流電，而一般的負(fù)載是交流負(fù)載，必須將直流電轉(zhuǎn)換為交流電才能滿足需要。方陣支架可分為固定式、可調(diào)式、自動(dòng)跟蹤式等。然而，當(dāng)兩個(gè)性能不同的組件串聯(lián)到一起時(shí)，電壓仍疊加，而電流將被限制在串聯(lián)組中電流最小的組件電流值，因此，串聯(lián)時(shí)各個(gè)組件應(yīng)是工作電流相同的組件，并為每個(gè)組件并接旁路二極管。串聯(lián)二極管作為防逆流二極管，并聯(lián)二極管作為旁路二極管，如圖27所示：圖27 太陽(yáng)能電池二極管的串并聯(lián)Fig27 Seriesparallel solar diodes（防逆流）二極管防反充二極管在太陽(yáng)能能電池中有兩個(gè)作用：一是防止蓄電池電流在太陽(yáng)能電池組件或方陣在不發(fā)電時(shí)反過(guò)來(lái)向組件或方陣充電，形成逆流，不僅消耗能量，還會(huì)使組件或方陣發(fā)熱甚至損壞；二是防止電池方陣各支路之間的電流倒送。開(kāi)路電壓：太陽(yáng)電池組件電路開(kāi)路，即時(shí)的電壓。組件的測(cè)試在專(zhuān)用的組件測(cè)試儀上進(jìn)行。硅太陽(yáng)電池是目前使用最廣泛的太陽(yáng)電池，按照硅材料的晶體結(jié)構(gòu)區(qū)分，有單晶、多晶和非晶硅太陽(yáng)電池三種。簡(jiǎn)單介紹了模糊控制數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、純模糊控制算法，及其優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了模糊參數(shù)自調(diào)整PID控制系統(tǒng)，詳細(xì)列出各個(gè)隸屬度函數(shù)以及控制輸出規(guī)則表，重心法解模糊，整體控制流程圖。這一事例證明個(gè)人發(fā)電并網(wǎng)有較好的適應(yīng)性，隨著智能電網(wǎng)的推廣，個(gè)人發(fā)電并網(wǎng)有望在更多地區(qū)實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)能光伏與建筑一體優(yōu)點(diǎn)[[] 李芳，沈輝，許家瑞等光伏建筑一體化的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．電源技術(shù)，2007年，31(8):659662．－[] , Building elements[J].Solar Energy Materials and Solar ,(36):381．]：太陽(yáng)能光伏板可以作為建筑材料，用作圍護(hù)(安裝在屋頂和墻面)，可有效地利用屋頂和圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面，節(jié)約了外飾材料又可緩解電力需求，滿足了環(huán)境與居住舒適度的要求，是一種新型的生態(tài)能源建筑無(wú)需額外用地或加建其他設(shè)施，節(jié)省了土地資源，又可降低建筑材料能耗，對(duì)于土地稀缺人口密集城市更為實(shí)用； 就地發(fā)電、就地使用，降低電網(wǎng)送電線路費(fèi)用和損耗；夏季是用戶用電高峰期，而太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度也是最強(qiáng)時(shí)期，太陽(yáng)能建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)能提供最大電量，除保證自身建筑內(nèi)用電外，還能將多余的電量向電網(wǎng)輸送，緩解高峰電力需求，解決電網(wǎng)峰谷供需矛盾，有較好的經(jīng)濟(jì)效益；光伏電池板安裝在屋頂和墻面上，并直接吸收太陽(yáng)輻射能量，還具有很好的隔熱性能，減少墻體和屋頂溫度[[] 季杰，何偉． 光伏墻體年發(fā)電性能及年得熱動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)[J] ． 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2001 ，22 (3) :311 316．]，減少冬季的采暖損耗和夏季的空調(diào)損耗使得室內(nèi)溫度冬暖夏涼，有利于降低空調(diào)負(fù)荷[[] 楊洪興，季節(jié)．BIPV對(duì)建筑墻體得熱影響的研究[J]．太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，1999(3)：270273．]；太陽(yáng)能建筑光伏發(fā)電清潔環(huán)保，是可持續(xù)能源，利用太陽(yáng)能， 可減少石油等燃料引起嚴(yán)重的空氣污染，有利于環(huán)境的保護(hù)；把光伏電池陣列作為建筑物的玻璃幕墻，應(yīng)具有建材所要求的特性：耐用堅(jiān)固、絕熱保溫、電氣絕緣、防水防潮、強(qiáng)剛度；若作為窗戶天窗材料，需要有一定程度的透光性能；對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)，電網(wǎng)無(wú)法覆蓋的無(wú)電村落或用戶，光伏建筑發(fā)電解決人們用電需求，給生活帶來(lái)極大便利。BIPV技術(shù)就是指將光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物有機(jī)集成在一起的技術(shù)，具體表現(xiàn)為在建筑物外表面上鋪設(shè)光伏陣列提供電能。