【正文】 300 2 30/1000=18 度 總計(jì)大約 120130 度。但是一般家庭電氣用電的時(shí)間是不固定的，如果把這些估計(jì)的過(guò)多那么就會(huì)增加蓄電池的資金投入，造成浪費(fèi)。這個(gè)數(shù)也就是用戶(hù)平均每天會(huì)消耗的電量。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 21 第三章 家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能電池和蓄電池容量設(shè)計(jì) .1 家庭用電量情況的調(diào)查 對(duì)獨(dú)立太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們首先得對(duì)家庭用電情況進(jìn)行調(diào)查，包括用電量多少，用電時(shí)段功率分布，家用電器的參數(shù)等。撰寫(xiě)本章時(shí)是分小結(jié)進(jìn)行的，每個(gè)小結(jié)是一個(gè)獨(dú)立的話(huà)題，分別對(duì)每一個(gè)部分進(jìn)行了工作原理論述，還有影響他們工作的參數(shù)做了說(shuō)明。 本章小結(jié) 這一章的內(nèi)容是對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)電路的詳細(xì)介紹。逆變器開(kāi)關(guān)器件按一定規(guī)律導(dǎo)通或關(guān)斷，使直流電變?yōu)檎?fù)極性的正弦調(diào)制的 PWM 交流脈沖序列，產(chǎn)生的交流 PWM 波在低通濾波器的作用后變?yōu)檎也?。與此同時(shí)，大量的諧波分量會(huì)增加設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的額外損耗 [14]。這就對(duì)逆變器有了新的要求，即能夠正常工作于較寬的輸入直流電壓范圍內(nèi)又能夠輸出穩(wěn)定的交流電壓，而不受直流端電壓變化影響。能可靠的高效的完成逆變?nèi)蝿?wù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 20 逆變器性能要可靠、安全 由于本設(shè)計(jì)適用的范圍是相對(duì)落后偏遠(yuǎn)的地方，交通科技有些落后，所以維護(hù)維修的比較困難，而且工作環(huán)境也相對(duì)惡劣。較高的轉(zhuǎn)換效率可以有效的利用太陽(yáng)能，節(jié)省設(shè)備的投入資金。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)言，它決定了之前的設(shè)備工作的成敗。其工作過(guò)程與推挽電路相同。 圖 全橋逆變電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：橋兩臂由 S S S3 和 S4 組成，兩個(gè)橋臂的中間連接到濾波電路最終送給負(fù)載。到內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 19 PWM 下個(gè)周期時(shí)，輪到 Q2 導(dǎo)通。在Q1 導(dǎo)通的時(shí)候，電流經(jīng)過(guò) Q1 連接在變壓器的原邊上。推挽式逆變電路、板橋逆變電路、全橋逆變電路 [13]。 小型離網(wǎng)光伏發(fā)電 系統(tǒng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi) 家用光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的設(shè)備一般功率較小，所以大都使用單相逆變器。根據(jù)逆變器主回路拓?fù)涞牟煌?，分為全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。其中開(kāi)關(guān)器件的控制使得直流電加在負(fù)載上 供電時(shí)具有兩個(gè)回路，兩個(gè)回路交替的周期性進(jìn)行就在負(fù)載形成交流電。不管是在偏遠(yuǎn)山村，或是野外需要或是停電應(yīng)急，逆變器都是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。 逆變器 逆變器作用及原理 整流器是指可以將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的設(shè)備，逆變器的作用是與之相反，逆變器是一種把直流電能（電池、蓄電池）轉(zhuǎn)變成交流電（一般為 220 伏 50HZ正弦波或方波）的裝置。電解液在有間斷的充電中過(guò)程中容易擴(kuò)散。兩階段充電沒(méi)有浮充階段。三階段充電是先用恒流充電到預(yù)先設(shè)定的電壓后轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐撼潆娭钡叫铍姵剡_(dá)到飽和，然后進(jìn)行浮充。 3）階段充電 階段式充電是綜合了前兩者方式上產(chǎn)生的一種充電方式。此電流在蓄電池的最大允許電流之內(nèi)。恒壓充電實(shí)現(xiàn)起來(lái)是相對(duì)容易的，但是容易出現(xiàn)初始充電電流太大，有可能對(duì)蓄電池造成損害。