【正文】 Shuying Cheng. Advances in Computer， Communication， Control and Automation: Springer Berlin Heidelberg，2011；[17] A. J228。丹尼斯《直接利用太陽(yáng)能》科學(xué)出版社，2011；[15] V. Badescu. Thermodynamics of Photovoltaics：Elsevier Inc，2012；[16] Yongcheng YuT參考文獻(xiàn)：[1] 邢運(yùn)民 陶永紅《現(xiàn)代能源與發(fā)電技術(shù)》西安電子科技大學(xué)出版社，2007；[2] 海濤《太陽(yáng)能建筑一體化技術(shù)應(yīng)用》科學(xué)出版社，2012；[3] 牛山并且在考慮了實(shí)際情況之后，設(shè)計(jì)和選擇了用于防雷的雷擊浪涌器及用于保護(hù)線(xiàn)路的熔斷器和保險(xiǎn)絲。這一匯流箱以主電路以ATmega16單片機(jī)為控制中樞，由電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、輸出控制驅(qū)動(dòng)部分、CAN總線(xiàn)通訊電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路及控制LCD顯示、鍵盤(pán)等電路的控制芯片組成。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能，從經(jīng)濟(jì)社會(huì)走可持續(xù)發(fā)展之路和保護(hù)人類(lèi)賴(lài)以生存的地球的生態(tài)環(huán)境的多個(gè)角度來(lái)審視，都是具有重大戰(zhàn)略意義的。該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)：可同時(shí)接入多路太陽(yáng)能光伏陣列，每路額定電流可達(dá)10A，最大15A，能滿(mǎn)足不同用戶(hù)需求；每路輸入獨(dú)立配有太陽(yáng)能光伏直流高壓防雷電路，具備多級(jí)防雷功能，確保雷擊不影響光伏陣列正常輸出；輸出端配有光伏直流高壓防雷模塊，可耐受最大80KA的雷電流。 為了提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，該公司在光伏防雷匯流箱里配置了光伏專(zhuān)用直流防雷模塊、直流熔斷器和斷路器等，并設(shè)置了工作狀態(tài)指示燈、雷電計(jì)數(shù)器等，方便用戶(hù)及時(shí)準(zhǔn)確的掌握光伏電池的工作情況，保證太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮最大功效。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω的電阻。在與單片機(jī)連接時(shí)接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單。MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。 MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片，采用單一電源+5V工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通訊方式。由于RS485與RS232的工作電平不同，PC機(jī)與控制核心間若利用RS485進(jìn)行通信還需電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換采用MAX485芯片。RS485采用差模信號(hào)傳輸方式，與地電平無(wú)關(guān)，因而其抗干擾的能力比RS232強(qiáng)，即便在信號(hào)電壓較小的情況下也可獲得穩(wěn)定的傳輸。因?yàn)槿劢z根據(jù)用戶(hù)需要選配，因此以上的16A 僅為示例，若匹配其他等級(jí)的熔絲，用戶(hù)需要與以上說(shuō)明進(jìn)行核對(duì)，以確定是否滿(mǎn)足要求。　　保險(xiǎn)絲的最小等級(jí)可由光伏組件的短路電流計(jì)算而得，如果當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)沒(méi)有特殊要求。因此在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)，需要根據(jù)光伏組件的額定等級(jí)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求而定。3. 保險(xiǎn)絲的選型在任何的電力系統(tǒng)中，保險(xiǎn)絲被用來(lái)保護(hù)電子器件免受過(guò)電流的危害，如果不加保護(hù)，過(guò)電流有可能導(dǎo)致電子器件失靈、過(guò)熱、損壞甚至起火。一些特定的、大型的講究系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的匯流箱設(shè)計(jì)則需要用到光伏專(zhuān)用防反二極管；而對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)比較低端，不太講究設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定性的，可以選擇普通二極管模塊，此時(shí)成本較低，設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。 