【正文】 能光伏電池而言，由外太空中的照度及溫度變化緩慢且幅度較小，因此，電壓反饋法仍不失為一個(gè)好方法。這種控制算法實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)復(fù)雜，而且檢測(cè)精度和速度在一定程度上會(huì)影響跟蹤精度和速度，同時(shí)，電導(dǎo)增量步長的選取也會(huì)影響跟蹤誤差的大小和速度安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 4 離網(wǎng)型光伏逆變器 光伏逆變器的概述 隨著我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，尤其是光伏屋頂計(jì)劃的實(shí)施，國內(nèi)對(duì)離網(wǎng)型光伏逆變器的需求將越來越大。由于輸入的直流電壓為 220VDC ，該逆變器的功率為 5KW，采用的是日本三菱第五代 IPM 功率驅(qū)動(dòng)模塊。它的有點(diǎn)事結(jié)構(gòu)簡單，各種保護(hù)功能均在較低電壓下實(shí)現(xiàn)。 電源板將輸入的電變成 +15V 的直流電給驅(qū)動(dòng)板和采樣板供電。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路如圖 53 所示。高頻變壓器的升壓系數(shù)為 ，采用雙橋間距為 的鐵氧鐵芯，由直徑 的銅絲繞制而成。交流輸入后通過整流濾波得到直流電壓，經(jīng)過 LM317 后獲得 的直流電壓，作為 UC3842芯片的啟動(dòng)電壓。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 8421 3 567電 壓 反 饋 輸 入電 流 檢 測(cè) 比 較 器V T 1V T 2驅(qū) 動(dòng)5 V 基 準(zhǔn) 電 源V C C欠 壓 限 制P W M鎖 存 器振 蕩 器 圖 52 UC3842的內(nèi)部框 圖 UC3842 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。 LC 低通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。 U rAU cU cBT cDtCtBtAδ’δδ’δ / 2δ / 2UU 圖 44 SPWM脈沖信號(hào)規(guī)則采樣法生成原理 工頻隔離變壓器 當(dāng) 220V的直流電通過逆變器逆變后生成的 SPWM 波的大小約為 140V 左右，需要通過升壓使逆變輸出的電壓能夠給交流負(fù)載供電。 電感電流連續(xù)模式下，需要的電容值為： 0000 UDTIUR DTUC ???? (42) 要想獲得輸出為 220VAC 的正弦波，考慮到 SPWM 調(diào) 制技術(shù)的最大利用率 和調(diào)制度，以及 IGBT 管的導(dǎo)通 范圍， Boost 變換器需要將直流電壓升到 420V，紋波電壓 為直流電壓的 5‰ ，即為 ，占空比 D 選取最大值 ， 代入式（ 42）求得電容值為 1033μ F，考慮到一定裕量， 選取 3 個(gè)并聯(lián)的 470μ F 的電解電容。 如圖 38 所示： d U = 0d I / d U = I / Ud I / d U I / Ud I = 0d I 0是否是是 是是否否否否U r = U r Δ UU r = U r + Δ UU r = U r Δ UU r = U r + Δ U開 始檢 測(cè) 光 伏 陣 列 輸 出電 壓 U a 、 電 流 I aU b = U aI b = I a結(jié) 束 圖 38 電導(dǎo)增量法的控制流程圖 雖然電導(dǎo)增量法仍然是以改變太陽能是以改變太陽能光伏電池輸出電壓來達(dá)到最大功率點(diǎn)（ Pmax），但是通過修改 邏輯判斷式來減少在 Pmax 點(diǎn)附近的振蕩現(xiàn)象，可以使其更能適應(yīng)瞬息萬變的大氣環(huán)境。 a)電壓反饋法 光伏陣列是一種非線性的電源。先對(duì)光伏陣列的輸出電壓和電流進(jìn)行連續(xù)的采樣，并將每次采樣的一組電壓電流數(shù)據(jù)相乘折合成功率值，然后減掉上一次采樣得到的功率值，即為功率差分值。 由上圖可看出：光伏電池既不是恒流源也不是恒壓源。這種定向裝置又稱太陽能跟蹤器。將若干電池單元按平板結(jié)構(gòu)組裝在一起，且所有光伏電池均朝同方向。當(dāng)將光伏電池板串聯(lián)使用時(shí)，總的輸出電壓是單個(gè)電池組件工作電壓之和，而總的輸出電流受原有電池組件中工作電流最小的已組建所限，總的輸出電流智能等于該電池組件的電流。其造價(jià)低低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅光伏電池，目前主要用于弱光性電源，如手表 、計(jì)算器等的電池?？捎糜跇?gòu)成薄膜光伏電池的材料有很多種，主要包括多晶硅、非晶硅、碲化鎘以及 CIS 等，其中以多晶硅薄膜光伏電池性能較優(yōu)。光生電動(dòng)勢(shì)使 P 區(qū)和 N 區(qū)分別帶正負(fù)電，從而產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。還有像邊防哨所、氣象臺(tái)站、通信中繼站、大型海洋浮標(biāo)等特殊場所也使用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。如果是直流負(fù)載，發(fā)電系統(tǒng)直接對(duì)其進(jìn)行供電；如果是交流負(fù)載， 光伏電池輸出的直流電通過 DC/AC 電路逆變，向其提供交流電能。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。引進(jìn)的光伏電池生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線的投資主要來自中央政府、地方政府、國家工業(yè)部委和國家大型企業(yè)。