【導讀】1 罿蒆袈衿莇蒅薇螁芃蒄蝕羇腿蒃螂螀肅蒂蒂羅羈薁薄螈芀薁蚆羄膆薀蝿螆肂蕿薈肈薈蟻裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄節(jié)蚇袁羀芁蝿肇艿芀葿袀芅艿蟻膅膁羋螄羈肇羋袆螁莆芇薆羆節(jié)芆蚈蝿膈蒞螀羄肄莄蒀螇羀莃薂羃莈莃螅螆芄莂袇肁膀莁薇襖肆莀蠆聿荿螁袂芁蒈蒁肈膇蕆薃袀肅蕆蚅肆罿蒆袈衿莇蒅薇螁芃蒄蝕羇腿蒃螂螀肅蒂蒂羅羈薁薄螈芀薁蚆羄膆薀蝿螆肂蕿薈肈薈蟻裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄節(jié)蚇袁羀芁蝿肇艿芀葿袀芅艿蟻膅膁羋螄羈肇羋袆螁莆芇薆羆節(jié)芆蚈蝿膈蒞螀羄肄莄蒀螇羀莃薂羃莈莃螅螆芄莂袇肁膀莁薇襖肆莀蠆聿荿螁袂芁蒈蒁肈膇蕆薃袀肅蕆蚅肆罿蒆袈衿莇蒅薇螁芃蒄蝕羇腿蒃螂螀肅蒂蒂羅羈薁薄螈芀薁蚆羄膆薀蝿螆肂蕿薈肈薈蟻裊莆薇螃肀節(jié)薆裊袃膈薅薅肈肄節(jié)蚇袁羀芁蝿肇艿芀葿袀芅艿蟻膅膁羋螄羈肇羋袆螁莆芇薆羆節(jié)芆蚈蝿膈蒞螀羄肄莄蒀螇羀莃薂羃莈莃螅螆芄莂袇肁膀莁薇襖肆莀蠆聿荿螁袂芁蒈蒁肈膇蕆薃袀肅蕆蚅肆罿蒆袈衿莇蒅薇螁芃蒄蝕羇腿蒃螂螀肅蒂蒂

　　

【正文】 微的增加。 太陽能電池工程用數(shù)學模型 (一 )太陽 能電池的理論分析模型 根據(jù)半導體電子學理論，當負載為電阻 RL 時，太陽能電池的等效電路如圖 所示。當日照強度恒定時，光電流人可看成恒定電流源，二極管的正向電 流ID和并聯(lián)電阻電流 Ish都由光電流 IL提供，剩余的光電流通過串聯(lián)電阻 Rs流出太陽能電池進入負載并在負載端產(chǎn)生電壓 V。根據(jù)圖中的電流電壓參考方向，太陽電池的 IV方程為 : 15 圖 太陽能電池的等效電路 shSSLshDL R IRVA KT IRVqIIIIII ????????? }1])({ e xp [0 （ 21） 式中 : IL光電流， A。 Io二極管反向飽和電流， A。 q電子 電荷 ()。 A二極管因子 。 K:波耳茲曼常數(shù) ()。 T太陽能表面絕對溫度， K。 Rs:串聯(lián)電阻， Ω 。 Rsh并聯(lián)電阻，Ω I太陽能電池輸出電流， A。 V太陽能電池輸出電壓， V。 16 鉛酸蓄電池 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)的性能 在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng) 設計的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能，常用蓄電池屬于電化學電池。蓄電池在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存起來，放電時把儲存的化學能轉(zhuǎn)化為電能提供給負載使用。一般來講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲存起來，晚上再通過放電器把儲存在蓄電池里的電能放出來使用。 其中常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳 鎘 蓄電池和鎳氫蓄電池。目前中國用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶外系統(tǒng)采用鎳 鎘 蓄電池外，絕大多數(shù)是采用鉛酸蓄電池。在小型的太陽能草坪燈和便攜式太陽能供電系統(tǒng)中 使用鎳 鎘 或鎳氫蓄電池比較多。 鉛酸蓄電池充電控制方法 在太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時也關系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電 荷 量的大小決定著太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關系到系統(tǒng)的成本、造價以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法， (一 )恒流充 電 恒流充電就是以一定的電流進行充電，在充電過程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于多個鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復，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。 (二 )恒壓充電法 17 恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在 充電末期只有很小的電流通過，這樣充電過程中就不必調(diào)整電流。 相對恒流 電來說，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 :在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過深，充電電流會很大，不僅危及充電器的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過流而受到損傷 。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。 (三 )兩階段充電法 這種方法是為了克服恒流與恒壓充電的缺點而結(jié)合的一種充電策略。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一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。采用這種充電方式，在充電初期，鉛酸蓄電池不會出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。 (四 )三階段充電法 三階段充電法是在兩階段充電完畢后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達到額定容量時，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補鉛酸蓄電池由 于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也 稱為浮充。在浮充時，鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低 。 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強度以及環(huán)境溫度對光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對鉛酸蓄電池充電較為合理。 18 3 太陽能電池最大功率點跟蹤 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(zhuǎn)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 (Maximum Power Point Tracking ，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(zhuǎn)化所得的電能。 太陽能電池最大功率點跟蹤原理 由第二章可知，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。 太陽能電池最大功率點跟蹤方法 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 (Constant Voltage Tracking，簡稱 CVT) 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(jié)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(jié)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 19 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(shù)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 (Perturbation amp。 Observation) 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(jié)構(gòu)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 (Incremental Conductance Algorithm) 為了解決擾動觀察法導致的功率損失問題， 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