【正文】 在整個畢業(yè)設計期間，林逢春老 師指導我如何撰寫論文，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。 2022 級蘭州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 21 4 總結 光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉化 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烈吸收，不能到達地面 。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)電與建筑材料相結合，使得未來的大型建 筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。 （ 4） 石油、海洋、氣象領域 2022 級蘭州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 20 石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象 /水文觀測設備等 （ 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） 交通領域 如航標燈、交通 /鐵路信號燈、交通警示 /標志燈、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)的設計，需要考慮的因素多而復雜。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換效率，受到電池本身的溫度、太陽光強和蓄電池電壓浮動的影響。 （ 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 信號來控制場效應管 Q1 ,以維持恒流充電時電流恒定或在恒壓充電時的電壓恒定。另一個誤差放大器作恒流調節(jié)器 ,從 16 腳輸入給定電流信號與恒流充電時的反饋電流信號之偏差 ,15 腳和 3 腳間引入阻容校正 ,構成 PI 調節(jié)器。 TL494 電流型 PWM 脈寬調制器、 MSP430 單片機和檢測單元構成充電閉環(huán)控制回路 ,實現(xiàn)充電電壓、電流的自動調節(jié)和電源電壓的自動識別。 蓄電池的充電采用恒流充電和 dV/ dt 技術恒壓限流充電相結合的方法。該 芯片內帶 6 通道 10 位 A/ D 轉換器 ,8 kB閃速存儲器 ,521 B 的 E2 PROM 存儲器 ,可內外部中斷 ,C 語言編程 ,每個 I/ O 口可提供 40 mA 的電流 。開關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，在開關頻率相同的情況下，由于雙極性 SPWM控制產生的正弦波，其中的諧波含量和開關損耗均大于單極性，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換為 220V 的標準正弦波電壓，采用這種方式系統(tǒng)結構簡單，并且能有效地抑制波形中的高次諧波成分。 （ 3）逆變電路的設計 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 2022 級蘭州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 17 太陽能光伏電源系統(tǒng)的硬件設計 硬件設計包括：蓄電池組容量的設計，太陽能電池方陣的設計，逆變電路的設計，充放電控制電路的設計等。 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。 太陽能光伏電源系統(tǒng)的軟件設計 軟件設計包括：負載用電量的計算，太陽能電池方陣面輻射量的計算，太陽能電池、蓄電池用量的計算和二者之間相互匹配的優(yōu)化設計，太陽能電池方陣安裝傾角的計算等。太陽電池是本系統(tǒng)賴以工作的基礎，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)的設計原理及其影響因素 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 構 ， 使逆 變電路功率 密 度 大大提高， 逆 變 器 的 空載 損耗 也相應降低， 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， 價格 也較 貴 ，隨著電力電 子 技術和 微 電 子 技術的發(fā)展，采 用高 頻 升 壓 變 換 技術 實現(xiàn) 逆 變，可 實現(xiàn) 高功率 密 度逆 變。 該 電路的 缺 點 是上 、下 橋臂 的功率 晶 體管 不 共 地， 因此必須采 用 專 門 驅 動 電路 或采 用 隔 離電源。 ， 調 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 是 變 壓 器利用率低， 帶動 感 性 負載 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 行 時 ，其 噪聲 應不 超 過 65dB。小型 逆 變 器為了 自 身 安全，有 時采 用 軟 起動 或限 流 起動 。 逆 變 器 應 保證 在 額 定 負載 下可 靠起動 。 ② 過電流 保護 ：逆 變 器 的過電流 保護 ，應能 保證 在 負載 發(fā)生 短 路 或 電流 超 過 允 許 值 時及 時 動 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 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 。2022 級蘭州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 13 容 量 較大的 逆 變 器 還應 給 出 滿負荷 效 率 值 和低 負荷 效 率 值 。在 整 機效 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 負荷 效 率 ≥ 80％－85％ ，低 負荷 效 率 ≥ 65％－ 75％ ； 10 千瓦 級 逆 變 器 額 定 負荷 效 率 ≥ 85％－ 90％ ，低 負荷 效 率 ≥ 70％－ 80％ 。光伏發(fā)電系統(tǒng) 專 用 逆 變 器 ，在設計中應 特別 注意 減 少自 身 功率 損耗 ，提高 整 機效 率。 （ 8） 額 定 逆 變 輸 出效 率 ： 整 機逆 變 效 率高 是 光伏發(fā)電用 逆 變 器 區(qū) 別 于通用型 逆 變 器 的一個顯 著 特點 。有 些逆 變 器 產品 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， 負載 功率 因 數(shù)為 － (滯 后 )， 額 定 值 為 。 1％ 以 內 。 （ 5） 額 定 輸 出 頻 率 ： 逆 變 器 輸 出 交流電 壓 的 頻 率應 是 一個相 對 穩(wěn) 定的 值 ，通常為工 頻 50Hz。 （ 4） 輸 出 電 壓 的 波形 失 真 度： 當逆 變 器 輸 出 電 壓 為 正弦波時 ，應規(guī)定 允 許 的 最 大 波形 失 真 度 （ 或 諧 波 含 量 ）。 3％ ， 負載調 整 率應 ≤ 177。高 性 能的 逆 變 器 應 同時 給 出當 負載 由 0％ → 100％ 變化 時 ， 該 逆 變 器 輸 出 電 壓 的偏 差 百 分數(shù)，通常 稱 為 負載調整 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 標稱 電 壓 的 30％ 左右 。 當 標稱 電 壓 為 12V 的 蓄 電池 處 于 浮充電 狀態(tài) 時 ， 端 電 壓 可 達 ， 短 時間 過充 狀態(tài) 可 達 15V。 但當逆 變 器 的 負載 不 是 純 阻 性時 ，也 就 是 輸 出 功率 因 數(shù)小于 1 時 ， 逆2022 級蘭州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 12 變 器 的 負載 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 負載 供電的能力。 10％ 。100％ ） 或 有其它 干擾 因 素 影響 動 態(tài) 情況 下，其輸 出 電 壓 偏 差 不應 超 過 額 定 值 的 177。 ② 在 負載 突 變（ 額 定 負載 的 0％ 214。 3％ 或177。 逆變器的主要技術性能指標 （ 1） 額 定 輸 出 電 壓 ： 在規(guī)定的 輸 入 直 流電 壓 允 許 的 波 動 范圍內 ，它表示 逆 變 器 應能 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 產生 附 加 損耗 ， 許 多光伏發(fā)電系統(tǒng)的 負載 為通信 或儀 表設備，這 些 設備 對 供電品 質 有較高的要 求 。由于太陽電池的 端 電 壓 隨 負載 和 日 照 強度而 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 阻 的變化 而波 動 ， 特別 是當蓄 電池 老 化 時 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 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)主要用于邊遠地區(qū)， 許 多電站無人 值守 和 維護 ，這 就 要 求逆 變 器 具有合 理 的電路結 構 ， 嚴格 的 元 器件 篩 選 ，并要 求逆 變 器 具備各種 保護 功能， 如 輸 入 直 流 極性接反 保護 ，交流 輸 出 短 路 保護 ，過 熱 、過 載保護 等。由于目 前 太陽電 池的 價格 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 法 提高 逆 變 器 的 效 率。 2022 級蘭州職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 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 鍵 部 件 。此外 ， 保護 功能 齊 全， 對 電 感 性 和