【正文】 對于光伏中心發(fā)電站來說，并網(wǎng)是很自然的事情；對于小型的、以住宅為基本單元的系統(tǒng)并網(wǎng)用經(jīng)濟上考慮也有吸引力，這樣，通用電網(wǎng)在某種意義上充當了光伏電能的貯存媒介。當其值為零時，表明此時系統(tǒng)處于最大功率點處；當其值為正數(shù)時，表明系統(tǒng)此時處于最大功率點的左側(cè)；當其值為負數(shù)時，表明系統(tǒng)此時處于最大功率點的右側(cè)。其原理是每隔一定的時間增加或減少電壓，并觀測其后的功率變化方向，來決定下一步的控制信號。同理，如果輻照強度的變化使得特性由曲線 2 下降至曲線 1，則相物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 18 對應(yīng)的工作點會由 B 變化到 b 點，而實際情況應(yīng)該是使負載特性曲線由負載 2改變至負載 1，以保證光伏系統(tǒng)在輻照強度發(fā)生變化情況下仍然可以運行于最大功率點 A。 C 圖 36 不同溫度下太陽能電池板的 IV 特性曲線 由上圖可以看出在一定的光照強度下，隨著溫度的變化，太陽能電池板輸出電壓變化比較大，輸出電流變化比較小，隨著溫度的增加，輸出電壓在減小， 輸出電流在增加。開路電壓值隨著光照強度的升高而升高。空 間太陽能電池的主要要求是耐輻射性好、可靠性高、光電轉(zhuǎn)換效率高、功率面積 比和功率質(zhì)量比優(yōu)等。 5． 其他因素 由于太陽 光存在著間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的特點，因此發(fā)電受外界環(huán)境的影響較大。 光伏發(fā)電尚存在的問題 目前，光伏發(fā)電仍存在下列幾個主要問題 : 1． 光伏陣列發(fā)電效率低 光伏陣列是光伏發(fā)電的最基本元件。當光伏陣列的發(fā)電量大于存儲在蓄電池中。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 7 第二章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。 1995 年，高效聚光砷化鎵太陽電池效率達 32％。 1959 年，第一個單晶硅太陽能電池問世。商品多晶硅光伏電池組件的轉(zhuǎn)換效率 為10%— 14%。但這一方案需解決向地面無線輸電問題。 (3)維護簡 單，使用方便。在本世紀初進行的關(guān)于世界化石 能源儲量的調(diào)查研究數(shù)據(jù)顯示：以當前人類的能源消耗速度，石油還可以開采約 40 年，煤炭為 22 年，天然氣為 61 年。而我國化石能源的儲量情況更加嚴峻，嚴重制約了經(jīng)濟的發(fā)展。如遇風(fēng)雨天，只需檢查太陽電池表面是否被粘污、接線是否可靠、蓄電池電壓是否正常即可?，F(xiàn)已提出用微波束、激光束傳輸?shù)确桨?。商品非晶硅光伏電池組件的轉(zhuǎn)換效率為 4%— 6%。 1960 年，太陽能首次實現(xiàn)并網(wǎng)運行。 1997 年，單晶硅光伏電池效率達 25％。一套基本的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池 (組 )構(gòu)成。當負載消耗大于當前光伏陣列產(chǎn) 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 8 D C / D C D C / A C交 流 負 載直 流 負 載蓄 電 池逆 變 器升 壓 電 路光 伏 陣 列 圖 21 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 生的電能，那么光伏陣列和蓄電池同時對負載供電。光伏發(fā)電效率指的是光能轉(zhuǎn)化為電能的比率。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 11 第三章 光伏電池及其特性 太陽能電池陣列是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是光伏系統(tǒng)的重要組成部分，它決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 12 太陽能電池的基本工作原理 太陽能電池是利用半導(dǎo)體材料的電子特性把太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能的一種 固態(tài)器件。 oI 為通 過 PN結(jié)的總擴散電流。 功 率P / W電 壓 U / V0 186。 MPPT 常規(guī)跟蹤算法 MPPT 的本質(zhì)上是一個自尋優(yōu)過程，通過控 制輸出端電壓或其它參數(shù)量，使得光伏陣列在不同的溫度和輻照強度下均能夠輸出最大功率。這種控制算法一般也采用功率反饋，即使兩個傳感器對直流母線電流及其兩端的電壓分別采樣。 電導(dǎo)增量法通過比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來改變控制信號。它把一個國家某個地區(qū)、全國甚至跨國的所有發(fā)電廠與用戶聯(lián)系起來。 在工業(yè)化國家的大多數(shù)地區(qū)，可以將通用電網(wǎng)作為備用電源，不必再用昂貴的蓄電池貯能，還可將太陽能電池陣列過剩的電力賣出，并入通用電網(wǎng)。 光伏系統(tǒng)工作在最大功率點情況下，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 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=0dI0dI/dU=
I/UdI/dU
