【正文】 如圖 38 所示 , SA8381 為 20 腳雙列直插小封裝 , 圖中 ： 。最小 脈寬和死區(qū)時(shí)間通過(guò)軟件設(shè)置完成 ,省掉了硬件電路 ,提高了可靠性。調(diào)制頻率精度高 (12位 )。 適應(yīng)于 Int el 和 Mot orala 兩種總線(xiàn)格式 , 接口通用性好 。 2． SA8381 的結(jié)構(gòu) SA838 系列集成電路可提供高質(zhì)量的單機(jī)正脈寬調(diào)制波形 ,其僅與時(shí)鐘、微處理器或微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、逆變功率電路相連 ,即可構(gòu)成性能優(yōu)異的逆變系統(tǒng) ,該系統(tǒng)接口簡(jiǎn)捷、編程容易、成本低廉。同時(shí)為過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)提供取樣信號(hào)。即通過(guò) CPU與 SA8381 接口很方便地將載波頻率、調(diào)制頻率、輸出幅值、脈沖取消時(shí)間、脈沖延遲時(shí)間等寫(xiě)入 SA8381 內(nèi)部寄存器，并只需改變工作方式時(shí)才刷新。 SPWM 產(chǎn)生電路 1． 微控制器與 SA8381 實(shí)現(xiàn) SPWM 波形的原理 微控制器與 SA8381 實(shí)現(xiàn) SPWM 波形的原理框圖如 圖 37 所示。 逆變器輸出所接的濾波器通常為低通濾波器，由電感器和電容器構(gòu)成 ? 型低通濾波形式。典型的逆變器交流輸出 頻率為 50HZ，逆變器開(kāi)關(guān)頻率可以幾百到幾十千赫。其逆變過(guò)程為：光伏陣列或蓄電池輸出的直流電進(jìn)入逆變器直流母線(xiàn)，經(jīng)開(kāi)關(guān)電路（如橋式電路）將直流電變成正反方向輸出的、脈寬為正弦調(diào)制的交流脈沖波，此脈寬調(diào)制的交流電壓經(jīng)濾波電路變成正弦交流電壓輸出，如需要升壓則外接升壓變壓器，再經(jīng)輸電線(xiàn)路將交流電力送往負(fù)載。 PWM 型逆變器廣泛使用功率場(chǎng)效應(yīng)管（ Power MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) 、可關(guān)斷型晶閘管（ GTO）等作為開(kāi)關(guān)管，而控制部分使用專(zhuān)用型 PWM 開(kāi)關(guān) 集成電路以及帶有 PWM 輸出的 DSP 和單片機(jī)芯片。當(dāng)此交替導(dǎo)通的頻率與負(fù)載所需的交流頻率相同時(shí)，其輸出的電壓就為方波電壓。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，脈寬調(diào)制技術(shù)的普及，大容量 PWM 型正弦波逆變器逐漸成為逆變器的主流產(chǎn)品。 圖 36 單相全橋電壓型逆變器的主電路 2．正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）逆變控制原理 正弦波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形基本為正弦波，在負(fù)載中只有很少的諧波損耗，對(duì)通信設(shè)備干擾小，整機(jī)效率高。該逆變器以對(duì)角線(xiàn) 1Q 和 4Q 、對(duì)角線(xiàn) 2Q 和 3Q 構(gòu)成兩組聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，兩組開(kāi)關(guān)交替開(kāi)通，其結(jié)果是在負(fù)載端輸出分別為正負(fù)的方波電壓 。 其主電路框圖見(jiàn)圖 35 圖 35 逆變系統(tǒng)原理框圖 1． 常用電壓型 逆變器 逆變器按輸出類(lèi)型，又分為電壓型逆變器和電流型逆變器。 SPWM 電路輸出的電能性能質(zhì)量較好，諧波分量較小，容易濾波。全橋逆變電路克服了推挽電路的變壓器利用率低和帶動(dòng)感性負(fù)載能力較差的缺點(diǎn)。 PV 系統(tǒng)若安裝在易遭雷擊的地方時(shí)可在控制器輸入端并接壓敏電阻或增設(shè)其它防雷措施。在太陽(yáng)電池正極輸入端串接防反充二極管或者其他開(kāi)關(guān)方式防蓄電池電流倒流。可在蓄電池負(fù)極端與蓄電池正極相串聯(lián)的熔斷器間并接一大功率二極管。世界銀行的標(biāo)準(zhǔn)是回路壓降應(yīng)小于系統(tǒng)電壓的 5%，這跟電路的設(shè)計(jì)與開(kāi)關(guān)器件的選擇密切相關(guān)。特別是在小系統(tǒng)的應(yīng)用中成為一個(gè)重要指標(biāo)，世界銀行的標(biāo)準(zhǔn)是自耗電流小于額定工作電流的 1%，因此電路的設(shè)計(jì)與低功耗器件的選 擇非常重要。 控制器的幾個(gè)重要指標(biāo) 控制器除應(yīng)具有防蓄電池過(guò)充功能、過(guò)放功能、防負(fù)載短路的功能外，還有以下的幾個(gè)重要指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 防反充保護(hù)：采用反向二極管 IS5401 或肖特基二極管串接在電路上，防止極性接反。