太陽(yáng)能資源是最豐富的可再生能源之一，它分布廣泛，可再生，不污染環(huán)境，是國(guó)際上公認(rèn)的理想替代能源[[] 趙晶，趙爭(zhēng)鳴，周德佳．太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展．電氣應(yīng)用[J]，2007年，26(10)：610．]。論文結(jié)合太陽(yáng)能電池電壓參數(shù)特性，結(jié)合恒壓法和電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)，給出一個(gè)合理電壓值作為最大功率點(diǎn)的初始電壓值，使系統(tǒng)更快的跟蹤到最大功率點(diǎn)。從電壓和電阻值角度，分析了Boost斬波升壓電路和Buck斬波降壓電路實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的不足，提出基于BoostBuck升降壓電路實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的方法，并給出具體的計(jì)算分析過(guò)程和詳細(xì)的流程圖。建筑能耗是各行業(yè)中的耗能大戶，在我國(guó)已經(jīng)接近占總能耗的30% [[] 梁祥瑩．基于太陽(yáng)能光伏技術(shù)的節(jié)能建筑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J]．應(yīng)用能源技術(shù)，2009年，134：69．]，如何有效地降低建筑能耗是目前人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。其中的光伏陣列既可以發(fā)電又可以充當(dāng)建筑材料，可大大降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，縮短能量的回收期，提高建筑物能效，同時(shí)發(fā)出的電能可就地使用，減小了電能的傳輸損耗。目前BIPV主要應(yīng)用領(lǐng)域有大樓帷幕墻或外墻、大樓、停車(chē)場(chǎng)遮陰棚、大樓天井。 國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外光伏發(fā)電逐步由初期開(kāi)發(fā)示范階段走向規(guī)模應(yīng)用發(fā)展，各國(guó)致力于通過(guò)改進(jìn)工藝、擴(kuò)大規(guī)模、開(kāi)拓市場(chǎng)等措施，努力降低光伏電池的制造成本，提高發(fā)電效率。第7章：總結(jié)分析，分析了前面六章所用各方法的優(yōu)劣，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了基于BoostBuck升降壓電路實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)、基于面積等效法數(shù)字軟件生成SPWM技術(shù)、基于均方根算法的交流采樣電路、對(duì)比了PID控制和論文提出的參數(shù)自調(diào)整模糊PID控制的優(yōu)劣。單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池稱(chēng)為晶體硅太陽(yáng)電池，目前占世界太陽(yáng)電池的大部分市場(chǎng)。單晶硅太陽(yáng)電池組件電性能隨溫度和入射光強(qiáng)的變化情況如圖22。是當(dāng)無(wú)電流從組件汲取時(shí)，可能達(dá)到的最大電壓。并聯(lián)的各支路方陣電壓不可能絕對(duì)相等，各支路電壓總有高低，各方陣不接串聯(lián)防反充二極管時(shí)，高電壓支路的電流就會(huì)流向低電壓支路，不但降低方陣總體電壓輸出，還會(huì)對(duì)方陣造成嚴(yán)重破壞。當(dāng)兩個(gè)相同的組件并聯(lián)到一起時(shí)，電壓保持不變，電流將加倍。地面安裝的方陣支架宜采用鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)有足夠強(qiáng)度，滿足方陣靜載荷及動(dòng)載荷要求，保證方陣?yán)喂?、安全和可靠。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成220V、50Hz交流電或其他類(lèi)型的交流電，供給交流用電設(shè)備，最大限度地滿足移動(dòng)供電場(chǎng)所或無(wú)電地區(qū)用戶對(duì)交流電源的需要。分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般為住宅并網(wǎng)系統(tǒng)，特別是目前發(fā)展迅速的與建筑結(jié)合的住宅屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有許多優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)容易，投資不大，將成為主流。物理跟蹤是指跟蹤系統(tǒng)通過(guò)改變光伏方陣表面太陽(yáng)入射角和太陽(yáng)跟蹤角從而保證太陽(yáng)入射光線始終與光伏電池陣列保持最佳的角度，提高太陽(yáng)光照輻射量，提高光電轉(zhuǎn)化效率，此方法是目前提高光伏系統(tǒng)發(fā)電效率、降低光伏系統(tǒng)發(fā)電成本最為有效的方式。 