； 2）耐過(guò)充電能力強(qiáng)； 3）放電深度超過(guò)正常值時(shí)蓄電池容量容易恢復(fù)； 4）良好的充電接受能力； 5）電解液不出現(xiàn)嚴(yán)重的分層現(xiàn)象； 6）有著穩(wěn)定的輸出特性； 7）在不是特別良好的環(huán)境下也可以正常工作； 8）蓄電池組中各個(gè)單體的性能能保持一致 蓄電池充電方式介紹 給蓄電池充電的控制策略有很多，好的充電控制策略對(duì)蓄電池有極大的好處，能提高它的使用價(jià)值，可以延長(zhǎng)它的使用壽命和工作的穩(wěn)定性 [11]。如果把光伏陣列直接與負(fù)載連起來(lái) ,由于陣列受太陽(yáng)光強(qiáng)度內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 17 和溫度的影響 ,負(fù)載不能穩(wěn)定在最大功率附近工作 ,不利于效率的提升 .如果用蓄電池隔離開(kāi)負(fù)載與光伏陣列的直接連接 ,可以減小對(duì)負(fù)載的影響 ,使其工作功率接近最大功率 ,由此提高系統(tǒng)的效率 . 3）提供啟動(dòng)電流。太陽(yáng)能有一個(gè)不足之處就是夜晚或者陰雨天沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)候太陽(yáng)能電池組件不能產(chǎn)生電能，所以蓄電池需要在沒(méi)有太陽(yáng)光的時(shí)候?yàn)橄到y(tǒng)提供能量。 2）干荷蓄電池：它對(duì)電能儲(chǔ)存能力強(qiáng)，能把電量存儲(chǔ)兩年左右 .再使用時(shí)加入電解液 , 稍候 2030 分鐘之后即可使用。 蓄電 池 蓄電池的分類(lèi) 下表是對(duì)幾種常見(jiàn)蓄電池比較 : 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 16 表 各種蓄電池的比較 在當(dāng)前的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中 ,用的最多的是鉛酸蓄電池 .從表可以看出雖然鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰電池有各自的優(yōu)點(diǎn)但是昂貴的價(jià)格和復(fù)雜的維護(hù)和使用使得在實(shí)際應(yīng)用中不夠廣泛。 3）線(xiàn)路中的升 /降壓作用 [10]。檢測(cè)到蓄電池的狀態(tài)之后，再確定了對(duì)蓄電池的控制方式。通過(guò)對(duì)光伏電池板的輸出的 電量信息進(jìn)行采集和計(jì)算，確定出調(diào)整方向，變換器通過(guò)調(diào)整電壓的升降使輸出與輸入匹配，使系統(tǒng)工作在最大工作點(diǎn)附近。而且電路中電容的值偏大，電路臃腫損耗也高。輸入它的電壓是不間斷的，并且輸出的負(fù)載電流是連續(xù)的，波動(dòng)很小，這樣使得輸出輸入的濾波更容易進(jìn)行。但是與 Buck 電路相比， Boost 電路的輸入電流更大，因而電路損耗更大，轉(zhuǎn)化效率低 Buck/Boost 電路 ,它同時(shí)也可以叫做 反極性斬波電路 ，與其它直流變化電路相比，它的電壓輸出有更寬的范圍值，同時(shí)具有升高電壓或降低電壓的作用，不足在于電路中的需要有儲(chǔ)能電容，使得電路變得笨重而且效率也不高。它在獨(dú)立廣發(fā)發(fā)電系統(tǒng)中可以用在升高光伏陣列或者蓄電池輸出端的電壓。 Boost 變換器組成原件有電感、二極管、開(kāi)關(guān)管、電容。 Buck 電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高效，易控制的優(yōu)點(diǎn)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中廣泛使 用著。重量輕、體積小、效率高是相對(duì)于傳統(tǒng)的 DC/DC 變換器最大的優(yōu)點(diǎn)。直流斬波電路中由續(xù)流用的二極管和用來(lái)濾波的 LC 電路構(gòu)成。 變換器的分類(lèi) 變換器可以分為兩種，一種是帶隔離的，另一種是不帶隔離的變換器。重量變輕，體積也變小，效率也有極大的提升 [8]。 DC/DC 變換器 DCDC 變換器在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用很廣闊，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中也有著十分重要的地位。在電壓變化的過(guò)程中，功率有一個(gè)最高點(diǎn)，他就是太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 12 圖 太陽(yáng)能電池的 IV特性： ? ?pc e l lc e l lIRVs atphc e l l RIRVqeIII s c e l lc e l l s c e l lA T K 1 ??????????? ? () 式中： T：太陽(yáng)能電池內(nèi)部的絕對(duì)溫度 Vcell、 Icell：輸出電壓和輸出電流 Isat：是二極管飽 和電流 Iph：光生電流，它的數(shù)值和當(dāng)時(shí)光照強(qiáng)度關(guān)系密切 Rpcell：內(nèi)部并聯(lián)電阻， RScell：內(nèi)部串聯(lián)電阻， Q：電子電荷，為 10 19C， A：是二極管系數(shù) K 是波爾茲曼常數(shù)， K = 1023J /K。 