【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在 u1=E－ u0，根據(jù)能量守恒得： o ffon tIEUtEI 101 )( ?? 整理得： EEtTEt ttUof fof fof fon ?10 ???? ( 10 ??? ) (2 5) 因?yàn)?Ttoff?? ，輸出電壓大于電源電壓，因此該變換器又被稱作升壓斬波電路，其又被叫做 Boost 變換器。由于 Ttoff?? ，因此改變它便能改變 u0與導(dǎo)通占空比的關(guān)系： 1???? 于是，式 (25)可整理為： EEU ?? ??? 1 110 EVDRLViuooCi 1 圖 27 升壓式電路 圖 28 電路連續(xù)導(dǎo)電模式下的穩(wěn)態(tài)波形 升壓變換器在蓄電池電壓高并且光伏電池的輸出電壓低的場(chǎng)合應(yīng)用較廣。它的優(yōu)勢(shì)在于：①輸入的電流是連續(xù)的，對(duì)電源只有較小電磁干擾；②開(kāi)關(guān)器件 IGBT 的發(fā)射極接地，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路。其不足之處在于：①輸出端的二極管的電流不是連續(xù)的，是脈動(dòng)的，增大了輸出紋波的幅度。②穩(wěn)態(tài)電壓比一直比 1大，只可以升高電壓。 升降壓式變換器 V 關(guān)斷 VD 導(dǎo)通 V 導(dǎo)通 VD 關(guān)斷 ont oft t t ii V T RCEVDLViuoouLi 1 i 2i L 圖 29 升降壓式電路 升降壓式變換電路電路圖如圖 所示，分析電路我們可以分析得到其基本原理為：當(dāng)開(kāi)關(guān)元件 V 接通時(shí)，電源 E可以為電感 L 供電，使之儲(chǔ)存能量，這個(gè)時(shí)候電路電流為 i1，電感 L兩端的電壓為 EuL? ；當(dāng) V 關(guān)斷時(shí)，電源 E不再為電路供電，但是此時(shí)電感 L中儲(chǔ)存的能量向負(fù)載 R釋放。若電容器 C 的值可以認(rèn)為很大，可以一個(gè)固定的電壓輸出。等到電路工作于穩(wěn)態(tài)后，則在 0T時(shí)間內(nèi)電感 L 兩端電壓 uL對(duì) t的積分為 0，即 ? ?T dtuL0 0。 當(dāng) IGBT 元件 V 導(dǎo)通時(shí)， EuL? ；而當(dāng)它關(guān)斷時(shí)， 0uuL ?? ，可得： 0)( 0 ??? offon tUEt 因此，輸出電壓可表示為： offonttU?0 onontTtE ?? EE ????1 ( 10 ??? ) BuckBoost 變換器兼?zhèn)淞?BUCK、 Boost 變換器的一些特點(diǎn)，不但可升高電壓還可以降低電壓，它的特點(diǎn)是：①電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；②電壓變比可以從 0變化到∞，即不僅可以升高電壓還可以降低電壓。不足之處主要為：①輸入、輸出電流均有脈動(dòng)，使得對(duì)輸入電源存在電磁干擾，并且輸出紋波較大。因此 ，工程上經(jīng)常配置輸入、輸出濾波網(wǎng)絡(luò)；②開(kāi)關(guān)元件 V 的發(fā)射極沒(méi)有接地，增加了驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜程度。 庫(kù)克式變換器 庫(kù)克變換器是由美國(guó) California Institute of Technology 的斯洛博丹庫(kù)克提出來(lái)的，該電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖 所示。庫(kù)克變換器電路去除了降壓式、升壓式和升降壓式變換器的缺點(diǎn)，同時(shí)又兼?zhèn)淞松鲜鰩追N變換器的優(yōu)點(diǎn)。其電路的優(yōu)點(diǎn)為：輸入、輸出均 無(wú)脈動(dòng)，基本上是平滑的，只是在 DC 成份基礎(chǔ)上增加一個(gè)較小的開(kāi)關(guān)紋波；而且，電壓變比可在 0 至無(wú)窮大之間改變；變換器開(kāi)關(guān)元件 IGBT 的發(fā)射極接地，驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成簡(jiǎn)易?？偠灾?，庫(kù)克變換器的最大特征就在于它使用最少的元器件達(dá)到了最佳的穩(wěn) 態(tài)性能，因此，又被稱為最佳拓?fù)渥儞Q器 [2]。 E VDLViUL2oi L1RC2C1 L2i VD i c2 i o ++U c2+++U c1U VDUT 圖 210 庫(kù)克式電路 第三章 主要設(shè)備的選擇 太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)。