【正文】 小結(jié) 本章分析了一些常用的最大功率點跟蹤的算法， 恒壓控制法 、 增量電導法、擾動觀測法。 對硬件尤其是傳感器要求較高，步長和閥值的選擇存在一定的困難。 大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 22頁 表 3． 1各種 MPPT控制方法對比 控制方法 優(yōu)點 缺點 擾動觀察法 算法簡單，易于硬件實現(xiàn)，且 需要檢測的參數(shù)少 在太陽電池最大功率點附近震蕩運行，會導致一定的功率消失；響應速度慢；在特定情況下出現(xiàn)誤判。太陽電池可看成一個內(nèi)阻變化的直流電源，最大功率點跟蹤控制 (MPPT)實質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程，它通過實時檢測光伏陣列的輸出 功率，利用一定的控制算法來改變當前的系統(tǒng)阻抗，實現(xiàn)太陽電池阻抗與負載阻 抗的匹配，從而來滿足最大功率輸出的要求。因為太陽能電池在一定條件下時存在唯一的最大功率點， 太陽能電池 的 最大功率點跟蹤 (Maximum Power Point Tracking， MPPT)成為提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的一種途徑 ，它能在最大程度上利用太陽能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。 就因為這兩個問題，光伏發(fā)電到現(xiàn)在還沒有被大范圍應用。所以選用帶有 PWM 控制的最大功率點跟蹤的三階段充電方法為本系統(tǒng)中控制器的充電方法。太陽能電池的輸出特性使最大功率點跟蹤在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用具有實際意大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 20頁 義，可以顯著提高太陽能電池電能的利用率。 綜上所述，為了較 好的保護蓄電池， 并實現(xiàn)蓄電池的快速充電，可采用快速充電法和三階段充電法相結(jié)合的方法，即把三階段充電法第一階段的恒流階段改為快速充電階段，這樣既可快速給蓄電池充電，又能夠通過 PWM 控制實現(xiàn)最大功率點跟蹤（第 4部分做詳細說明）。 ③變電壓變電流波浪式間歇正負零脈沖快速充電法：綜合了多種充電的優(yōu)點，此方法控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號的頻率均固定 ， PWM 占空比可調(diào)。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量．提高了蓄電池的充電電流接受率。 但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。 這種以小電流充電的方式也稱為浮充 充電 。相當于在二階段充電法后，再加入一個恒流充電階段。采用這種充電方式，在充電初期，蓄電池不會 因低電壓出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會出現(xiàn)因 蓄電池電壓過高產(chǎn)生析氣。 它首先對 鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達一定容量后，采用恒壓充電方式充電。 3階段充電 法 階段充電 法 中主要 包括二階段充電法和三階段充電法 。 這兩種方法 簡單容易實現(xiàn)， 簡易 的 控制系統(tǒng) 即可 實現(xiàn)此類 控制 。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成。相對恒流充電 法 來說，此法的充電電流自動減少，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低。 但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高， 充電 電流逐漸減少。 2恒壓充電法 恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進行充電。這種方法特別適合于多個鉛酸蓄電池串大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 18頁 聯(lián)的鉛酸蓄電池組進行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量 容易 得到恢復， 此方法 最好用 于小電流長時間的充電模式。 本文中不對充放電過程的化學反應進行介紹，下面各方法對化學反應的影響可參見文獻 [1315]。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。 太陽能電池發(fā)電充足時會對蓄電池貯存電能、 恢復容量， 以避免產(chǎn)生的電能因無法存儲而浪費 。 鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價格低廉而得到了廣泛的使用。目前在光伏系統(tǒng)中被采用的蓄電池大致可分為兩大類；堿性蓄電池和鉛酸蓄電池。要解決這個問題，除了繼續(xù)研發(fā)高性能蓄電池之外，還必須根據(jù)光伏電池和負載的特性來選用相匹配的蓄電池，并優(yōu)化設計其充放電控制系統(tǒng)，以保證整個光伏系統(tǒng)具有較高的可靠性和合理的經(jīng)濟性。