【正文】 控制器的各通道應(yīng)分別采用獨立的模塊化設(shè)計，設(shè)置一個監(jiān)控模塊，對系統(tǒng)進行有效的監(jiān)測和管理；在監(jiān)控模塊故。通信用高頻開關(guān)組合電源在通信行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，可靠性高，價格低廉 。實現(xiàn)了最大功率輸出，可以減少大量初期投資、降低建設(shè)成本。目前，比較常用的 MPPT 技術(shù)有：定電壓跟蹤法、擾動觀察法和模糊控制算法等。以下是對 MPPT型控制器在今后技術(shù)發(fā)展方面的一些建議。而傳統(tǒng)的蓄電池穩(wěn)壓型控制器在這兩方面均存在嚴重不足。具備 MPPT 功能的直流－直流變換穩(wěn)壓型控制器在各方面發(fā)展條件均已具備，應(yīng)當(dāng)?shù)玫酱罅ν茝V和支持。 在目前的技術(shù)條件下，具備 MPPT 功能的直流－直流變換穩(wěn)壓型控制器與蓄電池穩(wěn) 壓型控制器相比，可以節(jié)約 8%～ 12％的太陽能電池組件，與之相關(guān)的運輸、安裝等配套費用都可以節(jié)省。同時，直流－直流變換型功率模塊的功率密度大幅提高，體積也大大縮小。最近幾年，電力電子技術(shù)快速發(fā)展，直流－直流變換模塊的工作效率可以達到 94%以上，如果提高輸入電壓，工作效率還可以進一步提升。以上問題是否可以得到有效解決，是否能夠提高太陽能系統(tǒng)的利用效率，實現(xiàn)太陽能組件在不同使用條件下的最大功率輸出，這對太陽能電源系統(tǒng)的發(fā)展極其重要。太陽能技術(shù)在通信基站的廣泛應(yīng)用不僅有助于節(jié)約資源，還有助于通信網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模覆蓋。因此，本設(shè)計針對各省無電鄉(xiāng)所在地區(qū)，將年平均雷暴日數(shù) Td 及太陽電池陣列占地面積（ 50Kwp 光伏電站）作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算出了不同地區(qū)光伏陣列年預(yù)計雷擊次數(shù) N。 在我國《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（ GB5005794）中，非建筑類露天堆場是否安裝避雷針有明確的規(guī)定，即：當(dāng)場地內(nèi)年預(yù)計雷擊次數(shù) N≥ 次 /a 時，宜設(shè)置獨立避雷針防直擊雷。為了滿足保護半徑的要求，針體高度絕大部分在24— 30 米左右，而且每站需要兩根。但是，是否應(yīng)當(dāng)架設(shè)避雷針防止直擊雷對光伏電站的傷害 ，還無法從現(xiàn)有的各種規(guī)范中得出明確的結(jié)論。 太陽能光伏電站防雷類別的界定是一件比較困難的事情，如果將機房建筑物作為主要防護對象，由于電站機房高度通常不大于 5 米，故按照《建筑物防雷設(shè) 計規(guī)范》可以不考慮設(shè)防；如果鈄光伏電站作為一個發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的有關(guān)規(guī)范相對照也很難得出一個完整的結(jié)論，因為電力系統(tǒng)只針對大型電站（水電、火電站等）、幾千伏 ~上百千伏輸變電系統(tǒng)等提出了明確的防雷要求，對于小型電站及低壓輸電線路只要求考慮防止雷電感應(yīng)和雷電波侵入，并未要求必須架設(shè)避雷針防直擊雷。 雷電主要通過三種方式對地面物體形成災(zāi)害，即：直擊雷、雷電感應(yīng)和雷電波侵入，一般在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)分別對其加以防范。 ３ 蓄電池作為光伏系統(tǒng)中最易損壞的環(huán)節(jié)，由于蓄電池的壽命提高，光伏系統(tǒng)的壽命會因此而得到延長，相對成本也會因此而降低。 ５ 結(jié)論 將本文中所提出的新檢測方案與舊有的在線式檢測方案相比較可知，在許多方面都存在著優(yōu)越性，有利于大型光伏系統(tǒng)效率的提高： １ 新方 案中，兩個蓄電池模塊輪流充放電使太陽電池板總的等效閑置時間減少，利用率有所提高。 國外智能電池仍然是以芯片形式推向市場的。系統(tǒng)主機和充電電路及控制器之間由ＳＭＢｕｓ連接，傳輸ＳＢＤ格式的數(shù)據(jù)。 它是一個典型的智能電池系統(tǒng)。 ４ 一些其它的檢測方法 第 42 頁 共 221 頁 不同于上面所說的在線式和離線式檢測方案中，比較有代表性的是一種基于ｓｍａｒｔｂａｔｔｅｒｙ的檢測方案。但時間設(shè)定需視蓄電池種類和容量的不同而定；蓄電池在充滿前其端電壓會產(chǎn)生一個大的跳動，使檢測電路產(chǎn)生誤判；由于實驗中，主要需要考察不同的 充電檢測方案對蓄電池壽命的影響，所以在充電方式的選擇上，我們主要采用了兩段恒流的充電方式，放電都采用５Ａ放電。但要具體實現(xiàn)上述方案并不容易，還需要克服許多理論和技術(shù)問題。當(dāng)定時器達到設(shè)定時間后，重新啟動定時并自動切換開關(guān)，使模塊Ｂ的充電回路斷開而對模塊Ａ進行涓流充電，靜置一段時間后，再對模塊Ｂ重復(fù)以上對模塊Ａ的操作，如此不斷循環(huán)。當(dāng)過一段時間，模塊Ａ的端電壓有所降低并能準確地反映電池容量時，再對Ａ的端壓進行檢測，即精確過壓檢測。 第 41 頁 共 221 頁 檢測電路原理如下：太陽電池同時對兩蓄電池模塊充電，同時對它們的端電壓進行監(jiān)測。我們利用蓄電池端壓的這一特性，設(shè)計一個太陽電池對多個蓄電池模塊輪換進行充電，每個蓄電池的端壓在充電電路斷開后都有足夠的時間恢復(fù)正常，使測得電壓值能更加準確地反映蓄電池容量。 針對這一問題，我們在這里提出一種新穎的蓄電池容量檢測方案 —— 離線式檢測。這突出表現(xiàn)為當(dāng)系統(tǒng)所處溫度較高時，由于太陽電池板和蓄電池的端電壓均受溫度影響嚴重，太陽能板端電壓隨溫度升高而降低，而蓄電池端電壓則剛好相反，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象 常稱之為 “ 虛滿 ” 。 ３ 離線式檢測方案 蓄電池的電壓受很多因素的影響，例如溫度、濕度等，特別是在充電過程中，蓄電池 的端電壓并不能很好地反映其容量。 以下列出芯片功能實現(xiàn)框圖 圖４ 。鉛酸電池在充電時，電壓隨充電時間的增長而上升，但充足電后端電壓開始下降。但它不能實現(xiàn)涓流充電，造成了能源的極大浪費，使得本來效率就不高的第 40 頁 共 221 頁 光伏系統(tǒng)性價比更低。 門限電壓可設(shè)定 文中所用８Ｖ與１５Ｖ為經(jīng)驗所得值 。 此電路可以用比較器來控制電池組的充電電流。目前應(yīng)用最為廣泛。 ２ 在線式檢測方案 在線式檢測，即在充電過程中不斷地對蓄電池的端電壓進行監(jiān)測，當(dāng)蓄電池的端電壓大于某個限定值時，就視為已充滿，停止太陽電池向蓄電池充電。 在設(shè)計光伏系統(tǒng)時需要對蓄電池的容量進行檢測以判斷是否應(yīng)繼續(xù)充電或放電。負電極由于有反極的危險，對過放也是敏感的。在鉛酸蓄電池中，兩個電極對過放都是敏感的。嚴重過充時，水分解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，使得蓄電池底部濃度比其他地方高出 許多，導(dǎo)致負極板底部硫酸鹽化，正極板腐蝕和膨脹，造成容量損失。 免維護鉛酸蓄電池的充放電電池反應(yīng)為： ２ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ Ｐｂ＋ＰｂＯ２＋２Ｈ２ＳＯ４ 過充是指蓄電池單格電壓超過某一水平 一般為２．３５Ｖ／單格～２．４０Ｖ／單格 ，此時蓄電池?zé)o法使產(chǎn)生的氧氣充分再化合。 光伏系統(tǒng)中的蓄電池的工作條件與蓄電池在其他場合的工作條件不同，其充電率和放電率都非常小，且充電時間受到限制，即只有在日照時才能充電，所以不能按一固定的充電規(guī)律對其進行充電。