【文章內(nèi)容簡介】 ℃0 ℃25 ℃大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16頁 圖 相同溫度 (25℃ )不同光照強度下的 IV和 PV特性曲線 圖 太陽能電池 在 相同溫度不同光照 強度下的 IV、 PV特性曲線，從曲線中可以看出 ， 當(dāng)溫度一定時 隨光照強度的增加， 太陽能電池短路電流ISC和開 路電壓 VOC都增加了。但是 VOC增加的幅度沒有 ISC的大，所以光照強度主要影響 太陽能電池的短路電流 ISC。 光照強度升高時，太陽能電池的最大輸出功率隨之升高。在太陽能電池溫度一定，光照強度確定的條件下有其唯一的最大功率點。 由以上可知：在溫度和 光照 強度 確定的條件 下，太陽能電池 的輸出 具有唯一的最大功率點，當(dāng)其工作在該點時，能輸出當(dāng)前溫度和 光照強度 下的最大功率。此時能夠?qū)μ柲苓M(jìn)行最大效率的利用 [4,5]。 由于實際應(yīng)用中不能保證太陽能電池總是工作在最大功率點上，所以在應(yīng)用中要用到 帶有最大功率點跟蹤的控制 裝置，以保證太陽能電池的輸出功率保持在最大功率點的附近。 蓄電池及其充電方式 蓄電池的選擇 蓄電池是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必須的儲能部件。在光伏系統(tǒng)的常年運行，季節(jié)、天氣狀況以及每天時間的變化都會對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)電量充裕時電能不會自自損耗，而在發(fā)電量不足時能保證對大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 17頁 負(fù)載的持續(xù)供電，獨立光伏系統(tǒng)中就必 須有儲能部件一蓄電池。 在目前實際應(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系統(tǒng)故障中所占的比重也非常大。要解決這個問題，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)載的特性來選用相匹配的蓄電池，并優(yōu)化設(shè)計其充放電控制系統(tǒng)，以保證整個光伏系統(tǒng)具有較高的可靠性和合理的經(jīng)濟性。 在設(shè)計選擇光伏系統(tǒng)蓄電池時需要考慮的指標(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、運行溫度及維護要求等等。目前在光伏系統(tǒng)中被采用的蓄電池大致可分為兩大類；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，但由于其價格昂貴，除在高寒環(huán)境等特殊場合外，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，價格低廉而得到了廣泛的使用。在 太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中， 鉛酸蓄電池投人使用后， 必然會進(jìn)行充電和 放電過程 。 太陽能電池發(fā)電充足時會對蓄電池貯存電能、 恢復(fù)容量， 以避免產(chǎn)生的電能因無法存儲而浪費 。 當(dāng)太陽能電池發(fā)電不足時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大大提高蓄電池的 供電能力和 維護效果。 本文中不對充放電過程的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行介紹，下面各方法對化學(xué)反應(yīng)的影響可參見文獻(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鉛酸蓄電池串大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 18頁 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 于小電流長時間的充電模式。 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，整個充電過程時間長。 2恒壓充電法 恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進(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。相對恒流充電 法 來說，此法的充電電流自動減少，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，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深， 即蓄電池電壓很低， 充電電流會很大，不僅危及充電 設(shè)備 的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過流而受到損傷 ； ② 如果鉛酸蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，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償，充電過程中對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能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因為這種系統(tǒng)中來自太陽能電池陣列的電流不會太大，而且這種系 統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多 。 這兩種方法 簡單容易實現(xiàn)， 簡易 的 控制系統(tǒng) 即可 實現(xiàn)此類 控制 。但其自身都有缺點，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 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 因低電壓出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會出現(xiàn)因 蓄電池電壓過高產(chǎn)生析氣。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 19頁 三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒 流充電，中間 階段 用恒 壓充電。相當(dāng)于在二階段充電法后，再加入一個恒流充電階段。 當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時，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，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 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電池充電，然后讓電池停止 充 電 一段時間，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 ，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，此方法控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號的頻率均固定 ， 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 好的保護蓄電池， 并實現(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 PWM 控制實現(xiàn)最大功率點跟蹤（第 4部分做詳細(xì)說明）。 充電方法的選擇 本章分析、總結(jié)了太陽能電池的輸出特性和蓄電池的充電方法。太陽能電池的輸出特性使最大功率點跟蹤在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用具有實際意大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 20頁 義，可以顯著提高太陽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，延長系統(tǒng)壽命。所以選用帶有 PWM 控制的最大功率點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 (論文 ) 第 21頁 第三章 最大功率點跟蹤原理和方法 目前，在太陽能發(fā)電應(yīng)用中存在 兩大要解決的問題：太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率低和系統(tǒng)的造價過高。 就因為這兩個問題，光伏發(fā)電到現(xiàn)在還沒有被大范圍應(yīng)用。這兩個問題主要可以通過兩大方面進(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)上找到一種方法來提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。因為太陽能電池在一定條件下時存在唯一的最大功率點， 太陽能電池 的 最大功率點跟蹤 (Maximum Power Point Tracking， MPPT)成為提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的一種途徑 ，它能在最大程度上利用太陽能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。 太陽能 最大功率點跟蹤 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 都要求太陽電池能夠始終工作在當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點處，但是由于其最大功率點隨著電池表面溫度和日照強度的變化而不斷改變，因此必須對太陽電池進(jìn)行最大功率點跟(MaximumPower Point Tracking， MPPT)。太陽電池可看成一個內(nèi)阻變化的直流電源，最大功率點跟蹤控制 (MPPT)實質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程，它通過實時檢測光伏陣列的輸出 功率，利用一定的控制算法來改變當(dāng)前的系統(tǒng)阻抗，實現(xiàn)太陽電池阻抗與負(fù)載阻 抗的匹配，從而來滿足最大功率輸出的要求。目前提出的 MPPT 方法主要有擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、三點比較法 、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。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 22頁 表 3． 1各種 MPPT控制方法對比 控制方法 優(yōu)點 缺點 擾動觀察法 算法簡單，易于硬件實現(xiàn)，且 需要檢測的參數(shù)少 在太陽電池最大功率點附近震蕩運行，會導(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。 對硬件尤其是傳感器要求較高，步長和閥值的選擇存在一定的困難。 三點比較法 能準(zhǔn)確快速跟蹤的最大功率點；當(dāng)光強突變時并不限移動工作點，待日照量穩(wěn)定后再追蹤，減少了擾動損耗。 算法復(fù)雜，需要處理的數(shù)據(jù)兩大，對處理器的算速度和存儲容量要求較高 小結(jié) 本章分析了一些常用的最大功率點跟蹤的算法， 恒壓控制法 、 增量電導(dǎo)法、擾動觀測法。 通過比較和改進(jìn)確定控制器選取改進(jìn)型擾動觀測法。該算法與 擾動觀測法 比可以快速跟蹤到最大功率點，并且有效減小在最大功率點附近的震蕩；與 增量電導(dǎo)法 比算法結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 23頁 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 24頁 第四章 基于 SPWM 波的正弦波逆變器的 設(shè)計 逆變器的主要功能 和分類 逆變器（ PWM） 是電力電子技術(shù)的一個重要應(yīng)用方面。電力電子技術(shù)是電力、電子、自動控制、計算機及半導(dǎo)體等多種技術(shù)相互滲透與有機結(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。這種對應(yīng)于整流的逆向過程，被稱之為 “逆變”。太陽能電池在陽光照射下產(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、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)動力機械也是如此。此外，當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時，交流系統(tǒng)只需加一個變壓器即可，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調(diào)壓或手動調(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