【文章內容簡介】 配置成本。 一般的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如下圖所示，將太陽能電池控制系統(tǒng)和民用電網(wǎng)并聯(lián)，當太陽能電池輸出電能不能滿足負載要求時，由電網(wǎng)來進行補充。而當其輸出的功率超出負載需求時，將電能輸送到電網(wǎng)中。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調配 向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，因而沒有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。 太 陽 能 電池 陣 列控 制 器 逆 變 器D C / D C 變 換 器直 流 負 載蓄 電 池電 網(wǎng)交 流 負 載南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 7 圖 3 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指未與公共電網(wǎng)相連接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出功率提供給本地負載 (交流負載或直流負載 )的發(fā)電系統(tǒng)。其主要應用于遠離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場所，如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠偏僻農村、海島和牧區(qū)提供照明、看電視、聽廣播等基本生活用 電，也可為通信中繼站、氣象站和邊防哨所等特殊處所提供電源。 離網(wǎng)型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)廣泛應用于偏僻山區(qū)、無電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等應用場所。系統(tǒng)一般由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能充放電控制器、蓄電池組、離網(wǎng)型逆變器、直流負載和交流負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能，通過太陽能充放電控制器給負載供電，同時給蓄電池組充電；在無光照時，通過太陽能充放電控制器由蓄電池組給直流負載供電，同時蓄電池還要直接給獨立逆變器供電，通過獨立逆變器逆變成交流電，給交流負載供電。 下圖所示為一種常用的太 陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖，該系統(tǒng)由太陽能電池陣列、 DC/DC 變換器、蓄電池組、 DC/AC 逆變器和交直流負載構成。 DC/DC變換器將太陽能電池陣列轉化的電能傳送給蓄電池組存儲起來供日照不足時使用。蓄電池組的能量直接給直流負載供電或經(jīng) DC/AC 變換器給交流負載供電。該系統(tǒng)由于有蓄電池組，因而系統(tǒng)成本增加，但可在無日照或日照不足時為負載供電。 [8] 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 8 圖 4獨立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)圖 目前，太陽能電池陣列在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價中占很大比重，而且太陽能電池的轉 化效率本身就不高，因此有必要研究提高太陽能電池利用效率的方法，以降低系統(tǒng)單位價格的成本，促進太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用推廣。太陽能電池最大功率點跟蹤 (簡稱 MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽能電池轉化所得的電能。 [9] 太陽能電池最大功率點跟蹤原理及方法 太陽能電池的輸出特性受電池溫度和日照強度等因素的影響，電池溫度主要影響太陽能電池的開路電壓，日照強度主要影響太陽能電池的短路電流。在一定日照強度和溫度下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點，太陽能電池只有工作在最大功率點才能使其輸出的功 率最大。目前使用的太陽能電池最大功率點跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動法、電導增量法以及其它的一些跟蹤方法。 1. 恒電壓法 溫度一定時，在不同的日照強度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強度下太陽能電池陣列最大功率點的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽能電池陣列輸出最大功率。 恒電壓法具有控制簡單，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點，比一般太陽能光伏系統(tǒng)可望多獲得 20%的電能，較之不帶 CVT 的直接藕合要有利得多。然太 陽 能電 池 板D C / D C變 換 器蓄 電 池 直 流 負 載控 制 器 逆 變 器 交 流 負 載南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 9 而恒 電壓法忽略了太陽能電池溫度對太陽能電池陣列最大功率點的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽能電池而言，當太陽能電池溫度每升高 1℃時，其開路電壓下降率約為 %%，這說明太陽能電池的最大功率點對應的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強度。因此對于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)， CVT 方式并不能完全跟蹤太陽能電池陣列最大功率點，從而導致系統(tǒng)功率損失。