由單個(gè)單晶片形成的太陽(yáng)能電池為單體，由若干太陽(yáng)能電池單體組合而成的結(jié)構(gòu)為太陽(yáng)能模塊，而由若干太陽(yáng)能模塊組合的大型裝置被命名成太陽(yáng)能電池陣列。太陽(yáng)能電池陣列皆有共同的輸出端，可直接為負(fù)荷供電。 太陽(yáng)能電池原理 太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換原理把 太陽(yáng)輻射的光經(jīng)半導(dǎo)體器件轉(zhuǎn)換成電能的裝置，光 電轉(zhuǎn)換過(guò)程通常被稱為“光生伏打效應(yīng)”，因此它又被稱為“光伏電池”。 太陽(yáng)能電池的基本原理為：當(dāng)太陽(yáng)光輻射在由兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 P－ N 結(jié)上時(shí)，處于特定環(huán)境時(shí)，太陽(yáng)能輻射的能量被半導(dǎo)體材料吸收，內(nèi)部產(chǎn)生靜電場(chǎng)。如果從內(nèi)部靜電場(chǎng)的兩端引出電極，然后帶動(dòng)恰當(dāng)?shù)呢?fù)載，便會(huì)產(chǎn)生電壓、電流。 單個(gè)太陽(yáng)能電池即一個(gè)薄片半導(dǎo)體 PN結(jié)。標(biāo)準(zhǔn)光照環(huán)境下，其額定輸出電壓一般在為 101V 左右。若想獲得更高的輸出電壓和更大的容量，通常將若干太陽(yáng)能電池連到一起 。 光伏電池在不同時(shí)間、不同區(qū)域、不同安裝條件下的輸出功率有所差異，即使是同一塊光伏電池，輸出功率也是隨機(jī)的。 當(dāng)今，光伏電池的光 電轉(zhuǎn)換效率通常超過(guò)百分之十幾，在某些發(fā)達(dá)國(guó)家，其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)能達(dá)到 %上下。 太陽(yáng)能電池分類 太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)方法各不相同，通常以按材料分類最為常見(jiàn)，如圖 31所示 太 陽(yáng) 能 電 池硅化 合 物晶 體非 晶 體硒 銦 銅 、 碲 化 鎘砷 化 鎵 、 磷 化 銦單 晶多 晶薄 膜 式 晶 體 圖 31太陽(yáng)能電池按材料分類示意圖 從光伏電池的發(fā)展歷程看，原始的光伏電池是以硅二極管為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)光 電轉(zhuǎn)換的原理生產(chǎn)制造出來(lái)的。因 此有史以來(lái)，光伏電池的制造都是采用二極管或是晶體管硅片進(jìn)行的。 當(dāng)前，廣泛應(yīng)用的光伏電池仍以硅材料的光伏電池為主，主要包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池等。 下面簡(jiǎn)單介紹一下上述三種電池的特點(diǎn)： （ 1）單晶硅電池：與其他兩類相比，該類電池光電轉(zhuǎn)換效率最高，通常為 20%左右。不僅如此，它的生產(chǎn)技術(shù)也最為先進(jìn)，然而由于生產(chǎn)單晶硅的成本消費(fèi)太高，生產(chǎn)工藝繁瑣，引起單晶硅生產(chǎn)成本價(jià)格始終很高，一直阻礙著單晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展，目前，正在逐步的被多晶硅薄膜光伏電池以及非晶硅薄膜光伏電池等替代。 現(xiàn)在，單晶硅光伏電 池廣泛應(yīng)用于交通信號(hào)和道路照明指示等室外照明中，其光 電轉(zhuǎn)換效率一般在 11%～ 24%，并且使用壽命長(zhǎng)。 （ 2）多晶硅電池：多晶硅薄膜光伏電池生產(chǎn)時(shí)所消耗的硅相比單晶硅要少很多，沒(méi)有效率衰退等問(wèn)題，不僅如此，其制造在廉價(jià)襯底材料上以成為可能。相比單晶硅電池而言，多晶硅薄膜光伏電池的生產(chǎn)成本要小很多，光 電轉(zhuǎn)換效率近 1/5，比非晶硅薄膜電池要高。據(jù)權(quán)威人士預(yù)測(cè)，多晶硅薄膜電池必將成為光伏電池的發(fā)展方向。多晶硅電池也必將廣泛地應(yīng)用于室外照明中。 （ 3）非晶硅電池：非晶硅薄膜光伏電池制造方便，原材料及生產(chǎn)價(jià)格較低， 適于擴(kuò)大規(guī)模生產(chǎn)，廣泛倍受人們的青睞并實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展，光 電轉(zhuǎn)換率通常會(huì)超過(guò)百分之十四點(diǎn)五，不足之處在于其穩(wěn)定性不是很好。