【正文】 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 致謝 在完成這次畢業(yè)論文之際，本人要向多位老師，同學(xué)和朋友表示感謝，是你們的無私幫助，才讓本論文得以順利完成。 （ 3）由于南方多數(shù)地區(qū)云多雨多，在北緯 30 度到 40度地區(qū)，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽能不是隨著緯度的增加而減少，而是隨著緯度的升高而增長。 在地面上觀測的 太陽輻射 的波段范圍大約為 0． 295～ 2． 5μm 。太陽發(fā)射的電磁輻射在大氣上隨波長的分布叫做太陽光譜。 （ 8） 其他領(lǐng)域包括 ?與汽車配套：太陽能汽車 /電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等； ?太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)； ?海水淡化設(shè)備供電； ?衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。 （ 3） 通訊 /通信領(lǐng)域 太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播 /通訊 /尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵 GPS供電等。 （ 6）太陽能電池充放電控制器由電子元器件制造而成，它本身也需要耗能，而使用的元器件的性能、質(zhì)量等也關(guān) 系到耗能的大小，從而影響到充電的效率等。由于太陽斜照的影響，陽光容易被地形、地貌及障礙物遮擋。 圖 33充電系統(tǒng)電路 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 （ 1）大氣條件對太陽輻射的影響 地球表面接收的太陽輻照受大氣條件的影響而衰弱，主要原因是由空氣分子、水蒸汽和塵埃引起的大氣散射以及由臭氧、水蒸氣和二氧化碳引起的大氣吸收。其中 ,利用 TL494中的誤差放大器 ,從 1 腳輸入給定電壓信號與恒壓充電時(shí)反饋電壓信號之偏差 ,此放大器作恒壓調(diào)壓器使用 ,2 腳和 3 腳間引入阻容校正 ,構(gòu)成 PI 調(diào)節(jié)器。 由于該芯片支持在線編程 ( ISP) ,即程序可通過串行編程接口 ( SPI) ,下載到 8 kB閃存 ,因此不需外加存儲器作為程序存儲器。 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 逆變器的工作方式采用 SPWM 控制方式，預(yù)先將 O～ 360O 的正弦值制成表格預(yù)存在EPROM 中。 太陽能電池方陣中電池組件并聯(lián)數(shù)的計(jì)算公式： Np = ( Bcb + Nw * QL )/( Qp * Nw ) Bcb ：補(bǔ)充的蓄電池容量； Nw ：兩組最長連續(xù)陰雨天氣的間隔天數(shù)； QL ：負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)； Qp ：太陽電池組件日發(fā)電量。 充電程序主要由 12/ 24 V 電池電壓的自動(dòng)識別、太陽能電池板和電池之間的自動(dòng)匹配、電池未接判斷、電池極性接反識別、過充保護(hù)和充電終點(diǎn)判斷部分組成 ,如圖 32 充電主程序流程圖。同時(shí)，為避免啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過大的峰值電流，系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)方式，使輸出電壓呈斜坡上升至給定值。 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬 件設(shè)計(jì)，且軟件設(shè)計(jì)先于硬件設(shè)計(jì)。 該 電路的 缺 點(diǎn) 是 電路 復(fù) 雜 ，可 靠 性 比 上述 兩種電路偏低。 另 外 ，為 防 止 上 、下 橋臂 發(fā)生共 態(tài) 導(dǎo) 通，在 Ｔ Ｔ 6及 Ｔ Ｔ 6之間必須 設(shè)計(jì) 先 關(guān) 斷 后導(dǎo) 通電路， 即必須 設(shè) 置 死 區(qū) 時(shí)間 ，其電路結(jié) 構(gòu) 較 復(fù) 雜 。 圖 26所示的全 橋 逆 變電路 克服 了 推 挽 電路的 缺 點(diǎn) ，功率開 關(guān) 管 Ｔ Ｔ 6和 Ｔ Ｔ5反 相， Ｔ 3和 Ｔ 4相 位互 差 180176。 逆變器的功率轉(zhuǎn)換電路比較 逆 變 器 的功率 轉(zhuǎn)換 電路一 般 有 推 挽 逆 變電路、全 橋 逆 變電路和高 頻 升 壓 逆 變電路 三種，其主電路分別如圖 25 和圖 26 所示。高 性 能的 逆 變 器 可 做 到 連續(xù) 多 次 滿負(fù)荷起動(dòng) 而 不 損壞 功率 器件 。 ① 過電 壓保護(hù) ：對 于 沒 有電 壓穩(wěn) 定 措 施 的 逆 變 器 ，應(yīng)有 輸 出 過電 壓 的 防護(hù) 措 施 ，以 使負(fù)載 免 受輸 出 過電 壓 的 損害 。 （ 9） 保護(hù) 功能 ： 光伏發(fā)電系統(tǒng) 正 常 運(yùn) 行過程中， 因 負(fù)載故障 、人員 誤 操 作及 外 界 干擾 等 原因而 引 起的供電系統(tǒng)過流 或 短 路， 是 完 全可能的。 逆 變 器 的 效 率 值 表 征 自 身 功率 損耗 的大小，通常以 百 分?jǐn)?shù)表示。 10 千瓦 級 的通用型 逆 變 器 實(shí)際 效 率 只 有 70％－ 80％ ， 將 其用于光伏發(fā)電系統(tǒng) 時(shí)將 帶 來 總 發(fā)電量 20％－ 30％ 的電能 損耗 。 （ 7） 額 定 輸 出 電流（ 或 額 定 輸 出 容 量 ） ： 它表示在規(guī)定的 負(fù)載 功率 因 數(shù) 范圍內(nèi) ， 逆 變 器 的 額 定 輸 出 電流。 正 常工作 條件 下其偏 差 應(yīng)在 177。 6％ 。多數(shù) 逆 變 器 產(chǎn)品 給 出 的 是 輸 入 直 流電 壓 在 允 許波動(dòng) 范圍內(nèi) 該 逆 變 器 輸 出 電 壓 的偏 差 百 分?jǐn)?shù)，通常 稱 為電 壓調(diào) 整 率。 蓄 電池 帶負(fù)荷 放 電 終 了 時(shí) 端電 壓 可降至 或更 低。 額 定 輸 出 容 量 值 高的 逆 變 器 可 帶更 多的用電 負(fù)載 。 8％ 或 177。 5％ 。 另 外 ， 當(dāng) 中、大 容 量 的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng) 運(yùn) 行 時(shí) ，為 避免 對 公 共 電網(wǎng)的電力 污染 ，也要 求逆 變 器 輸 出 失 真 度 滿 足要 求 的 正 弦波形 。 （ 3）要 求直 流 輸 入電 壓 有較寬的 適 應(yīng) 范圍 。光伏發(fā)電系統(tǒng) 對逆 變 器 的技術(shù)要 求如 下 ： （ 1）要 求 具有較高的 逆 變 效 率。 正弦波逆 變 器 的 優(yōu)點(diǎn) 是： 輸 出波形好 ， 失 真 度 低， 對 通信設(shè)備無 干擾 ， 噪聲 也很低。 方 波逆 變 器 的 優(yōu)點(diǎn) 是：價(jià)格 便宜 ， 維 修 簡單 。 逆變器的分類 根據(jù) 逆 變 器 輸 出 交流電 壓 的相數(shù)，可分為 單 相 逆 變 器 和 三 相 逆 變 器 ；根據(jù) 輸 出波形的不 同， 可分為方 波逆 變 器 和 正弦波逆 變 器 ；根據(jù) 逆 變 器使 用的 半導(dǎo) 體 器件 類型不 同 ，可分為 晶 體 管 逆 變 器 、 MOSFET 模塊 及可 關(guān) 斷 晶 閘 管 逆 變 器 等；根據(jù)功率 轉(zhuǎn)換 電路的不同， 又 可分為 推 挽 電路、 橋 式電路和高 頻 升 壓 電路 逆 變 器 等 。 鉛酸蓄 電池的安 時(shí)效 率為 85%－ 90%，瓦 時(shí)效 率為 70%，它 們 隨 放電率和 溫度而 改 變。 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 鉛酸蓄 電池在充電 終 止 后 ， 端 電 壓 很 快 下降至 伏 左右 。以 酸性 溶液 (常用 硫 酸 溶液 )作為電 解 質(zhì) 的 蓄 電池， 稱 為 酸性蓄 電池。 放 電 之后 ， 若 有 反 方向電流流入電池 時(shí) ， 就 可以 使 兩 極 活 性物 質(zhì)回 復(fù) 到 原來的化學(xué) 狀態(tài) 。它 是 用兩個(gè)分離的電 極 浸 在電 解 質(zhì) 中 而 成。 電 解 液 是 用 蒸餾 水 稀 釋 純濃硫 酸而 成。缺 點(diǎn) 是 在充 放 電 時(shí)活 性物 質(zhì)容 易 脫落 ， 因而 壽命 較 短 。極 板 組是 由 單片 極 板 組 合 而 成， 單片 極 板又 由基 極 (又 叫 極 柵 )和 活 性物 質(zhì) 構(gòu) 成。 光伏電站中 與 太陽能電池方 陣 配 用的 蓄 電池 組 通常 是 在 半 浮 充電 狀態(tài) 下 長 期 工作，它的電能 量 比 用電 負(fù)荷 所 需 要的電能 量 要大， 因此 ，多數(shù) 時(shí)間是處 于 淺 放 電 狀態(tài) 。當(dāng)蓄 電池電 壓 大于 “ 充 滿 切 離電 壓” 時(shí) ， T1關(guān) 斷， 使 太陽電池不再 對蓄 電池 進(jìn) 行充電，起 到 “ 過充電 保護(hù)” 作用。 同 時(shí) ， 當(dāng)蓄 電池電 壓 小于 “ 過放 電 壓” 時(shí) ， T2也 關(guān) 斷， 進(jìn) 行 “ 過 放 電 保護(hù)” 。 同 時(shí)采 用 PWM調(diào) 制方式， 使 充電電流成為 脈沖 電流，以 減 少蓄 電池的 極 化，提高充電 效 率。 按 照 美 國 桑 地 亞 國家 實(shí) 驗(yàn)室 的研究，這種充電過程 形 成較 完 整的充電 狀態(tài) ，它能增加光伏系統(tǒng)中 蓄 電池的 總 循 環(huán) 壽命 。