所以與一般電子零部件相比，蓄電池對溫度變化更為敏感。 本文以光伏系統(tǒng)中的鉛酸免維護蓄電 池 １２Ｖ，１２ＡＨ 為例進行實驗比較不同的充電檢測方法。而能夠與光伏電池配套使用的蓄電池種類有很多，目前廣泛使用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池等。 表 2 光伏建筑一體化特點 序號 優(yōu)勢 備注 1 太陽電池組件是一種固態(tài)裝置，能將太陽光直 勿需轉(zhuǎn)動零件、燃料，不會第 37 頁 共 221 頁 接轉(zhuǎn)換成電能 產(chǎn)生污染 2 已經(jīng)證實太陽電池組件的預(yù)期壽命長 可達 30 年 3 太陽能光伏系統(tǒng)已被成功 地應(yīng)用于成千上萬棟建筑上 含小型、中型、大型等案例 4 太陽電池組件呈模塊化，是一種分散式的電力生產(chǎn)裝置 不是大型集中式的發(fā)電廠 5 偏遠地區(qū)的太陽電池是一種符合改善成本的現(xiàn)實選擇 傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)輸配電線路價格昂貴 6 建筑屋頂（幕墻）可以為光伏系統(tǒng)提供大量面積，尤其在人口密集地 指不要占用額外昂貴的土地 7 安裝在建筑物上的太陽電池方陣，省去各類支撐構(gòu)件 無需多余的基礎(chǔ)設(shè)施 8 直接向電網(wǎng)輸送電力，省去一系列輸配電費用 減少各級別傳輸線路的電壓損失 9 能夠在供電尖峰時刻提供足夠的電力 以適時 降低該緊急時段的電量需求 10 完全可能取代傳統(tǒng)的建筑材料 使光伏系統(tǒng)擔(dān)負起雙重角色 11 有效地減輕對環(huán)境的光污染 造福于人類 12 以多種創(chuàng)新的方式，渲染獨具魅力的建筑外觀 使建筑物更加完美、潔凈 13 配備蓄電池后，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)確保自身用電 還能夠滿足用電設(shè)施的不間斷供電要求 注：利用太陽能，不僅可以滿足建筑能源供應(yīng)的需求，實現(xiàn)建筑物的 0排放，而且可以使每棟建筑都成為小型分散的網(wǎng)絡(luò)電力生產(chǎn)者。如將接線端子排裝在幕墻橫、豎縫的不可見內(nèi)腔，便于拆卸維護，電路布線的穩(wěn)固、快捷。 光伏建筑特點（表 2）是一種集發(fā)電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能為一身的新型功能性建筑，它不但突破了傳統(tǒng)建筑以消極的辦法減少能量損失，而是積極利用光伏技術(shù)，把以往被當(dāng)作有害因素被屏蔽掉的太陽光，轉(zhuǎn)化 為被人們利用的電能，而且還是一種潔凈能源。既可得光能，又易散熱，可謂最佳組合。一般來說，太陽電池板應(yīng)裝在樓群中接受光照時間長的那些部位，如女兒墻、墻楣（屋頂）等 ；通常選擇幕墻面朝南、東南和西南之間，在一定條件下亦可東向和西向。 光伏幕墻（屋頂） 設(shè)計除了需要考慮太陽電池、光組件、導(dǎo)線、逆變器和整流器等因素以外，還必須保證對建筑幕墻（屋頂）安全等功能的落實。若能將屋頂、向陽的外墻、窗戶都由光伏器件取代，則既能作為建材使用又能發(fā)電，可謂一舉兩得。光伏與建筑相結(jié)合的進一步目標，是將光伏器件與建筑材料集成化。 2 太陽能光伏建筑一體化 基本概念 第 36 頁 共 221 頁 定義 光伏幕墻（屋頂）是將傳統(tǒng)幕墻（屋頂）與光電轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合的一種新型建筑。近年來涉及的領(lǐng)域又有了發(fā)展。如以最大輸出功率 50W 太陽電池為例，設(shè)置 20 片時，則其輸出容量 =50W20=1kWp ，表 1 示某市 7 月底的光伏發(fā)電量。但在實際應(yīng)用中，太陽電池方陣輸出降低的原因很多，如日照量的多少，太陽電池鏡面污垢產(chǎn)生的程度，溫度上升及轉(zhuǎn)換器損失等。