發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球各國解決能源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)之間矛盾 的最佳途徑之一。開發(fā)和利用豐富、廣闊的太陽能，可以對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生或產(chǎn)生很少污染，太陽能幾時(shí)近期急需的能源補(bǔ)充，又是未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，不論是從經(jīng)濟(jì)社會(huì)走可持續(xù)發(fā)展之路和保護(hù)人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境的高度來審視，還是從特殊用途解決現(xiàn)實(shí)能源供應(yīng)問題出發(fā)，開發(fā)利用太陽能具有重大戰(zhàn)略意義。而綜觀可再生能源種類，風(fēng)能、生物能、太陽能中，太陽能的利用前景最好，潛力最大。 我國光伏發(fā)電經(jīng)歷了兩次飛躍。 太陽能光伏發(fā)電 的概述 太陽能發(fā)電可分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種。白天，日照達(dá)到一定強(qiáng)度，由光伏電池陣列直接向負(fù)載和蓄電池提供電能，或者是部分電能直接送到電網(wǎng)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 21 所示是典型的并網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括光伏 電池陣列、DC/AC 逆變器、 DC/DC 變換器、控制器和電網(wǎng)五個(gè)組成部分。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 光伏電池 光伏 電池的工作原理 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池是實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，光伏電池陣列是多個(gè)特性相同的電池單體經(jīng)過串并聯(lián)后構(gòu)成的，一般是由半導(dǎo)體材料制成的，其特性與二極管類似。 （ 4）薄膜光伏電池。用它們制造的光伏電池又分為薄膜和片狀兩種。工程上使用的光伏電池板是光伏電池使用的基本單元，其輸出電壓一般在十安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 幾至幾十伏左右。 h /m2 表示該 光伏陣列單位面積的能量 質(zhì)量密度 kg/m2 表示該光伏陣列單位面積的質(zhì)量 單位成本 元 /W 表示該光伏陣列單位功率的成本 光伏陣列的分類 按外形結(jié)構(gòu)來分 ,光伏陣列主要有平面式光伏陣列、曲面式光伏陣列以及聚光式光伏陣列，以安裝形式分則分為固定安裝式光伏陣列、定向安裝式光伏陣列及加固定裝式光伏陣列，按使用場合分則可分為地面光伏陣列、高空光伏陣列、宇宙光伏陣列以及潛水光伏陣列。其特點(diǎn)是該光伏陣列表面好太陽光之劍的角度是連續(xù)變化的。我國應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件為：日照強(qiáng)度 1KW/m2,電池溫度為 25℃ ，太陽輻射光譜為。（ maximum power point tracking， MPPT） 。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 開 始檢 測(cè) 端 電 壓 及線 路 電 流d U = U ( k ) U ( k 1 )Δ ( U ) = d U 否是開 始設(shè) 定 U p v 輸 出檢 測(cè) 光 伏 陣 列 輸 出 電壓 、 電 流計(jì) 算 功 率 PP P _ o l d保 持 擾 動(dòng) 方 向 改 變 擾 動(dòng) 方 向P = P _ o l d 圖 37 擾動(dòng)觀測(cè)法控制流程圖 c)電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法（導(dǎo)納微分）的基本理念是與功率反饋法時(shí)相同的，其出發(fā)點(diǎn)為 dU/dI=0這個(gè)邏輯判斷式，其中的功率 （ P） 可由電壓（ U）與電流（ I） 表示。 U s+ QDLCU o 圖 42 Boost電路 根據(jù) Boost 電路中電感電流是否連續(xù)可以分為電感電流連續(xù)、電感電流斷續(xù)和電感電流臨界連續(xù)三種工作模式。由圖 71 所示。 LC 低通濾器的選取主要考慮幾個(gè)方面的因素，噪聲、抑制能力、輸出阻抗、逆變電流應(yīng)力。因此，無論開關(guān)電壓的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 8421 3 56V C CV r e7電 壓 反 饋 輸 入電 流 檢 測(cè) 比 較 器V T 1V T 2電 源驅(qū) 動(dòng)5 V 基 準(zhǔn) 電源V C C欠 壓 限 制振 蕩 器P W M鎖 存 器 圖 53 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路 第 7 腳為輸入電壓，開關(guān)電源啟動(dòng)的時(shí)候需要在該引腳加 一個(gè)不低于 16V的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在 10～ 30V之間波動(dòng)，低于 10V時(shí)停止工作。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 U C 3 8 4 2V C CG N DV f bC O M PV r e fR t C t IO U T P U T1 6 . 5 V1 0 KI R F 5 4 0 U接 到 高 頻 變 壓 器 的 主 繞 組 上0 . 