為了穩(wěn)定充放電保護(hù)負(fù)載，程序設(shè)定由過(guò)充或過(guò)放時(shí)到正?？梢怨ぷ鲿r(shí)持續(xù)一分鐘后（確保此正常電路并非短暫瞬間的正常）再正常放電或充電。 工作狀態(tài)顯示 太陽(yáng)能電池 控制芯片 蓄電池 直流負(fù)載或逆變器 圖 33 控制器主電路 FlagL=1 開(kāi) 始 初 始 化 檢測(cè)蓄電池 停止放電 停止充電 檢測(cè)太陽(yáng)能電池 最大功率充電 放 電 FlagL=1 FlagH=1 FlagL=0 且持續(xù) 1 分鐘以上 FlagH=0 Flag， UsunUxu 且持續(xù)1 分鐘以上 圖 34 控制器主程序流程圖 29 注 ：流程圖中標(biāo)示變量 FlagL 和 FlagH 分別標(biāo)示蓄電池的電壓過(guò)低和過(guò)高 ,初始化包括各寄存器的初始化以及 Flagl=0。 根據(jù)蓄電池充放電的性質(zhì)，可以將蓄電池的過(guò)充點(diǎn)和過(guò)放點(diǎn)分別設(shè)為 2 個(gè) 28 閥值電壓點(diǎn)，充放電過(guò)程中不停地檢測(cè)蓄電池的電壓，當(dāng)蓄電池輸出電壓低于過(guò)放電點(diǎn)時(shí)就切斷蓄電池與負(fù)載的連接停止放電，當(dāng)蓄電池的電壓高于過(guò)充點(diǎn)時(shí)切斷蓄電池與太陽(yáng)能電池的連接，停止充電。 圖 32 硅太陽(yáng)能電池伏安特性 充放電控制設(shè)計(jì) 由于太陽(yáng)能電池的不穩(wěn)定性和蓄電池充放電比較復(fù)雜的特性，本設(shè)計(jì)采用ATMEGA16 單片機(jī)控制充放電過(guò)程。d39。b39。 利用單片機(jī)的 AD 轉(zhuǎn)換功能不停地循環(huán)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池的輸出端就可以得到太陽(yáng)能電池的輸出功率，然后根據(jù)溫度調(diào)整負(fù)載功率，使太陽(yáng)能電池工作在最大功率點(diǎn)處。d 、 39。b 、 39。人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度保持在某一固定值時(shí)， 39。d 、 39。b 、 39?？梢钥闯?，這些工作點(diǎn)并不正好落在陣列可能提供的最大功率點(diǎn) 39。 最大功率跟蹤點(diǎn)控制設(shè)計(jì) 最大功率點(diǎn)控制方法有多種，大都十分復(fù)雜，而目前國(guó)內(nèi)的最大功率點(diǎn)控 27 制尚處于理論階段，并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)，本設(shè)計(jì)就采用 CVT（恒定電壓跟蹤法）的最大功率點(diǎn)控制，此方法相對(duì)簡(jiǎn)單有效。 控制器的功能除了監(jiān)測(cè)判斷是否繼續(xù)充放電，為了保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行還要對(duì)充放電過(guò)程進(jìn)行保護(hù)。計(jì)算公式如下： 光伏方陣間距或可能遮擋物與方陣底邊的垂直距離應(yīng)不小于 D； n[ a r c si n( c os si n ) ]HD ? ? ????? ?? 式中： ? 緯度（在北半球?yàn)檎?、在南半球?yàn)樨?fù)）； H 光伏方陣或遮擋物與可能被遮擋組件底邊的高度差。當(dāng)太陽(yáng)能電池方陣附近有高大建筑物或樹(shù)木時(shí)， 需要計(jì)算建筑物或前排方陣的陰影，以確定方陣間的距離或太陽(yáng)能電池方陣與建筑物的距離。其中，峰值日照定義為 ： 1 cal==； 1 00mW/ 2cm = W/ 2cm 。最后要將輻射量換算成每日的峰值日照。~20176。 ； 26 緯度 55176。~550，傾角等于緯度加 10176。~10176。~400176。~25176。選擇了最佳傾角太陽(yáng)能電池方陣面上的冬夏季輻射量之差就會(huì)變小，蓄電池的容量也可以減少， 系統(tǒng)造價(jià)降低，設(shè)計(jì)更為合理。 ? 設(shè) 計(jì) 蓄 電 池 總 容 量最 大 充 電 率 設(shè) 計(jì) 光 伏 陣 列 的 峰 值 電 流 ?? ?并 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 蓄 電 池 容 量并 聯(lián) 光 伏 組 件 數(shù) 組 件 峰 值 電 流 太陽(yáng)能電池方陣傾角的確定 如果采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行太陽(yáng)能電池方陣傾角的優(yōu)化計(jì)算，要求在最佳傾角時(shí)冬天和夏天輻射量的差異盡可能小，而全年總輻射量盡可能大，二者應(yīng)當(dāng)兼顧。蓄電池生產(chǎn)商將提供指定型號(hào)蓄電池的最大充電率，計(jì)算值必須小于該最大充電率。 ? 日 負(fù) 載蓄 電 池 日 放 電 深 度 設(shè) 計(jì) 蓄 電 池 的 總 容 量 ??