電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)：能夠快速準(zhǔn)確地使系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處，并在最大功率點(diǎn)處穩(wěn)定運(yùn)行，沒(méi)有震蕩。 BoostBuck 升降壓電路及算法BoostBuck 升降壓電路如圖35：圖35 BoostBuck升降壓電路Fig35 The BoostBuck chopper circuit由電力電子知識(shí)可知，輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系為式 (313)。直流側(cè)電壓過(guò)低時(shí)，往往是由于蓄電池儲(chǔ)能不足引起的，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間工作在欠壓狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致其使用壽命大大縮短，為避免這種情況發(fā)生，在檢測(cè)到蓄電池電壓過(guò)低時(shí)停止工作。模擬控制與數(shù)字控制的比較[[] 彭力．基于狀態(tài)空間理論的PWM逆變電源控制技術(shù)研究 [D] ．武漢：華中科技大學(xué)，2004．]：數(shù)字軟件控制設(shè)計(jì)靈活方便，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展和微處理器的性能飛速提高，成本價(jià)格不斷下降，使得開(kāi)關(guān)型電力變換裝置的全數(shù)字化控制日益增多。直流側(cè)電壓檢測(cè)功能：檢測(cè)直流側(cè)輸入電壓，直流側(cè)過(guò)高或者過(guò)低的電壓會(huì)對(duì)逆變系統(tǒng)本身或蓄電池造成損壞，當(dāng)直流電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)逆變器停止工作。從電阻的角度分析：電路電阻和負(fù)載電阻構(gòu)成的等效電阻如式(312)。本實(shí)驗(yàn)太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)處的工作電壓=，開(kāi)路電壓=，太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度不同時(shí)，輸出功率的最大功率點(diǎn)也跟著變化，所以為了更快的找到最大功率點(diǎn)，減少尋找時(shí)間，在啟動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候，首先調(diào)整升壓電路占空比，使得輸出電壓達(dá)到30v，然后再根據(jù)最大功率點(diǎn)判據(jù)進(jìn)一步調(diào)整。 試驗(yàn)用太陽(yáng)能電池參數(shù)本實(shí)驗(yàn)裝置使用的太陽(yáng)能電池組幾個(gè)主要參數(shù)如下：最大功率()：250W；最大功率點(diǎn)的工作電壓()：；最大功率點(diǎn)的工作電流()：；開(kāi)路電壓：；短路電流：；最大系統(tǒng)電壓：1000V(IEC)/600V(UL)。大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是所發(fā)的電能被直接輸送到電網(wǎng)上，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。逆變器：逆變器是系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換裝置。屋頂、建筑一體化的安裝形式應(yīng)考慮支承面載荷能力。 太陽(yáng)能組件串/并聯(lián)應(yīng)注意的問(wèn)題：性能相似的組件串聯(lián)到一起時(shí)，電流保持不變，電壓將加倍。二極管在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要作用分為兩類(lèi)，一類(lèi)用作防逆流二極管，一類(lèi)用作旁路二極管。超過(guò)最大功率點(diǎn)后，大多數(shù)組件隨著電壓的增加，輸出電流或輸出功率將減少，給出最大功率點(diǎn)的具體說(shuō)明，為本論文后續(xù)MPPT方法的提供理論依據(jù)。從轉(zhuǎn)化效率、制造能耗、成本等角度，列出幾個(gè)不同類(lèi)型的太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)，如表21所示：表21 不同種類(lèi)電池特點(diǎn)Tab21 the characteristics of different types battery類(lèi)型轉(zhuǎn)化效率制造能耗成本資源可靠性公害單晶硅1320%高高中高小多晶硅1018%中中中中小非晶硅812%低低豐富中小砷化鎵1822%高很高稀少高大太陽(yáng)電池組件電性能測(cè)試在規(guī)定光源的光譜、光強(qiáng)以及一定的電池溫度條件下，測(cè)試開(kāi)路電壓、短路電流、伏安特性曲線、填充因數(shù)和最大輸出功率等，地面用太陽(yáng)電池組件的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件為：，太陽(yáng)輻照度，溫度25℃。