2 5 K2 0 K1 K1 0 K0 . 0 0 2 2 u f0 . 0 2 u f4 7 0 u f2 0 0 k 圖 54 UC3842的核心電路圖 如圖 54 所示， UC3842 的工作頻率由 4 腳和 8 腳間的 RT 和 CT 決定的。 第 2 腳是反饋腳，將采樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，控制脈沖的寬度。內(nèi)部采用的是雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，外環(huán)是電壓控制環(huán)。所安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 以需要濾波，常見的濾波裝置有單電感濾波， LC 濾波，還有 LCL 濾波。 本設(shè)計(jì)采 用數(shù)字方法控制，即用軟件實(shí)現(xiàn) 。由于太陽能的直接輸出一般都是 DC12V、 DC24V、 DC48V。通過周期性的增加或減少負(fù)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 載的大小，以改變太陽能光伏電池的端電壓及輸出功率，并觀察、比較負(fù)載變動(dòng)前后的輸出電壓及功率的大小，以決定下一步的增、減負(fù)載動(dòng)作。如果)()( kIkU ??? ，則認(rèn)為陣列輸出 功率已經(jīng)滿足最大功率點(diǎn)的必要條件，可以近似 認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)工作在最大功率點(diǎn)上，只要保持系統(tǒng)有功功率即可；如果 )()( kIkU ??? ,則說明陣列輸出功率增大的方向?yàn)殡妷涸龃蠖娏鳒p小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電流區(qū)域以內(nèi)，必須降低系統(tǒng)有功輸出才能使得系統(tǒng)重新工作在最大功率點(diǎn)上；而如果)()( kIkU ??? ，則說明光伏陣列輸出功率增加的方向?yàn)殡娏髟黾佣妷簻p小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電壓區(qū)域以內(nèi)，此時(shí)只有增加系統(tǒng)有功輸出才能使得系統(tǒng)工作在當(dāng)前的最大功率點(diǎn)上?？梢钥闯?，隨著電池溫度的升高，光伏電池的短路電流 ISC 略微增加，而光伏電池開路電壓降低。 U太陽能電池輸出電壓，單位 V。 ③ 聚光式光伏陣列。光伏陣列串聯(lián)后的伏安特性曲線參考見圖 31。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率低、價(jià)格便宜、輕便，易于 大規(guī)模生產(chǎn)。 按電池 材料分類： （ 1）硅光伏電池： 包括單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池和非晶硅光伏電池。 在同一個(gè)半導(dǎo)體材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè) PN 結(jié)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，如光纖通訊系統(tǒng)、微波中繼站、衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話系統(tǒng)、部隊(duì)通訊系統(tǒng)、鐵路安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 和公路信號(hào)系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、海洋浮標(biāo)電源、石油和天然氣輸送管道陰極保護(hù)、氣象和地震臺(tái)站、水文觀察、污染檢測(cè)等災(zāi)害測(cè)報(bào)儀器電源等，甚至還可以用在航空設(shè)備以及飛機(jī)、車輛、船舶等交通 。提高了系統(tǒng)供電可靠性。 （ 2）分析光伏發(fā)電的原理及光伏電池的工作原理及分類，分析了光伏電池的輸出特性，并針對(duì)其輸出特性介紹了 MPPT 方法。特別是在 2021 年近 800 個(gè)無電鄉(xiāng)政府用電問題被解決。 1997 年又宣布 7 萬光伏屋頂計(jì)劃，到 2021 年將安裝 7600MW 太陽 電池 。能源是經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的基本動(dòng)力，但由于常規(guī)能源的有限性和分布不均勻性，造成世界上大部分國家的能源供應(yīng)不足，不能滿足經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。s surface energy equivalent to tens of thousands of barrels of oil burning energy. Development and utilization of rich, broad solar, can not generate environmental or produce little pollution, solar energy when the recent muchneeded energy supplement, is the future energy structure foundation, whether from the economic society and take the road of sustainable development and the protection of human survival of the earth ecological perspective, or from the special purpose to solve the realistic problems of energy supply, solar energy d