為了保證光伏發(fā)電的使用效率，在發(fā)電量充裕時電能不會自自損耗，而在發(fā)電量不足時能保證對大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 17頁 負載的持續(xù)供電，獨立光伏系統(tǒng)中就必 須有儲能部件一蓄電池。 蓄電池及其充電方式 蓄電池的選擇 蓄電池是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必須的儲能部件。此時能夠?qū)μ柲苓M行最大效率的利用 [4,5]。在太陽能電池溫度一定，光照強度確定的條件下有其唯一的最大功率點。但是 VOC增加的幅度沒有 ISC的大，所以光照強度主要影響 太陽能電池的短路電流 ISC。在光照強度一定，溫度確定的條件下有其唯一的最大功率點。 從曲線中可以看出 ， 當光照強度一定時 ，電池溫度升高，太陽能電池開路電壓 VOC降低，太陽能電池的短路電流 ISC增加 ，但其增加的程度不如開路電壓 VOC， 所以溫度主要影響太陽能電池的開路電壓 VOC。根據(jù)得到的工程用數(shù)學模型，在已知相應數(shù)據(jù)的基礎上，可繪制出在環(huán)境變化下太陽能電池的 IV、 PV特性曲線 ，如圖 。 最大功率點功率 Pm：在 給定溫度和日照強度下最大功率點的輸出功率 ，即 Pm=VmI m () 太陽能電池 的轉(zhuǎn)換效率 η ：輸出功率 Po與光 照 投射到電池表面上的功率 Ps之比，其值取決于 太陽能電池的 工作點。 最大功率點電壓 Vm：在給定的溫度和日照強度下相應于最大功率點的電壓 。這些是太陽能電池在實際應用中的重要技術(shù)參數(shù) [4]： 開路電壓 VOC：在給定的溫度和日照強度下的最大輸出電壓 。經(jīng)太陽能電池的電路簡化分析 [2]，再通過對太陽能電池實際應用時的一些重要參數(shù)的分析，可得到 太陽能電池工程用數(shù)學模型 [3]，在知道 短路電流 、 開路電壓 、溫度和光照的情況下可確定太陽能電池的輸出 IV 和 PV曲線，如圖 。硅太陽能電池的輸出特性指的是 太陽能電池在一定的溫度和 光照 強度下所表現(xiàn)出來的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對應關系 。 根據(jù)所用材料的不同，光伏電池主要可分為： （ 1） 硅材料光伏電池； （ 2） 無機鹽化合物 (如：砷化鎵、硫化鎘 )為材料的光伏電池； （ 3） 功能高分子材料的光伏電池； （ 4） 納米晶光伏電池。 （ 4） 疊層電池：由兩種對光波吸收能力不同的半導體材料疊在一起構(gòu)成。 （ 2) 異質(zhì)結(jié)電池： PN 結(jié)是由兩種不同的半導體材料或金屬與半導體接觸構(gòu)成。光伏電池的光電效應是靠日照下的半導體 PN結(jié)來完成的，因此 P— N結(jié)的構(gòu)造是光伏電池的基本特征。 N區(qū)積累了過剩的電子， P區(qū)積累了過剩的空穴，于是就產(chǎn)生了一個與勢壘電場方向相反的 光生電動勢，這就是“光生伏打效應”。平衡態(tài)時 PN結(jié)處存在著由N區(qū)指向 P區(qū)的勢壘電場。它的能量轉(zhuǎn)換效率是整個系統(tǒng)功效的關鍵，令它的商業(yè)化生產(chǎn)成本價格也是系統(tǒng) 大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 12頁 能否被普及應用的決定因素之一。 光伏電池的工作原理和輸出特性 光伏電池工作原理及分類 太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光能通過半導體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程是通過 “ 光生伏打效應 ” 實現(xiàn)的，因此又被稱為 “ 光伏電池 ” 。 圖 太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 本課題中的小型太陽能發(fā)電 控制器就是指用在不帶交流負載的獨立發(fā)電小型系統(tǒng)的控制器，所以下文中的光伏發(fā)電指的都是不帶交流負載的獨立發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏發(fā)電得以進行大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電，它是電力工業(yè)重要組成，是當今世界太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢。 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)從組成上與離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)比較多變壓器，將電壓變壓后送往公共電網(wǎng)。 圖 太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 離網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)的工作 流程 是： 當陽光充足時 ， 太陽能 電池 陣列 受到太陽光照產(chǎn)生電能， 電能 直接供給直流 負載 或交流負載， 這時其 富余的能量則給蓄電池組充電 ，若太陽能電池陣列電能不足以提供負載工作，蓄電池開始放電 ；在 陽光不充足或無陽光時 ，太陽能電池 陣列產(chǎn)生的電能不足以帶動負載， 蓄電池組 就會為負載提供電 。 