太陽(yáng)能電池在開(kāi)路時(shí)，二極管的電壓即為開(kāi)路電壓，即，開(kāi)路電壓值僅與電池溫度有關(guān)[[] Rauschenbach H cell array design handbook[M].New York:Van Nostrand Reinhold,1980.－][[] Hu Chenming,White Richard Cells[M].New York:McGrowHill,1983.][[] ,et PV buildings analysis of future scenarios with an example of Southern :8596.]，開(kāi)路電壓數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(23)： (23)短路電流和開(kāi)路電壓是太陽(yáng)能電池很很重要的兩個(gè)參數(shù)，根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)值可以了解電池的性能，對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供幫助。第6章：逆變器閉環(huán)控制算法，介紹了經(jīng)典PID算法，包括位置式和增量式，各個(gè)系數(shù)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。安裝了太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備和風(fēng)能發(fā)電設(shè)備，除自家使用外，余下的電可向相關(guān)部門(mén)申請(qǐng)并網(wǎng)。光伏幕墻方式是太陽(yáng)能建筑一體化的趨勢(shì)，將更多的應(yīng)用于各建筑物上，光伏幕墻如圖12所示。但為了便于維護(hù)，光伏建材型太陽(yáng)電池的壽命要與周?chē)慕ú南嗥ヅ洹Ｒ虼?，減少傳統(tǒng)常規(guī)能源的能耗、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、開(kāi)發(fā)利用可再生新能源已引起世界各國(guó)及我國(guó)政府的高度重視新能源應(yīng)用。論文分兩個(gè)部分，一部分介紹太陽(yáng)能電池的參數(shù)特性，為后文的研究提供理論基礎(chǔ)，另一部分重點(diǎn)研究太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)，如最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），基于面積等效法的SPWM技術(shù)，交流電壓采樣算法，參數(shù)自調(diào)整的模糊PID技術(shù)等，目的是提高系統(tǒng)的發(fā)電效率和應(yīng)對(duì)負(fù)載變化時(shí)能快速提供穩(wěn)定的電壓。結(jié)合單片機(jī)技術(shù)和面積等效法計(jì)算出詳細(xì)的正弦表，給出詳盡的軟件設(shè)計(jì)方法和SWPM實(shí)驗(yàn)輸出波形。“開(kāi)源節(jié)流”是解決能源安全問(wèn)題的唯一選擇，在大力節(jié)能的基礎(chǔ)上如何使用可再生能源，降低建筑物傳統(tǒng)能消耗量是近幾年人們的努力方向。這是近些年來(lái)光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。斜頂式屋頂之瓦屋、大型建筑物屋頂隔音墻等，個(gè)人住宅、商業(yè)大樓、學(xué)校、醫(yī)院樓、機(jī)場(chǎng)、地鐵站臺(tái)、公交車(chē)站以及大型工廠車(chē)間等都適合安裝使用BIPV技術(shù)。國(guó)際能源組織分別于1991年和1997年啟動(dòng)建筑光伏集成計(jì)劃，多國(guó)家紛紛制定太陽(yáng)能建筑發(fā)展計(jì)劃。第2章 太陽(yáng)能電池法國(guó)物理學(xué)家貝克雷爾(Becqurel)于1839年發(fā)現(xiàn)光伏電池的光生伏特效應(yīng)[[] (美)漢斯S單晶硅太陽(yáng)電池的主要性能：目前國(guó)產(chǎn)單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率通常為16%～18%。圖22 單晶硅電池性能隨溫度變化曲線 Fig22 The performance of single crystal silicon cell changes with temperature curve溫度對(duì)太陽(yáng)能電池電壓電流功率及效率的影響：太陽(yáng)電池組件的電池溫度較高時(shí)，工作效率低。短路電流：太陽(yáng)電池組件電路短路，即時(shí)的電流。即使各個(gè)支路電壓相當(dāng)，但當(dāng)某一支路因?yàn)楣收?、陰影遮蔽等原因，使該支路的輸出電壓降低，同樣?huì)產(chǎn)生電流由高壓方陣流向低壓方陣。然而，性能不同的組件并聯(lián)到一起時(shí)，電流將增加，但總的輸出電壓又被鉗制在組件中電壓最小的組件電壓值，所以，并聯(lián)時(shí)應(yīng)該選擇工作電壓相同的組件，并在每一條并聯(lián)線路中串聯(lián)防反充二極管。支架應(yīng)保證組件與支架連接牢固、可靠，底座與基礎(chǔ)連接牢固，考慮站點(diǎn)環(huán)境、氣象條件，可適當(dāng)調(diào)整。