天氣，正午日照量最高，晴、陰雨天則相應(yīng)降低。所以加大光伏發(fā)電力度刻不容緩。 我國太陽能資源的數(shù)量、分布的普遍性、供應(yīng)的清潔性、技術(shù)的可靠性都優(yōu)越于風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能等可再生能源。 巨大能源的太陽東升西落，成為匆匆過客未被人們充分利用。 第 31 頁 共 221 頁 第 32 頁 共 221 頁 第 33 頁 共 221 頁 第 34 頁 共 221 頁 太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù) 摘要：本文通過介紹光伏建筑一體化，以引起業(yè)界人士對太陽能利用的廣泛關(guān)注。 圖片 6 為小高層的屋頂休憩平臺 。 圖片 4 為一個多層住宅的方案 ,一根根管子的是真空管 熱水系統(tǒng) ,屋面熱水器提供洗浴熱水 ,墻面部分提供部分采暖熱水 。 圖片 2 為另一個停車場方案 。 幾個建筑光伏系統(tǒng)的設(shè)計方案 藍色構(gòu)件都是多晶硅光伏電池組件 。 對于 10kW 的樣機，其效率 η≥85 ％，頻率精度 ≤ ％，輸出電壓精度 ≤ ％ ,其空載和帶負載時的電壓波形分別如圖 7 和圖 8所示。 MPPT 模塊主要是完成太陽電池的最大功率點跟蹤。 WG 中斷模塊主要是從正弦表中取出相應(yīng)的正弦值，然后送入 WG－ COMPX寄存器，從而得到不同脈寬的 SPWM 波。 其中主程序模塊完成系統(tǒng)的初始化，各單元賦初值，判斷有無運行信號及對各種故障的判斷。 完整的主電路拓樸結(jié)構(gòu)如圖 6所示。再者，本系統(tǒng)在常規(guī)數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了分段變系數(shù) PI 調(diào)節(jié)器，即當(dāng)系統(tǒng)的偏差較大時，積分系數(shù) (KI)和比例系數(shù) (KP)較大；當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小時，積分系數(shù)和比例系數(shù)也較小。 圖 5 系統(tǒng)穩(wěn)壓控制框圖 穩(wěn)壓控制是通過在 80C196MC 的片內(nèi)外設(shè)裝置 —— 波形發(fā)生器 (WG)產(chǎn)生中斷來實現(xiàn)的，其中反饋電壓的測取 是在中斷時完成的。為了使輸出信號和它的互補信號不致同時有效，在芯片的內(nèi)部設(shè)有死區(qū)發(fā)生器電路，從而避免了同一橋臂上的 IGBT 上下直通，保護了 IGBT。開關(guān)模式信號是利用正弦波參考信號與一個三角載波信號互相比較來生成的，主要有單極性和雙極性兩種類型，在開關(guān)頻率相同的情況下，由于雙極性 SPWM 控制產(chǎn)生的正弦波，其中的諧波含量和開關(guān)損耗均大于單極性，故本系統(tǒng)采用的是單極性 SPWM 控制。 逆變器的工作方式采用 SPWM 控制方式，預(yù)先將 0～ 360176。 IGBT是電壓控制型器件，它集功率 MOSFET 和雙極型晶體管的優(yōu)點于一體，具有驅(qū)動電路簡單、電壓和電流容量大、工作頻率高、開關(guān)損耗低、安全工作區(qū)大、工作可靠性高等優(yōu)點。 這兩個階段是由控制電路通過檢測太陽電池的輸出電壓和電流，采用逐次比較法來實現(xiàn)的。在這個過程中，通常采用自尋最優(yōu)控制方式使太陽電池在最大功率點處工作。在圖 2和圖 3 中， A、 B、 C、 D、 E 點分別對應(yīng)不同日照 時的最大功率點。 從圖 2 可以看出，曲線上任一點處的功率為 P=UI，其值除和 U、 I有關(guān)外，還與日照（ S）、太陽電池溫度等有關(guān)。太陽電池是本系統(tǒng)賴以工作的基礎(chǔ)，它的效率直接決定系統(tǒng)的效率。 系統(tǒng)的工作原理及其電路設(shè)計 光伏系統(tǒng)的總體框圖如圖 1 所示。太陽能作為一種高效無污染的綠色