太陽(yáng)能電池特性曲線(xiàn) 對(duì)太陽(yáng)能電池輸出特性產(chǎn)生影響的因素有光照情況、溫度等。 用實(shí)際工作的最大工作點(diǎn)與上述的最大值相比就可以的到填充因子。 4）填充因子 FF 光伏裝置不是線(xiàn)性電路，電路中負(fù)載值得大小會(huì)對(duì)工作電壓和電流產(chǎn)生影響， 在 I V曲線(xiàn)上，存在這樣一點(diǎn)，在這點(diǎn)處電壓和電流相乘就可得到最大功率點(diǎn)。它指太陽(yáng)能電池受光照時(shí)的最大輸出功率與照射到電池上的太陽(yáng)能量功率的比值 [7]。單片太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓不隨電池片面積的增 減而變化，一般為 ～ 。在實(shí)際的電路中，影響光伏電池短路電流的因素有電池材料、制作工藝等。 光伏電池的參數(shù) 光伏電池的參數(shù)有：短路電流 Ise 、開(kāi)路電壓 V 、填充因子 FF 、還有轉(zhuǎn)換效率等。光電子的聚集 產(chǎn)生電位差，這種光電子產(chǎn)生的電能是十分微小的，沒(méi)有辦法直接用的，所以為了使得到電量足夠大可以具有使用價(jià)值，可以通過(guò)把這些單個(gè)的光伏電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)使之電壓和電流疊加。 圖 系統(tǒng)主回路電路圖 光伏陣列 光伏陣列的組成 陽(yáng)光中的能量在光伏發(fā)電系統(tǒng)中是通過(guò)光生伏打效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 10 第二章 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如下圖，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包含如下幾個(gè)部分：光伏陣列、控制電路、蓄電池組、升壓電路、逆變電路。最終確定下在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中要不系統(tǒng)的效率和控制器的設(shè)計(jì)上要重點(diǎn)投入。能夠給缺少電能供應(yīng)的地域供電。在供應(yīng)電能的同時(shí)也可以提升建筑的美觀(guān)性。在響應(yīng)國(guó)家號(hào)召的同時(shí)又能夠與大自然完美融合。因此 DCAC 逆變器必不可少。但是太陽(yáng)能送出的電一般都是直流 12V 或 24V，再大點(diǎn)的如 48V。它先貯存電能，后又釋放電能。在氣溫變化明顯的區(qū)域，控制器與時(shí)控開(kāi)關(guān)一類(lèi)的元件一起使用時(shí)，在一定程度下還能起著對(duì)溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｔ谛铍姵乇贿^(guò)分使用時(shí)，起著保護(hù)作用。所以在對(duì)電池板進(jìn)行選型時(shí)，它的價(jià)格和性能影響整個(gè)系統(tǒng)。它的作用是太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成為可用的電能。蓄電池不光可以在白天使用，也可以在晚上或是陰天使用。在蓄電池把電量送向負(fù)載時(shí)，不能使蓄電池完全沒(méi)有電。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 8 圖 系統(tǒng)框圖 控制器既可以把用不完電量貯存 在蓄電池里，又當(dāng)發(fā)電量不夠用時(shí)，可以使用蓄電池里儲(chǔ)存的能量。它有兩種形式，一種是獨(dú)立發(fā)電，還有一種并網(wǎng)發(fā)電。所以對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的研究還有很長(zhǎng)的路要走，是一個(gè)未來(lái)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展中不可避免的重要話(huà)題。雖然發(fā)展的速度加快很多，但是由于當(dāng)前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能發(fā)電相關(guān)產(chǎn)品種類(lèi)繁多，質(zhì)量也差距 很大，有一些甚至存在設(shè)計(jì)上的缺陷。 目前光伏發(fā)電在應(yīng)用時(shí)面對(duì)的問(wèn)題 雖然上述內(nèi)容來(lái)看太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)發(fā)展已經(jīng)有了好多改善，但是與國(guó)外其他國(guó)家相比，事實(shí)上還有落后于他們的。雖然發(fā)展的速度加快很多，但是由于當(dāng)前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能發(fā)電相關(guān)產(chǎn)品種類(lèi)繁多，質(zhì)量也差距很大，有一些甚至存在設(shè)計(jì)上的缺陷 [2]。 