日 負(fù) 載設(shè) 計(jì) 并 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 蓄 電 池 容 量 (2) 校核光伏組件方陣對(duì)蓄電池組的最大充電率 另外一個(gè)校核計(jì)算就是校核設(shè)計(jì)光伏組件方陣給蓄電池的充電率。綜合考慮以上因素，可以得到下面的計(jì)算公式： hh?? ? ?日 平 均 負(fù) 載 （ A ）并 聯(lián) 組 件 數(shù) 量 =庫(kù) 侖 效 率 [ 組 件 日 輸 出 （ A ） 衰 減 因 子 ]系 統(tǒng) 電 壓 （ V ）串 聯(lián) 組 件 數(shù) 量 =組 件 電 壓 （ V ） 蓄電池和光伏組件方陣設(shè)計(jì)的校核 我們有必要對(duì)光伏組件方陣和蓄電池的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行校核，以進(jìn)一步了解系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的情況，保證光伏組件方陣的設(shè)計(jì)和蓄電池的設(shè)計(jì)可以協(xié)調(diào)工作。不同的蓄電池其庫(kù)侖效率不同，通?？梢哉J(rèn)為有 5%~10%的損失，所以保守設(shè)計(jì)中有必要將太陽(yáng)電池組件的功率增加 10%，以抵消蓄電池的耗散損失。 b、 將負(fù)載增加 10%以應(yīng)付蓄電池的庫(kù)侖效率 在蓄電池的充放電過(guò)程中，鉛酸蓄電池會(huì)電解水，產(chǎn)生氣體逸出，這也就是說(shuō)太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的電流中將有一部分不能轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存起來(lái)而是耗散掉?？梢钥闯墒枪夥到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的工程上的安全系數(shù)。泥土、灰塵的覆蓋和組件性能的慢慢衰變都會(huì)降低太陽(yáng)電池組件的輸出?；居?jì)算公式如下： hh??日 平 均 負(fù) 載 （ A ）并 聯(lián) 組 件 數(shù) 量 =組 件 日 輸 出 （ A ）系 統(tǒng) 電 壓 （ V ）串 聯(lián) 組 件 數(shù) 量 =組 件 電 壓 （ V ） (2)光伏組件方陣設(shè)計(jì)的修正 太陽(yáng)電池組件的輸出，會(huì)受到一些外在因素的影響而降低，根據(jù)上述基本公式計(jì)算出的太陽(yáng)電池組件，在實(shí)際情況下通常不能滿(mǎn)足光伏系統(tǒng)的用電需求，為了得到更加正確的結(jié)果，有必要對(duì)上述基本公式進(jìn)行修正。計(jì)算太陽(yáng)電池組件的基本方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量 (安時(shí)數(shù) )除以一塊太陽(yáng)電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量 (安時(shí)數(shù) )，這樣就可以算出系統(tǒng)那個(gè)需要并聯(lián)的太陽(yáng)電池組件數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。一般來(lái)講，建議并聯(lián)的數(shù)目不超過(guò) 4 組。這樣做的目的就是為了盡量減少蓄電池之間的不平衡所造成的影響，因?yàn)橐恍┎⒙?lián)的蓄電池在充放電的時(shí)候可能會(huì)與之并聯(lián)的蓄電池 不平衡。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，要盡量減少并聯(lián)數(shù)目。如果在沒(méi)有詳細(xì)的有關(guān)容量一放電速率的資料的情況下，可以粗略的估計(jì)認(rèn)為，在慢放電率 (C/ 100 到 C/300)的情況下，蓄電池的容量要比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)多 30%。 23 c、指定放電率 指定放電率是考慮慢的放電率將會(huì)從蓄電池得到更多的容量。 b、溫度修正系數(shù) 當(dāng)溫度降低的時(shí)候，蓄電池的容量將會(huì)減少。如果在嚴(yán)寒地區(qū)，就要考慮到低溫防凍問(wèn)題，對(duì)此進(jìn)行必要的修正。 圖 31 鉛酸蓄電池最大放電深度 溫度曲線(xiàn) (3)完整的蓄電池容量設(shè)計(jì)計(jì)算 考慮到以上所有的計(jì)算修正因子，我們可以得到如下蓄電池容量的最終計(jì)算公式。 在設(shè)計(jì)時(shí)要使用光伏系統(tǒng)所在地區(qū)的最低平均溫度，然后從圖 9 或者是由蓄電池生產(chǎn)商提供的最大放電深度一蓄電池溫度關(guān)系圖上找到該地區(qū)使用蓄電池的最大允許放電深度。即使系統(tǒng)中使用的是深循環(huán)工業(yè)用蓄電池，其最大 22 的放電深度也不要超過(guò) 80%。