它一 般用于較高功率系統(tǒng)， 繼 電 器 的 容 量決 定充電 控 制 器 的功率等 級 。 （ 1）并 聯(lián) 型 控 制 器：當(dāng)蓄 電池充 滿 時(shí) ，利用電 子 部 件 把 光伏 陣列 的 輸 出 分流到 內(nèi) 部并聯(lián) 電 阻 器或 功率 模塊 上 去， 然后 以 熱 的 形 式 消耗 掉 。相 反 ，高于 該 溫度蓄 電池要 求 充電電 壓 較低。 ③ 防 止 夜 間蓄 電池通過太陽電池 組件反 向 放 電 保護(hù) 。 當(dāng) 電 壓 升 到安全 運(yùn) 行 范圍時(shí) ，負(fù)載 將自 動(dòng) 重 新 接 入 或 要 求 手動(dòng) 重 新 接 入。 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 充電放電控制器的功能 控制器的功能： （ 1）高 壓 （ HVD）斷開和 恢復(fù) 功能 ：控 制 器 應(yīng)具有 輸 入高 壓 斷開和 恢 復(fù) 連 接 的功能。 太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽能 光譜的分布和太陽能電池的溫度。如果太陽能電池組件電路短路即 V=0，此時(shí)的電流稱為短路電流 Isc；如果電路開路即 I=0，此時(shí)的電路稱為開路電壓 Voc。 通過導(dǎo)線連接的太陽能電 池被密封成物理單元被稱為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雨等能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。 一般產(chǎn)品化單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 13%15%；多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 11%13%；非晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 5%8%。 太陽能電池的種類及其區(qū)別 目前世界上有 3種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池。 圖 22 太陽能電池單體、組件和方陣 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 太陽能電池的工作原理 光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長決定，光被晶體硅吸收后，在 PN結(jié)中產(chǎn)生一對對正負(fù)電荷，由于在 PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個(gè)外電流場，電流從晶體硅片電 池的低端經(jīng)過負(fù)載流到電池的頂端。 圖 21 太陽能光伏電源系統(tǒng)示意圖 太陽能電池方陣 太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為 4㎝ 2到 100 ㎝ 2不等。 近年來，以太陽光為能源的太陽能光伏電源技術(shù)不斷發(fā)展，因其具有環(huán)保、節(jié)能雙重優(yōu)勢，而得到廣泛應(yīng)用。環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)直接威脅我國的可持續(xù)發(fā)展。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路 進(jìn)入 70 年代后，二次石油危機(jī)的影響，使 人們認(rèn)識到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景 所謂 光伏電源系統(tǒng) ，就是利用 太陽電池 半導(dǎo)體材料的 光生伏特效應(yīng) ，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。 為了提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率，獲取更多的有效能源，滿足人類的能源供應(yīng)，世界各國在研究太陽能光伏系統(tǒng)中都投入了大量的人力與物力。太陽能電池的產(chǎn)量年增長率在 40%以上，已成為發(fā)展最迅速的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，其應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，從原來只在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)和特殊用電場合使用， 發(fā)展到城市并網(wǎng)系統(tǒng)和大型光伏電站。 charge and discharge controller。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上蓄電池組，充放電控制器，逆變