研究結果表明，雖然許多太陽能光伏系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點跟蹤方法，但 這種方式所帶來的功率損耗相比于微電子技術的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟。 2. 擾動觀察法 擾動觀察法的原理是 :在每個控制周期用較小的步長改變太陽能電池陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對象可以是太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過程稱為“擾動” 。然后，通過比較干擾周期前后太陽能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過程，如果檢測到輸出功率減少，則改變“干擾”的方向。擾動觀察法的最大優(yōu)點就是結構簡單，被測參數(shù)少，容易 實現(xiàn)。但是即使在某一周期太陽能電池陣列運行在最大功率點，由于擾動的存在，下一周期太陽能電池陣列運行點又會偏離最大功率點，因此太陽能電池陣列實際是在最大功率點附近振蕩運行，從而導致部分功率損失 。其次，難以選擇合適的變化步長，步長過小，跟蹤的速度緩慢，太陽能電池陣列可能長時間運行于低功率輸出區(qū)，步長過大太陽能電池陣列在最大功率點附近的振蕩又會加大，跟蹤精度下降，從而導致更多的功率損失 。另外，當外部環(huán)境突然變化，太陽能電池陣列從一個穩(wěn)定運行狀態(tài)變換到另一個穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程中，會出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。 3. 增量電導法 為了解決擾動觀察法導致的功率損失問題，有人在 1995 年提出了增量電導法。由太陽能電池陣列輸出電氣特性知，太陽能電池陣列的輸出功率 電壓 (PV)曲線是一個單峰曲線，在最大功率點處，功率對電壓的導數(shù)為零。 增量電導法的優(yōu)點是 :在日照強度發(fā)生變化時，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動觀察法小。增量電導法的缺點是 :太陽能電池陣列可能存在一個局部的最大功率點，這種算法可能導致系統(tǒng)穩(wěn)定在一個局部的最大功率點； 如同擾動觀察法一樣，增量電導法的變化步長也是固定的，步長過小會使跟南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 10 蹤 速度變慢，太陽能電池陣列較長時間工作在低功率輸出區(qū) 。步長太長，又會使系統(tǒng)振蕩加劇，影響跟蹤精度。在實際的光伏系統(tǒng)中，增量電導法的實現(xiàn)對硬件的要求相對較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理。 南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 11 第三章 鉛酸蓄電池 太陽能電池是一種利用光生伏打效應把光能轉換為電能的器件，當太陽光照射到半導體 PN 結時，就會在 PN 結兩邊產生電壓，使 PN 結短路，從而產生電流。這個電流隨著光強度的加大而增大，當接受的光強度達到一定數(shù)量時，就可以將太陽能電池看成恒流電源。對 于太陽能電池方陣而言，應按照用戶的要求、負載的用電量及技術條件確定太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太陽能電池方陣的工作電壓決定，應考慮蓄電池的均浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對太陽能電池的影響。蓄電池的容量決定其最大充電電流，該數(shù)值再結合負載電流，可決定太陽能電池并聯(lián)數(shù)。太 陽能電池組件（也叫太陽能電池組件）是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。其作用是將太陽能轉化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作，太陽能電池組件的質量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質量和成本。 能蓄電池的工作原理 白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產生一定幅度的直流電壓，把光能轉換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過智能控制器的過充保護，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進行儲存；而儲存就需要有蓄電池，所謂蓄電池即是貯存化學能量，于必要時放出電能的一種電氣化學設備。 普通蓄電池又稱為鉛酸蓄電池，它的電極是由鉛和鉛的氧化物構成，電解液是蒸餾的水溶液。主要優(yōu)點是電壓穩(wěn)定、價格便宜；缺點是比能低 (即每公斤蓄電池存儲的電能 )、使用壽命短和日常維護頻繁。老式普通蓄電池一般壽命在 2年左右，而且需定期檢查 電解液的高度并添加蒸餾水。不過隨著科技的發(fā)展，普通蓄電池的壽命變得更長而且維護也更簡單了。鉛酸蓄電池最明顯的特征是其頂部有 6 個可擰開的塑料密封蓋，上面還有通氣孔。這些密封蓋是用來加注、檢查電解液和排放氣體之用。按照理論上說，鉛酸蓄電池需要在每次保養(yǎng)時檢查電解液的高度，如果有缺少需添加蒸餾水。但隨著蓄電池制造技術的升級，鉛酸蓄電池的維護也不再復雜。正常使用， 23 年間鉛酸蓄電池都無需添加電解液或蒸餾水。 儲能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲能系統(tǒng)的 好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性南昌航空大學自考本科畢業(yè)論文 12 能在