【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ℃0 ℃25 ℃大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16頁(yè) 圖 相同溫度 (25℃ )不同光照強(qiáng)度下的 IV和 PV特性曲線 圖 太陽(yáng)能電池 在 相同溫度不同光照 強(qiáng)度下的 IV、 PV特性曲線，從曲線中可以看出 ， 當(dāng)溫度一定時(shí) 隨光照強(qiáng)度的增加， 太陽(yáng)能電池短路電流ISC和開(kāi) 路電壓 VOC都增加了。但是 VOC增加的幅度沒(méi)有 ISC的大，所以光照強(qiáng)度主要影響 太陽(yáng)能電池的短路電流 ISC。 光照強(qiáng)度升高時(shí)，太陽(yáng)能電池的最大輸出功率隨之升高。在太陽(yáng)能電池溫度一定，光照強(qiáng)度確定的條件下有其唯一的最大功率點(diǎn)。 由以上可知：在溫度和 光照 強(qiáng)度 確定的條件 下，太陽(yáng)能電池 的輸出 具有唯一的最大功率點(diǎn)，當(dāng)其工作在該點(diǎn)時(shí)，能輸出當(dāng)前溫度和 光照強(qiáng)度 下的最大功率。此時(shí)能夠?qū)μ?yáng)能進(jìn)行最大效率的利用 [4,5]。 由于實(shí)際應(yīng)用中不能保證太陽(yáng)能電池總是工作在最大功率點(diǎn)上，所以在應(yīng)用中要用到 帶有最大功率點(diǎn)跟蹤的控制 裝置，以保證太陽(yáng)能電池的輸出功率保持在最大功率點(diǎn)的附近。 蓄電池及其充電方式 蓄電池的選擇 蓄電池是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必須的儲(chǔ)能部件。在光伏系統(tǒng)的常年運(yùn)行，季節(jié)、天氣狀況以及每天時(shí)間的變化都會(huì)對(duì)光伏電池的輸出功率產(chǎn)生很大影響，在夏季或晴天發(fā)電量充裕，而在冬季或陰雨天發(fā)電量不足。為了保證光伏發(fā)電的使用效率，在發(fā)電量充裕時(shí)電能不會(huì)自自損耗，而在發(fā)電量不足時(shí)能保證對(duì)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17頁(yè) 負(fù)載的持續(xù)供電，獨(dú)立光伏系統(tǒng)中就必 須有儲(chǔ)能部件一蓄電池。 在目前實(shí)際應(yīng)用的光伏系統(tǒng)中，蓄電池所占系統(tǒng)總投資的比重正在隨著光伏電池組件價(jià)格的下降而曰趨增加；而且，與普通蓄電池相比，與光伏電池配套使用的蓄電池充放電非常頻繁，充放電電流隨外部條件的變化而不斷變化，使得蓄電池的實(shí)際使用壽命比在常規(guī)條件下大大縮短，蓄電池的故障在整個(gè)系統(tǒng)故障中所占的比重也非常大。要解決這個(gè)問(wèn)題，除了繼續(xù)研發(fā)高性能蓄電池之外，還必須根據(jù)光伏電池和負(fù)載的特性來(lái)選用相匹配的蓄電池，并優(yōu)化設(shè)計(jì)其充放電控制系統(tǒng)，以保證整個(gè)光伏系統(tǒng)具有較高的可靠性和合理的經(jīng)濟(jì)性。 在設(shè)計(jì)選擇光伏系統(tǒng)蓄電池時(shí)需要考慮的指標(biāo)因素很多，如容量、電壓、放電深度、循環(huán)壽命、充放電性能、自放電率、運(yùn)行溫度及維護(hù)要求等等。目前在光伏系統(tǒng)中被采用的蓄電池大致可分為兩大類(lèi)；堿性蓄電池和鉛酸蓄電池。堿性蓄電池 (如鎘鎳、鎳氫、鎳鈣等 )在充放性能、循環(huán)壽命、放電深度以及低溫特性等方面比鉻酸蓄電池要好，但由于其價(jià)格昂貴，除在高寒環(huán)境等特殊場(chǎng)合外，其目前的應(yīng)用遠(yuǎn)不如鉛酸蓄電池廣泛。 鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價(jià)格低廉而得到了廣泛的使用。在 太陽(yáng)能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中， 鉛酸蓄電池投人使用后， 必然會(huì)進(jìn)行充電和 放電過(guò)程 。 太陽(yáng)能電池發(fā)電充足時(shí)會(huì)對(duì)蓄電池貯存電能、 恢復(fù)容量， 以避免產(chǎn)生的電能因無(wú)法存儲(chǔ)而浪費(fèi) 。 當(dāng)太陽(yáng)能電池發(fā)電不足時(shí)蓄電池自身放電提供電能。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。目前對(duì)蓄電池充電的方法很多 [1315]，選擇科學(xué)合理的充電方法將會(huì)大大提高蓄電池的 供電能力和 維護(hù)效果。 本文中不對(duì)充放電過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行介紹，下面各方法對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響可參見(jiàn)文獻(xiàn) [1315]。 鉛 蓄電池充電方式的選擇 1恒流充電法 恒流充電就是以一 確 定的電流進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中隨著鉛 酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行 調(diào)整使電流 恒定不變。這種方法特別適合于多個(gè)鉛酸蓄電池串大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18頁(yè) 聯(lián)的鉛酸蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量 容易 得到恢復(fù)， 此方法 最好用 于小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。 這種充電方式的不足之處在于 ： 鉛酸蓄電池開(kāi)始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個(gè)充電過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)。 2恒壓充電法 恒壓充電就是以一恒定電壓對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低， 固其 充電電流較大 。 但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高， 充電 電流逐漸減少。