如何實(shí)現(xiàn)提高轉(zhuǎn)換率以及改善穩(wěn)定性成為非晶硅薄膜光伏電池的重要課題?，F(xiàn)如今，非晶硅電池基本上廣泛應(yīng)用于低功率電力系統(tǒng)。 綜合設(shè)計(jì)與太陽(yáng)能電池的技術(shù)參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用非晶硅電池。 太陽(yáng)能電池的容量的計(jì)算 太陽(yáng)能電池功率一般要是負(fù)載功率的 4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理恰當(dāng)，太陽(yáng)能電池必須以一定的串、并聯(lián)方式連接起來(lái)。所以如何確定其連接方式非常重要。 （ 1）確定太陽(yáng)能方 陣串聯(lián)數(shù)的方法 把太陽(yáng)能電池組件以若干數(shù)目串接在一起，就能滿足所需工作電壓的要求。太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)，太陽(yáng)能電池方陣方才可以對(duì)蓄電池充電。要是串聯(lián)的太陽(yáng)能電池過(guò)少，串聯(lián)電壓比蓄電池浮充電壓低，組件就無(wú)法給蓄電池充電。即使串聯(lián)組件的電壓輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)浮充電壓，充電電流也無(wú)法再有顯著的升高。所以，僅當(dāng)光伏電池組件的串接電壓正好適合作浮充電壓，才可以使蓄電池處于最佳充電狀態(tài) [3]。 計(jì)算方法如下： DCCDfDCRs UUUUUUN /)(/ ???? 參數(shù)介紹如下： UR 代表方陣的最小輸出電壓； UDC 代表方陣的 最佳工作電壓； Uf代表儲(chǔ)能設(shè)備（蓄電池）浮充電壓； UD 代表通過(guò)二極管的電壓降，通常選用 7/10V； UC代表另外要素造成的電壓降。 蓄電池參數(shù)的選擇會(huì)影響蓄電池的浮充電壓，其浮充電壓滿足在最低溫度下選擇的蓄電池單體的最大工作電壓與電池?cái)?shù)的乘積。 （ 2）確定太陽(yáng)能方陣并聯(lián)數(shù)大的方法 在確定太陽(yáng)能方陣并聯(lián)數(shù)以前，需要計(jì)算出若干相關(guān)量為準(zhǔn)備工作。 ①把太陽(yáng)能電池組件安裝區(qū)域的每日總輻射量 Ht，則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù) H可表示為（日輻射量參見(jiàn)表 313）： )(107 7 4 hHH t ??? 104表示將日輻射量換算成標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（ 1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)系數(shù)。 表 31 我國(guó)部分地區(qū)的輻射參數(shù)表 地區(qū) 緯度Φ 日輻射量 Ht 最佳傾角Φ op 斜面日輻射量 修正系數(shù) Kop 哈爾濱市 Φ＋ 長(zhǎng)春市 Φ＋ 沈陽(yáng)市 Φ＋ 北京市 Φ＋ 天津市 Φ＋ 呼和浩特市 Φ＋ 太原市 Φ＋ 烏魯木齊市 Φ＋ 西寧市 Φ＋ 蘭州市 Φ＋ 銀川市 Φ＋ 西安市 Φ＋ 上海市 Φ＋ 南京市 Φ＋ 合肥市 Φ＋ 杭州市 Φ＋ 南昌市 Φ＋ 福州市 Φ＋ 濟(jì)南市 Φ＋ 鄭州市 Φ＋ 武漢市 Φ＋ 長(zhǎng)沙市 Φ＋ 廣州市 Φ－ ?？谑? Φ＋ 南寧市 Φ＋ 成都市 Φ＋ 貴陽(yáng)市 Φ＋ ②太陽(yáng)能電池方陣日發(fā)電量 QP ZOPOCP CHKIQ ? 其中， IOC 是太陽(yáng)能電池方陣最佳工作電流； KOP 代表斜面修正系數(shù)（參考表 31）；CZ是修正系數(shù)，通常取用 [13]. ③最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù) 本設(shè)計(jì)的特殊之處就在于此，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)將此段時(shí)間內(nèi)損耗的蓄電池量補(bǔ)充考慮進(jìn)來(lái)，蓄電池容量補(bǔ)充計(jì)算方法如下 NKQB Lcb? NVPQ LL ?? / 太陽(yáng)能電池組件并在一起的選擇可按下式計(jì)算： )/()( WPLWcbP NNBN ?? 根據(jù)太陽(yáng)能電池方陣的串并聯(lián)數(shù)，便能夠計(jì)算出所選取的 組件的功率 [13] PSo NNPP