光伏專(zhuān)用防反二極管模塊具有熱循環(huán)能力強(qiáng)（熱循環(huán)次數(shù)達(dá)到1萬(wàn)次以上），而普通二極管模塊受到內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)的影響（冷熱循環(huán)次數(shù)只有2000次，甚至更低）。 光伏專(zhuān)用防反二極管模塊具有熱阻?。ǎ胀ǘO管模塊（）。目前，市場(chǎng)上有光伏專(zhuān)用防反二極管和普通二極管模塊可以選擇，兩種模塊的區(qū)別如下：光伏專(zhuān)用防反二極管模塊具有壓降低（）。圖 防反二極管在電路中的接法和應(yīng)用由于受到匯流箱IP65等級(jí)的限制，一般選擇模塊式更簡(jiǎn)便。在各支路中串聯(lián)接入防反充二極管就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。：圖 LabVIEW 界面2. 防反二極管的設(shè)計(jì)為了防止逆變器不工作時(shí)，并聯(lián)的電池陣列中形成環(huán)流，（實(shí)際應(yīng)用中光伏電池廠(chǎng)家并未對(duì)內(nèi)部環(huán)流提出明確的應(yīng)該避免的技術(shù)要求）可以在每個(gè)電池陣列輸入到匯流的回路內(nèi)串接一只防反二極管，即可防止內(nèi)部環(huán)流的形成。由于知識(shí)有限，僅涉及一個(gè)簡(jiǎn)單的觀(guān)測(cè)界面。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備不是很充分，只能通過(guò)創(chuàng)建這么一個(gè)界面，來(lái)顯示光伏發(fā)電電流的輸入輸出情況。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。從現(xiàn)場(chǎng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)上位機(jī)分析整理后，一方面以圖表等形式實(shí)時(shí)顯示，供工作人員查看；另一方面保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為歷史記錄，便于以后查詢(xún)調(diào)用。由于SJA1000的工作頻率很高，所以上面的這一系列操作實(shí)際上都是在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，即保證了能夠及時(shí)將光伏陣列中電流電壓的實(shí)時(shí)變化傳輸?shù)娇刂浦袠泻蛯⒖刂浦袠械拿顐鞯奖O(jiān)控顯示屏等各個(gè)位置，又能在一定程度上避免在傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致信息不能及時(shí)傳達(dá)或者傳達(dá)錯(cuò)誤信息。如果CAN此時(shí)正在處理信息，則接受緩沖器將暫時(shí)對(duì)在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)送來(lái)的信息進(jìn)行接收，這樣可以使得信息不沖突。圖 SJA1000通信流程圖圖 SJA1000基本結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)控制中樞收到來(lái)自檢測(cè)電路的數(shù)字信號(hào)時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行處理，此時(shí)CAN接口電路也收到信號(hào)，由IML來(lái)接收CPU的命令并對(duì)CAN的主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息。限定的電流值保護(hù)接收器輸出級(jí)，避免陽(yáng)極和陰極的短路，盡管在默認(rèn)的條件下功率消耗是增加的，這個(gè)特征值將防止發(fā)射器輸出級(jí)的損壞。接收過(guò)濾模塊將CAN報(bào)文的11位標(biāo)識(shí)符的高8位于這2個(gè)寄存器里存放的值相比較，并作出是否接收的判斷。SJA1000通過(guò)2個(gè)8位寄存器來(lái)支持對(duì)報(bào)文的過(guò)濾功能，將應(yīng)用不關(guān)心的報(bào)文拒之門(mén)外將提供處理期的性能，因?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用都是通過(guò)中斷的方式交換數(shù)據(jù)，所以正確的使用過(guò)濾功能可以為中斷處理函數(shù)贏得時(shí)間。SJA1000是一種獨(dú)立的CAN控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。當(dāng)監(jiān)測(cè)到電流電壓發(fā)生較大變化時(shí)需要迅速送至控制中樞，迅速做出一定自動(dòng)反應(yīng)，并且迅速告知監(jiān)控員進(jìn)行故障排查。最后再經(jīng)過(guò)電路的處理，相應(yīng)的輸出端能夠準(zhǔn)確地輸出與原電流成正比的電壓信號(hào)。該傳感器的初、次級(jí)之間是絕緣的，可用于測(cè)量直流、交流和脈沖電壓。圖 ATmega16單片機(jī)數(shù)據(jù)流程圖對(duì)小電流的檢測(cè)選用的是HKAP系列霍爾小電流傳感器，它的初、次級(jí)之間是絕緣的，可用于測(cè)量交流、直流和脈沖電流。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏輯單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。控制員可以通過(guò)LCD顯示得知系統(tǒng)此時(shí)的各種參數(shù)，并且可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入進(jìn)行修改。