在充電末期只有很小的電流通過(guò)。相對(duì)恒流充電 法 來(lái)說(shuō)，此法的充電電流自動(dòng)減少，所以充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低。這種充電方法不足之處在于 ： ① 在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過(guò)深， 即蓄電池電壓很低， 充電電流會(huì)很大，不僅危及充電 設(shè)備 的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過(guò)流而受到損傷 ； ② 如果鉛酸蓄電池電壓過(guò)低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過(guò)程中對(duì)落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方法在小型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因?yàn)檫@種系統(tǒng)中來(lái)自太陽(yáng)能電池陣列的電流不會(huì)太大，而且這種系 統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多 。 這兩種方法 簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)， 簡(jiǎn)易 的 控制系統(tǒng) 即可 實(shí)現(xiàn)此類(lèi) 控制 。但其自身都有缺點(diǎn)，并且現(xiàn)在控制器上的芯片性能十分優(yōu)越，可采用充電性能更好的方法。 3階段充電 法 階段充電 法 中主要 包括二階段充電法和三階段充電法 。 二階段 充電 法 是 采用 恒 流充電法 和恒 壓 充電法 相結(jié)合的快速充電方法 。 它首先對(duì) 鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，采用恒壓充電方式充電。 一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段 恒 壓的 電壓。采用這種充電方式，在充電初期，蓄電池不會(huì) 因低電壓出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會(huì)出現(xiàn)因 蓄電池電壓過(guò)高產(chǎn)生析氣。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19頁(yè) 三階段充電法在充電開(kāi)始和結(jié)束時(shí)采用恒 流充電，中間 階段 用恒 壓充電。相當(dāng)于在二階段充電法后，再加入一個(gè)恒流充電階段。 當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段 ， 再繼續(xù)以很小的電流向蓄電池充電 。 這種以小電流充電的方式也稱為浮充 充電 。在浮充時(shí)，蓄電池 的 充電電壓比恒壓階段的充電電壓 要 低， 這種方法可以將出氣量減到最少， 提高 蓄電池的電性能及 延長(zhǎng) 使用壽命。 但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。 4快速充電 法 比較流行的幾種快速充電方法有 ： ①脈 沖式充電法：脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停止 充 電 一段時(shí)間，之后繼續(xù)脈沖電流充電，如此循環(huán)。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量．提高了蓄電池的充電電流接受率。 ②變電壓間歇充電法： 在每個(gè)恒 壓 間歇 充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流 的 可接受率隨著充電進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn) ，可提高充電效率。 ③變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法：綜合了多種充電的優(yōu)點(diǎn)，此方法控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號(hào)的頻率均固定 ， PWM 占空比可調(diào)。 在此基礎(chǔ)上加入 間歇停充階段，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力。 綜上所述，為了較 好的保護(hù)蓄電池， 并實(shí)現(xiàn)蓄電池的快速充電，可采用快速充電法和三階段充電法相結(jié)合的方法，即把三階段充電法第一階段的恒流階段改為快速充電階段，這樣既可快速給蓄電池充電，又能夠通過(guò) PWM 控制實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（第 4部分做詳細(xì)說(shuō)明）。 充電方法的選擇 本章分析、總結(jié)了太陽(yáng)能電池的輸出特性和蓄電池的充電方法。太陽(yáng)能電池的輸出特性使最大功率點(diǎn)跟蹤在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用具有實(shí)際意大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20頁(yè) 義，可以顯著提高太陽(yáng)能電池電能的利用率。鉛酸蓄電 池充電方法選用三階段充電方法可以提高蓄電池性能，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。所以選用帶有 PWM 控制的最大功率點(diǎn)跟蹤的三階段充電方法為本系統(tǒng)中控制器的充電方法。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21頁(yè) 第三章 最大功率點(diǎn)跟蹤原理和方法 目前，在太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用中存在 兩大要解決的問(wèn)題：太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率低和系統(tǒng)的造價(jià)過(guò)高。 就因?yàn)檫@兩個(gè)問(wèn)題，光伏發(fā)電到現(xiàn)在還沒(méi)有被大范圍應(yīng)用。