鉛酸蓄電池中的電解液在低溫下可能會(huì)凝固，隨著蓄電池的放電，蓄電池中不斷生成水稀釋電解液，導(dǎo)致蓄電池電解液的凝結(jié)點(diǎn)不斷上升，直到純水的 0℃ 。在該曲線(xiàn)上可以查到對(duì)應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)，除以蓄電池容量修正系數(shù)就能對(duì)上述的蓄電池容量初步計(jì)算結(jié) 果加以修正。這樣，設(shè)計(jì)時(shí)需要的蓄電池容量就要比根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況 (25℃ )下蓄電池參數(shù)計(jì)算出來(lái)的容量要大，只有選擇安裝相對(duì)于 25℃ 時(shí)計(jì)算容量多的容量，才能夠保證蓄電池在溫度低于 25℃ 的情況下，還能完全提供所需的能量。 如果光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣溫很低，這就意味著按照額定容量設(shè) 計(jì)的蓄電池容量在該地區(qū)的實(shí)際使用容量會(huì)降低，也就是無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)負(fù)載的用電需求。通常，鉛酸蓄電池的容量是在 25℃ 時(shí)標(biāo)定的。 下面考慮溫度對(duì)蓄電池容量的影響。在設(shè)計(jì)時(shí)我們要用到在蓄電池技術(shù)中常用的平均放電率的概念。通常，生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的是蓄電池額定容量是 l0h 放電率下的蓄電池容量。這樣就會(huì)對(duì)我們的容量設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。 首先，我們考慮放電率對(duì)蓄電池容量的影響。為了得到正確的蓄電池容 量設(shè)計(jì)，上面的基本方程必須加以修正。為了達(dá)到負(fù)載工作的標(biāo)稱(chēng)電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來(lái)給負(fù)載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個(gè)數(shù)等于負(fù)載的標(biāo)稱(chēng)電壓除以蓄電池的標(biāo)稱(chēng)電壓。設(shè)計(jì)蓄電池容量的基本公式如下： ?? 自 給 天 數(shù) 日 平 均 負(fù) 載 數(shù)蓄 電 池 容 量 最 大 放 電 深 度 下面介紹確定蓄電池串并聯(lián)的方法。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中選擇使用的蓄電池的性能參數(shù)，可以從蓄電池供應(yīng)商得到詳細(xì)的有關(guān)該蓄電池最大放電深度的資料。 20 第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。首先，給出計(jì)算蓄電池容量的基本方法。此外還要考慮光伏系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)，如果在很偏遠(yuǎn)的地區(qū)，必須設(shè)計(jì)較大的蓄電池容量，因?yàn)榫S護(hù)人員要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于負(fù)載要求很?chē)?yán)格的光伏系統(tǒng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中通常取自給天數(shù)為7~14 天。通?？梢詫⒐夥到y(tǒng)安裝地點(diǎn)的最 大 續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的自給天數(shù)，但還要綜合考慮負(fù)載對(duì)電 源的要求。這個(gè)參數(shù)讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠選擇所需使用的蓄電池容量大小。 蓄電池設(shè)計(jì)方法 蓄電池的設(shè)計(jì)思想是保證在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍能可以正常工作。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì) 光伏系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)的主要目的就是要計(jì)算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽(yáng)電池組件和蓄電池的數(shù)量。在決定要建立一個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，可按下述步驟進(jìn)行設(shè)計(jì) ：計(jì)算負(fù)載，確定蓄電池容量，確定太陽(yáng)能電池方陣容量，選擇控制器和逆變器，考慮混合 發(fā)電的問(wèn)題等