主電路以ATmega16單片機(jī)為控制中樞，由電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、輸出控制驅(qū)動(dòng)部分、CAN總線(xiàn)通訊電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路及控制LCD顯示、鍵盤(pán)等電路的控制芯片組成。當(dāng)過(guò)大電能泄放后，電壓恢復(fù)正常，壓敏電阻又恢復(fù)到高阻狀態(tài)。正常工作時(shí)，壓敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。一旦發(fā)生雷擊，浪涌保護(hù)器會(huì)迅速將過(guò)大的電能泄放出去，保證電能的穩(wěn)定輸出，保護(hù)匯流箱不受雷擊損害。對(duì)匯流后電壓進(jìn)行監(jiān)控，本機(jī)LED顯示及通過(guò)RS485方式輸出電壓值 光伏匯流箱的防雷設(shè)計(jì)由于光伏匯流箱是安裝在室外不定環(huán)境下的，我們必須考慮對(duì)匯流箱進(jìn)行雷擊保護(hù)。采用正負(fù)極分別串聯(lián)的四極斷路器提高直流耐壓值同時(shí)可接入8/16路光伏陣列，每路配16A，1000Vdc保險(xiǎn)絲（可更換其他等級(jí)） 各種開(kāi)關(guān)應(yīng)便于操作，靈活可靠。 機(jī)架面板應(yīng)平整，文字和符號(hào)要求清楚、整齊、規(guī)范、正確；. 設(shè)計(jì)光伏匯流箱匯流箱的結(jié)構(gòu)和機(jī)柜本身的制造質(zhì)量、主電路連接、二次線(xiàn)及電氣元件安裝等應(yīng)符合下列要求： 機(jī)架組裝有關(guān)零部件均應(yīng)符合各自的技術(shù)要求；圖 線(xiàn)—線(xiàn)之間保護(hù)圖 線(xiàn)—線(xiàn)之間及地線(xiàn)之間保護(hù)在陣列中設(shè)置熔斷器，判斷下級(jí)逆變器元件反饋的電流(如電容或者電容器反饋到光伏陣列和陣列布線(xiàn)的放電)，在熔斷器的額定分?jǐn)嗄芰Ψ秶鷥?nèi)也能對(duì)光伏陣列提供保護(hù)。為及時(shí)隔離光伏板出現(xiàn)故障的光伏串，提高發(fā)電效率(光伏板出現(xiàn)故障不發(fā)電時(shí)，則成為消耗電能負(fù)載)，也為避免安裝階段錯(cuò)接或其他原因引起局部異常接線(xiàn)形成的過(guò)流危害，在每個(gè)光伏串的兩端安裝保險(xiǎn)絲后，由于光伏陣列短路電流大于單個(gè)光伏串的電流，因此可致光伏串串聯(lián)的保險(xiǎn)絲熔斷以隔離故障光伏串。. 保護(hù)用熔斷器的選擇設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)更高的效率，要由多個(gè)光伏板串聯(lián)成光伏串，多個(gè)光伏串并聯(lián)成光伏陣列。一年中第n天的赤緯角按如下公式計(jì)算： （33）式(2)(3)中，若已知某點(diǎn)的地理位置，日期和時(shí)刻，就可以算出當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的太陽(yáng)高度角。通過(guò)“冬至太陽(yáng)位置圖”，可以知道這段時(shí)間內(nèi)的太陽(yáng)高度角h和方位角。太陽(yáng)高度角是決定地球表面獲得太陽(yáng)熱能多少的最重要因素。表 各類(lèi)電池主要性能參數(shù)種類(lèi)電池 類(lèi)型商用效率實(shí)驗(yàn)室 效率使用壽命特點(diǎn)目前應(yīng)用范圍晶體電池單晶硅14~17%%25年效率高 技術(shù)成熟中央發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立電源民用消費(fèi)品市場(chǎng)多晶硅13~15%%25年效率較高技術(shù)成熟中央發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立電源民用消費(fèi)品市場(chǎng)薄膜電池非晶硅6~8%13%25年弱光效應(yīng)較好成本相對(duì)較低民用消費(fèi)品市場(chǎng)中央發(fā)電系統(tǒng)碲化鎘9~11%%25年弱光效應(yīng)好成本較低民用消費(fèi)品市場(chǎng)銅銦硒9~11%%20年弱光效應(yīng)較好成本相對(duì)較低民用消費(fèi)品市場(chǎng)少數(shù)獨(dú)立電源. 光伏陣列方位角、傾斜角的計(jì)算 太陽(yáng)高度角太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中，圖 電池安裝圖圖中物理量將在下文中進(jìn)行說(shuō)明。但是提煉它卻不容易，所以人們?cè)谏a(chǎn)單晶硅太陽(yáng)電池的同時(shí)，又研究了多晶硅太陽(yáng)電池、非晶硅太陽(yáng)電池和薄膜太陽(yáng)能電池，至今商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽(yáng)電池，還沒(méi)有跳出硅的系列。太陽(yáng)電池最早問(wèn)世的是單晶硅太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池根據(jù)工作原理不同，大致可分為晶體太陽(yáng)能電池和薄膜太陽(yáng)能電池兩類(lèi)。. 太陽(yáng)能電池組件選擇 太陽(yáng)能電池組件選型和電池選擇在產(chǎn)品技術(shù)成熟度高、運(yùn)行可靠的前提下，結(jié)合電站站址的氣象條件、地理環(huán)境、施工條件、交通運(yùn)輸?shù)葘?shí)際因素，綜合考慮對(duì)比