這兩個(gè)問(wèn)題主要可以通過(guò)兩大方面進(jìn)行解決，第一方面是研發(fā)新材料提高轉(zhuǎn)化效率并降低成本，第二方面就是在已有設(shè)備基礎(chǔ)上找到一種方法來(lái)提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率。因?yàn)樘?yáng)能電池在一定條件下時(shí)存在唯一的最大功率點(diǎn)， 太陽(yáng)能電池 的 最大功率點(diǎn)跟蹤 (Maximum Power Point Tracking， MPPT)成為提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率的一種途徑 ，它能在最大程度上利用太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。 太陽(yáng)能 最大功率點(diǎn)跟蹤 為了提高系統(tǒng)的整體效率，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般 都要求太陽(yáng)電池能夠始終工作在當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點(diǎn)處，但是由于其最大功率點(diǎn)隨著電池表面溫度和日照強(qiáng)度的變化而不斷改變，因此必須對(duì)太陽(yáng)電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟(MaximumPower Point Tracking， MPPT)。太陽(yáng)電池可看成一個(gè)內(nèi)阻變化的直流電源，最大功率點(diǎn)跟蹤控制 (MPPT)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過(guò)程，它通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏陣列的輸出 功率，利用一定的控制算法來(lái)改變當(dāng)前的系統(tǒng)阻抗，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池阻抗與負(fù)載阻 抗的匹配，從而來(lái)滿足最大功率輸出的要求。目前提出的 MPPT 方法主要有擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、三點(diǎn)比較法 、功率回授法、間歇掃描法、最優(yōu)梯度法、模糊邏輯法等，表 3． 1Yd出了這些方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 22頁(yè) 表 3． 1各種 MPPT控制方法對(duì)比 控制方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 擾動(dòng)觀察法 算法簡(jiǎn)單，易于硬件實(shí)現(xiàn)，且 需要檢測(cè)的參數(shù)少 在太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)附近震蕩運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致一定的功率消失；響應(yīng)速度慢；在特定情況下出現(xiàn)誤判。 電導(dǎo)增量法 控制精確，響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)震蕩小，能適應(yīng)快速變化的環(huán)境。 對(duì)硬件尤其是傳感器要求較高，步長(zhǎng)和閥值的選擇存在一定的困難。 三點(diǎn)比較法 能準(zhǔn)確快速跟蹤的最大功率點(diǎn)；當(dāng)光強(qiáng)突變時(shí)并不限移動(dòng)工作點(diǎn)，待日照量穩(wěn)定后再追蹤，減少了擾動(dòng)損耗。 算法復(fù)雜，需要處理的數(shù)據(jù)兩大，對(duì)處理器的算速度和存儲(chǔ)容量要求較高 小結(jié) 本章分析了一些常用的最大功率點(diǎn)跟蹤的算法， 恒壓控制法 、 增量電導(dǎo)法、擾動(dòng)觀測(cè)法。 通過(guò)比較和改進(jìn)確定控制器選取改進(jìn)型擾動(dòng)觀測(cè)法。該算法與 擾動(dòng)觀測(cè)法 比可以快速跟蹤到最大功率點(diǎn)，并且有效減小在最大功率點(diǎn)附近的震蕩；與 增量電導(dǎo)法 比算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23頁(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24頁(yè) 第四章 基于 SPWM 波的正弦波逆變器的 設(shè)計(jì) 逆變器的主要功能 和分類(lèi) 逆變器（ PWM） 是電力電子技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方面。電力電子技術(shù)是電力、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)及半導(dǎo)體等多種技術(shù)相互滲透與有機(jī)結(jié)合的綜合技術(shù)。 眾所周知，整流器的功能是將 50HZ 的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程，被稱之為 “逆變”。太陽(yáng)能電池在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。例如，日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電，絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械也是如此。此外，當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時(shí)，交流系統(tǒng)只需加一個(gè)變壓器即可，而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置則要復(fù)雜得多。因此，除特殊用戶外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備有自動(dòng)調(diào)壓或手動(dòng)調(diào)壓功能，可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。綜上所述，逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。 有 關(guān)逆變器分