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成與負載有關：如果只是直流負載，則僅需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換器處理即可與負載連接：如果還須帶交流負載，就需要加入逆變單元。常見的如太陽能路燈。 太陽能光伏發(fā)電站按照是否與電網(wǎng)相連 分為 離網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 10頁 第二章太陽能光伏發(fā)電站的組成 和原理 太陽能發(fā)電站系統(tǒng)的組成 太陽能 光伏 發(fā)電 站系統(tǒng) 是利用以光生伏打效應原理制成的將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。 （ 2） 對基于 SPWM 波的正弦波逆變器的原理及電路設計進行了分析，先介紹了 PWM波形的基本工作原理，接著對 SPWM 波形的生成原理及幾種生成方法進行了講解， （ 3） 對硬件 基于 SPWM 波的正弦波逆變器 電路設計進行了詳細的介紹，包括逆變電源系統(tǒng) DC/AC部分的硬件電路設計。 本 課題 研究 主要 內(nèi)容 綜合以上國內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析，在我國，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景是輝煌的：一方面，我國現(xiàn)在還有很多人生活在無電、缺電的西部邊遠地區(qū)，解決這些地區(qū)的用電問題，很大程度上依賴于太陽能及其它新能源的大規(guī)模應用：另一方面，在東部沿海經(jīng)濟比較發(fā)達的地區(qū)，利用太陽能發(fā)電作為補 充或替代能源又將會給我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一個新的發(fā)展空間。 同時對改善沙漠生態(tài)環(huán)境 、 促進沙漠植被 恢復也有積極作用 。 在建造太陽能電站的同時也對沙漠的環(huán)境進行了改造 ， 可以說一舉兩得 。 從資源的合理開發(fā)利用來說 ， 開發(fā)沙漠太陽能資源具有得天獨厚的優(yōu)勢 ， 可以使廣大的沙漠 、 戈壁灘變廢為寶 ． 對實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義 。 最具發(fā)展前景的光伏發(fā)電應用市場是大規(guī)模的荒漠電站 。 從長遠看 ， 光伏發(fā)電在未來將會占據(jù)世界能源消費的重要席位 ， 不但要替代部分常規(guī)能源 ， 而且最終會成為世界能源供應的主體 。 作為本國可持續(xù)發(fā)展的一個環(huán)節(jié) ， 太陽能光伏發(fā)電要想進一步發(fā)展不僅需要政府的鼓勵政策以及優(yōu)惠補貼 ， 更需要政府加大推動力度 ， 建立起協(xié)調(diào)推進機構(gòu) ， 組織項目的具體實施 ， 研究制定可行性強的支持政策 ， 解決與之相關的資金 、 技術(shù) 、 法律和安全等問題 。 但與目前的火電機組 、 水電機組甚至風電機組發(fā)電成本相比較上網(wǎng)電價依舊較高 ， 還無法在電力市場中參與競爭 。 目前 ， 國內(nèi)光伏發(fā)電還存在如下問題 ： （ 1） 由于各種原因的限制光伏發(fā)電的裝機容量與火電機組和水電機組相比仍然較小 ， 且分布較為分散 ， 并網(wǎng)后協(xié)調(diào)性較差 。 2020年 3月 26日 ， 財政部頒布了 《 關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見 》 ， 并同時下發(fā)了 《 太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法 》 ， 這標志著我國的光伏發(fā)電將進入一個發(fā)展時期 ， 光伏電池的需求量將快速增加 ， 國內(nèi)的光伏市場即將大規(guī)模啟動 。 上海交通大學太陽能研究所 、 中科院電工所等在太陽能應用 、 光伏建筑一體化 、 大型并網(wǎng)光伏電站設計 、 建設和運行等方面積累了豐富的產(chǎn)品經(jīng)驗和建設經(jīng)驗 。 據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預測 ， 2020年硅薄膜太陽能電池將占太陽能電池及組件的 20%。 南開大學光電子薄膜與器件研究所是國際著名 、 中國頂尖的薄膜太陽能電池研發(fā)機構(gòu) ， 在非晶硅 、 微品硅薄膜電池技術(shù) 、 硒銦銅薄膜電池技術(shù)領域取得了卓越的成果 。 在過去 ，太陽能光伏發(fā)電所使用的晶體硅電池的核心技術(shù)長期被美國 、 德國 、 日本等國的公司所壟斷 ， 中國則成為晶體硅電池及組件的加工生產(chǎn)大國 ， 產(chǎn)生了無錫尚德 、 江西 ＬＤＫ 、 常州天合 、 天成英利等眾多國際著名多晶硅電池和組件生產(chǎn)企業(yè) ， 也出現(xiàn)了福建 大學本科畢業(yè)設計 (論文 ) 第 7頁