【正文】 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，林逢 春老師指導(dǎo)我如何撰寫論文，并給本論文提出了很多建議。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源可以無處不在。 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 4 總結(jié) 光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接 轉(zhuǎn)化為電能。 (2)太陽年輻射總量，西部地區(qū)高于東部地區(qū)，而且除西藏和新疆兩個(gè)自治區(qū)外，基本上都是南部高于北部。短于 0． 295 μm 和大于 2． 5 μm 波長的 太陽輻射 ，因 地球大氣 中臭氧、水氣和其他大氣分子的強(qiáng)烈吸收，不能到達(dá)地面 。在全部輻射能中，波長在 ～ 4μm 之間的占 99%以上，且主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占 太陽輻射 總 能量 的約 50%，后者占約 43%，紫外區(qū)的太陽輻射能很少，只占總量的約 7%。 太陽電磁輻射中 99． 9%的 能量 集中在紅外區(qū)、可見光區(qū)和紫外區(qū)。電磁波用波長、頻率來表示。 太陽是以電磁波的形式向外傳播能量。 （ 7） 太陽能建筑 將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大 型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。 （ 4） 石油、海洋、氣象領(lǐng)域 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象 /水文觀測設(shè)備等 （ 5） 家庭燈具電源 如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。 （ 2） 交通領(lǐng)域 如航標(biāo)燈、交通 /鐵路信號燈、交通警示 /標(biāo)志燈、高空障礙燈、高速公路 /鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。 因此，太陽能電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要考慮的因素多而復(fù)雜。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。 （ 4）太陽能電池方陣的光電轉(zhuǎn)換效率，受到電池本身的溫度、太陽光強(qiáng)和蓄電池電壓浮動(dòng)的影響。 （ 3）地形、地貌及障礙物的影響。 （ 2）地球相對太陽位置的影響 地球到太陽的距離和地球軸的傾斜同樣影響太陽的輻射量。 TL494 的 8 腳和 11 腳作并聯(lián)輸出 PWM 信號來控制場效應(yīng)管 Q1 ,以維持恒流充電時(shí)電流恒定或在恒壓充電時(shí)的電壓恒定。另一個(gè)誤差放大器作恒流調(diào)節(jié)器 ,從 16 腳輸入給定電流信號與恒流充電時(shí)的反饋電流信號之偏差 ,15 腳和 3 腳間引入阻容校正 ,構(gòu)成 PI 調(diào)節(jié)器。 TL494 電流型 PWM 脈寬調(diào)制器、 MSP430 單片機(jī)和檢測單元構(gòu)成充電閉環(huán)控制回路 ,實(shí)現(xiàn)充電電壓、電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)和電源電壓的自動(dòng)識(shí)別。 蓄電池的充電采用恒流充電和 dV/ dt 技術(shù)恒壓限流充電相結(jié)合的方法。該芯片內(nèi)帶 6 通道 10 位 A/ D 轉(zhuǎn)換器 ,8 kB閃速存儲(chǔ)器 ,521 B 的 E2 PROM 存儲(chǔ)器 ,可內(nèi)外部中斷 ,C 語言編程 ,每個(gè) I/ O 口可提供 40 mA 的電流 。開關(guān)模式信號是利用正弦波參考信號與一個(gè)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。逆變器將蓄電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為 50Hz 的 SPWM 波，再經(jīng)過濾波電感和工頻變壓器將其轉(zhuǎn)換為 220V 的標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓，采用這種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并且能有效地抑制波形中的高次諧波成分。 （ 3）逆變電路的設(shè)計(jì) 正弦波逆變環(huán)節(jié)采用單相全橋電路，用 IGBT 作逆變電路的功率器件。 （ 2）太陽能電池方陣中電池組件串聯(lián)數(shù)的計(jì)算公式： Ns =UR / UOC = ( Uf + UD + Uc )/ UOC UR ：太陽電池方陣輸出最小電壓； UOC ：太陽能電池組件的最佳工作電壓； Uf ：蓄電池浮充電壓； UD ：二極管壓降，一般取 ； Uc ：其它因素引起的壓降。 圖 32系統(tǒng)充電主程序流程圖 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 太陽能光伏電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)包括：蓄電池組容量的設(shè)計(jì)，太陽能電池方陣的設(shè)計(jì)，逆變電路的設(shè)計(jì)，充放電控制電路的設(shè)計(jì)等。 MPPT 模塊主要是完成太陽電池的最大功率點(diǎn)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(yùn)行信號及對各種故障的判斷。 太陽能光伏電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載用電量的計(jì)算，太陽能電池方陣面輻射量的計(jì)算，太陽能電池、蓄電池用量的計(jì)算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽能電池方陣安裝傾角的計(jì)算等。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。 圖 27高 頻 升 壓 電路 3 太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其影響因素 太陽能 光伏 電源 系統(tǒng)的總體框圖如圖 31所示。 采 用 該 電路結(jié) 構(gòu) ， 使逆 變電路功率 密 度 大大提高， 逆 變 器 的 空載 損耗 也相應(yīng)降低， 效 率 得 到提高。 圖 25 推 挽 式 逆 變 器 電路 原理 框 圖 圖 26 全 橋 逆 變 器 電路 原理 框 圖 圖 27為高 頻 升 壓 電路，由于 推 挽 電路和全 橋 電路的 輸 出都必須 加 升 壓 變 壓 器 ， 而工 頻 升 壓 變 壓 器 體 積 大， 效 率低， 價(jià)格 也較 貴 ，隨著電力電 子 技術(shù)和 微 電 子 技術(shù)的發(fā)展，采 用高 頻 升 壓 變 換 技術(shù) 實(shí)現(xiàn) 逆 變，可 實(shí)現(xiàn) 高功率 密 度逆 變。 該 電路的 缺 點(diǎn) 是上 、下 橋臂 的功率 晶 體管 不 共 地， 因此必須采 用 專 門 驅(qū) 動(dòng) 電路 或采 用 隔 離電源。 ， 調(diào) 節(jié)Ｔ 3和 Ｔ 4的 輸 出 脈沖 寬 度 ， 輸 出 交流電 壓 的有 效值 即 隨 之 改 變。其 缺 點(diǎn) 是 變 壓 器利用率低， 帶動(dòng) 感 性 負(fù)載 的能力較 差 。 圖 25所示的 推 挽 電路， 將升 壓 變 壓 器 的中 心 抽 頭 接 于 正 電源，兩 只 功率 管 交替工作， 輸 出 得 到交流電 輸 出 。 逆 變器正 常 運(yùn) 行 時(shí) ，其 噪聲 應(yīng)不 超 過 65dB。小型 逆 變 器為了 自 身 安全，有 時(shí)采 用 軟 起動(dòng) 或限 流 起動(dòng) 。 逆 變 器 應(yīng) 保證 在 額 定 負(fù)載 下可 靠起動(dòng) 。 ② 過電流 保護(hù) ：逆 變 器 的過電流 保護(hù) ，應(yīng)能 保證 在 負(fù)載 發(fā)生 短 路 或 電流 超 過 允 許 值 時(shí)及 時(shí) 動(dòng) 作， 使 其 免 受 浪涌 電流的 損 傷 。這 是 目 前 提高光伏發(fā)電系統(tǒng)可 靠 性 的 關(guān) 鍵 所在。 逆 變 器對外 部電路的過電流及 短 路 現(xiàn) 象最 為 敏感 ， 是 光伏發(fā)電系統(tǒng)中的 薄弱 環(huán) 節(jié) 。 逆 變 器效 率的高低 對 光伏發(fā)電系統(tǒng)提高有 效 發(fā)電 量 和降低發(fā)電成本有著 重 要 影響 。2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 容 量 較大的 逆 變 器 還應(yīng) 給 出 滿負(fù)荷 效 率 值 和低 負(fù)荷 效 率 值 。在 整 機(jī)效 率方面 對 光伏發(fā)電 專 用 逆 變 器 的要 求是： 千瓦 級 以下 逆 變 器 額 定 負(fù)荷 效 率 ≥ 80％－85％ ，低 負(fù)荷 效 率 ≥ 65％－ 75％ ； 10 千瓦 級 逆 變 器 額 定 負(fù)荷 效 率 ≥ 85％－ 90％ ，低 負(fù)荷 效 率 ≥ 70％－ 80％ 。光伏發(fā)電系統(tǒng) 專 用 逆 變 器 ，在設(shè)計(jì)中應(yīng) 特別 注意 減 少自 身 功率 損耗 ，提高 整 機(jī)效 率。 （ 8） 額 定 逆 變 輸 出效 率 ： 整 機(jī)逆 變 效 率高 是 光伏發(fā)電用 逆 變 器 區(qū) 別 于通用型 逆 變 器 的一個(gè)顯 著 特點(diǎn) 。有 些逆 變 器 產(chǎn)品 給出 的 是 額 定 輸 出 容 量 ，其 單位 以 VA 或 kVA 表示。在 正弦波 條 件 下， 負(fù)載 功率 因 數(shù)為 － (滯 后 )， 額 定 值 為 。 1％ 以 內(nèi) 。 （ 5） 額 定 輸 出 頻 率 ： 逆 變 器 輸 出 交流電 壓 的 頻 率應(yīng) 是 一個(gè)相 對 穩(wěn) 定的 值 ，通常為工 頻 50Hz。 （ 4） 輸 出 電 壓 的 波形 失 真 度： 當(dāng)逆 變 器 輸 出 電 壓 為 正弦波時(shí) ，應(yīng)規(guī)定 允 許 的 最 大 波形 失 真 度 （ 或 諧 波 含 量 ）。 3％ ， 負(fù)載調(diào) 整 率應(yīng) ≤ 177。高 性 能的 逆 變 器 應(yīng) 同時(shí) 給 出當(dāng) 負(fù)載 由 0％ → 100％ 變化 時(shí) ， 該 逆 變 器 輸 出 電 壓 的偏 差 百 分?jǐn)?shù)，通常 稱 為 負(fù)載調(diào)整 率。 輸 出 電 壓穩(wěn)定 度 表 征 逆 變 器 輸 出 電 壓 的 穩(wěn)壓 能力。 蓄 電池 端 電 壓 的 起 伏可 達(dá) 標(biāo)稱 電 壓 的 30％ 左右 。 當(dāng) 標(biāo)稱 電 壓 為 12V 的 蓄 電池 處 于 浮充電 狀態(tài) 時(shí) ， 端 電 壓 可 達(dá) ， 短 時(shí)間 過充 狀態(tài) 可 達(dá) 15V。 但當(dāng)逆 變 器 的 負(fù)載 不 是 純 阻 性時(shí) ，也 就 是 輸 出 功率 因 數(shù)小于 1 時(shí) ， 逆2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 變 器 的 負(fù)載 能力 將 小于所 給 出 的 額 定 輸 出 容 量 值 。 額 定 輸 出 容 量 表 征 逆 變 器 向 負(fù)載 供電的能力。 10％ 。100％ ） 或 有其它 干擾 因 素 影響 動(dòng) 態(tài) 情況 下，其輸 出 電 壓 偏 差 不應(yīng) 超 過 額 定 值 的 177。 ② 在 負(fù)載 突 變（ 額 定 負(fù)載 的 0％ 214。 3％ 或177。 逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo) （ 1） 額 定 輸 出 電 壓 ： 在規(guī)定的 輸 入 直 流電 壓 允 許 的 波 動(dòng) 范圍內(nèi) ，它表示 逆 變 器 應(yīng)能 輸 出 的 額 定電 壓值 。這 是由于在中、大 容 量 系統(tǒng)中， 若 采 用方 波 供電， 則輸 出將 含 有較多的 諧 波 分 量 ，高 次諧 波將 產(chǎn)生 附 加 損耗 ， 許 多光伏發(fā)電系統(tǒng)的 負(fù)載 為通信 或儀 表設(shè)備，這 些 設(shè)備 對 供電品 質(zhì) 有較高的要 求 。由于太陽電池的 端 電 壓 隨 負(fù)載 和 日 照 強(qiáng)度而 變化， 蓄 電池 雖然對 太陽電池的電 壓 具有 鉗 位 作用， 但 由于 蓄 電池的電 壓 隨 蓄 電池 剩余容 量 和 內(nèi) 阻 的變化 而波 動(dòng) ， 特別 是當(dāng)蓄 電池 老 化 時(shí) 其 端 電 壓 的變化 范圍 很大， 如 １２Ｖ 蓄 電池，其 端 電 壓 可在 10V16V之間 變化，這 就 要 求逆 變 器必須 在較大的 直 流 輸 入電壓 范圍內(nèi) 保證 正 常工作，并 保證 交流 輸 出 電 壓 的 穩(wěn) 定。目 前 光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)， 許 多電站無人 值守 和 維護(hù) ，這 就 要 求逆 變 器 具有合 理 的電路結(jié) 構(gòu) ， 嚴(yán)格 的 元 器件 篩 選 ，并要 求逆 變 器 具備各種 保護(hù) 功能， 如 輸 入 直 流 極性接反 保護(hù) ，交流 輸 出 短 路 保護(hù) ，過 熱 、過 載保護(hù) 等。由于目 前 太 陽電池的 價(jià)格 偏高，為了 最 大 限度 地利用太陽電池，提高系統(tǒng) 效 率， 必須 設(shè) 法 提高 逆 變 器 的 效 率。 2021 級蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 太陽能光伏電源系統(tǒng)對逆變器的要求 采 用交流電力 輸 出 的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏 陣列 、充 放 電 控 制 器 、 蓄 電池和 逆 變 器四部分 組 成， 而逆 變 器是 其中 關(guān) 鍵 部 件 。此外 ， 保護(hù) 功能 齊 全， 對 電 感 性 和電 容 型 性 負(fù)載 適 應(yīng) 性