I/U否是是是否否否否是是 圖 45 電導(dǎo)增量法流程圖 將上式整理后得： UIdUdI ?? (44) 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 22 式中： dI 表示增量前后測量到的電流差值 dV 表示增量前后測量到的電壓差值 在實際應(yīng)用中，可以通過判斷 (dI/dU+I/U)的值來判定光伏系統(tǒng)是否處于最大功率點。O)是目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中 MPPT 控制最常用的算法之一。為了能夠跟蹤到最大功率點，可將負載特性曲線由負載 1 改變至負載 2，從而保證系統(tǒng)仍然處于新條件下的最大功率點 B。 C 7 5 186。 U 為太陽能電池的輸出值，當太陽能電池兩端開路時，太陽能電池輸出的電壓值為開路電壓 nrU ，與太陽光輻射強度有關(guān)系，而與電池板面積的大小沒有關(guān)系。地面太陽能電池又可分為電源太陽能電池和消費品用太陽 能電池兩種。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。 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 9 D C / D CD C / A C交 流 負 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 機風(fēng) 力 發(fā) 電 機 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，來解決偏遠地區(qū)無電村和無電戶的供電問題，為 200 萬戶偏遠地區(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)達國家建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的 經(jīng)驗，在經(jīng)濟較發(fā)達、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而開展大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用作好準備。在有太陽光照的情況下，如偏遠山村用電設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、航標燈、主要用于偏遠氣象和地震觀光伏陣列產(chǎn)生電能，負載的消耗，那多余的電能就會轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并向負載供電。 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)控制策略也進行了研究分析，最后利 用 MATLAB/Simulink 仿真軟件對并網(wǎng)系統(tǒng)進行了建模與仿真。 1986 年美國建成 光伏電站。 1958 年太陽電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒１號衛(wèi)星電源。商品單 晶硅電池組件的轉(zhuǎn)換效率為 11%— 15%。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，準備在同步軌道上放一個長 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 3 樣便可提供 5 610 KW電 力。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電源；一個 的太陽能電池發(fā)電站，占地約 80 2)(km ，不足 10 個月便可建成發(fā)電。 next followed by a brief introduction to the principles of maximum power point tracking technology and conventional algorithm. Through MATLAB/Simulink , the MPPT system was modeled and simulated,then draw the appropriate conclusions . Finally, it makes an introduction of the principle and control strategy of photovoltaic (pv) grid system, then a modeling and simulation 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 3 was carried out. Key Words： Solar Photovoltaic Storage Battery Matlab Simulation GridConnected Maximun Power Point Tracing 物理電氣信息學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 4 目 錄 第一章 緒論 .................................................................................................................. 1 課題背景與選題意義 ......................................................................................... 1 全球能源危機與環(huán)境問題 .......................................................................... 1 太陽能的開發(fā)與利用 .................................................................................. 1 國內(nèi)外研究綜述 ................................................................................................. 3 光伏發(fā)電的歷史 .......................................................................................... 3