雖然上述內(nèi)容來(lái)看太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)發(fā)展已經(jīng)有了好多改善，但是與國(guó)外其他國(guó)家相比，事實(shí)上還是落后于他們的。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，我國(guó) 在對(duì)新能源的重視程度空前的巨大，一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)具有專(zhuān)業(yè)知識(shí)技能的人，為此我國(guó)在光伏發(fā)電發(fā)面開(kāi)始培養(yǎng)一大批的科研人員，來(lái)從事新能源發(fā)展和推廣，同時(shí)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電行業(yè)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了規(guī)范。這些對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電都能健康快速發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。在這種背景下，家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性和實(shí)用性也體現(xiàn)了出來(lái)。 到 2020 年，光伏系統(tǒng)的應(yīng)用總量達(dá)到了約 16 GW，而最新的 2020 年數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)新增裝機(jī)量達(dá) 10 GW 瓦，居全球首位。與先進(jìn)國(guó)家的距離在一步步的縮 小，光伏電池的轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能的效率也不斷提高。 我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)于太陽(yáng)能的研究開(kāi)始于一九五八年，是比一些發(fā)達(dá)國(guó)家晚的。保持這每年 30%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。第二是研究 效率更高，成本低廉的控制器，和控制方案。當(dāng)前對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的研究主要在兩個(gè)方面 [1]。 二十世紀(jì)開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的研究就已經(jīng)展開(kāi)，伴隨著硅材料在太陽(yáng)能發(fā)電中作用的體現(xiàn)，還有集成電子技術(shù)的發(fā)展。緩解能源緊缺 的壓力，保護(hù)環(huán)境免受石化能源的破壞，已經(jīng)成為國(guó)家和世界都共同關(guān)注的話(huà)題。這也導(dǎo)致我們將面臨比以往更加嚴(yán)重的能源危機(jī)。 independent power systems。 solar photovoltaic power generation has got unprecedented development. By virtue of these advantages of solar energy, solar energy has potential to bee one of the human society. In this thesis, household solar power generation system as the research center. In this thesis, household solar power generation system as the research center, every link of the whole system is introduced with the analysis and choice. In the northern area of Baotou as the application object determine a practical independent photovoltaic power generation system. Key words: Solar power generation。最后設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的控制器 ，最終以北方地區(qū)包頭為應(yīng)用 對(duì)象確定出一個(gè)符合實(shí)際的獨(dú)立太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)方案。憑借著太陽(yáng)能這些性質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)能發(fā)電有足夠的潛力成為未來(lái)人類(lèi)社會(huì)最終要的能源之一。太陽(yáng)能的利用方式也很多樣，其中太