【正文】 散掉。 太陽能電池組件配置計(jì)算 (1)基本公式 計(jì)算太陽能電池組件數(shù)量的基本方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量即組件日輸出（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，其中組件日輸出的計(jì)算為太陽能光伏組件最大工作點(diǎn)電流（安）乘以每日太陽輻照最小時數(shù)（小時），使用這些組件并聯(lián)可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。而在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中沒有備用電源在天氣較差的情況下給蓄電池進(jìn)行再充電，這樣蓄電池的使用壽命和性能將會受到很大影響，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也將大幅度增加。 太陽能光伏陣 列的設(shè)計(jì) 太陽能電池組件設(shè)計(jì)的基本原理 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 18 太陽能電池組件設(shè)計(jì)的主要原則是滿足負(fù)載的每日用電需求，當(dāng)設(shè)計(jì)的太陽能電池組件輸出等于全年負(fù)載需求的平均值時，太陽能電池組件將提供負(fù)載所需要的所有能量，但這意味著每年將有近一半的時間蓄電池處于虧電狀態(tài)。則計(jì)算的日平均負(fù)載需求為 5kWh／ (85％x12V)= 系統(tǒng)所在地平均最低溫度 10℃，則根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料的鉛酸蓄電池最大放 電深度 溫度曲線，選放電深度為 70％，典型溫度 放電率一容量變化圖中，在平均放電率接近 50 小時率， 10℃時的放電率下，溫度修正因子為0． 8。 本文設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)為中小功率的小型系統(tǒng)，假設(shè)負(fù)載每天耗電為5kWh／天，負(fù)載平均工作時間 lOh，系統(tǒng)所處地平均最低溫度為典型溫度 10℃，選擇自給天數(shù)為 5 天，蓄電池選用深度循環(huán)電池，放電深度為 80％。 （ 3） 指定放電率：指定放電率 是考慮到慢的放電率將會從蓄電池得到更多的容量。 （ 2） 溫度修正系數(shù)：當(dāng)溫度降低的時候，蓄電池的容量將會減少。例如，如果使用深循環(huán)蓄電池，進(jìn)行設(shè)計(jì)時，將使用的蓄電池容量最大可用百分比定為 60％而不是 80％，這樣既可以提高蓄電池的使用壽命，減少蓄電池系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，同時又對系統(tǒng)初始成本不會有太大的沖擊。如果在嚴(yán)寒地區(qū)，就要考慮到低溫防凍問題對此進(jìn)行必要的修正。如圖二給出 了一般鉛酸蓄電池的最大放電深度與蓄電池溫度的關(guān)系。 蓄電池生產(chǎn)商一般會提供相關(guān)的蓄電池溫度 容量修正曲線在該曲線上可以查到對應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 16 實(shí)際工作的情況 下就會導(dǎo)致蓄電池的過放電，減少蓄電池的使用壽命，增加維護(hù)成本。 一方面，蓄電池的容量隨溫度的下降而下降 通常，鉛酸蓄電池容量是在 25℃時標(biāo)定的，隨著溫度的降低， 0℃時的容量大約下降到額定容量的 90%,而在 20℃的時候大約下降到額定容量的 80%，所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對其容量的影響。公式如下： ?? ? ?負(fù) 載 功 率 負(fù) 載 工 作 時 間加 權(quán) 平 均 負(fù) 載 工 作 時 間負(fù) 載 功 率 （ 35） 根據(jù)上面兩式就可以算出光伏系統(tǒng)的實(shí)際平均放電率，根據(jù)蓄電池生產(chǎn)商提供 的該型號電池在不同放電速率下的蓄電池容量，就可以對蓄電池的容量進(jìn)行修正。在設(shè)計(jì)時我們要用到在蓄電池技術(shù)中常用的平均放電率的概念。通常，生產(chǎn)廠家提供的是蓄電池額定容量是10 小時放電率下的蓄電池容量。 蓄電池的容量隨放電率的降低（即蓄電池放電時間變長）而相應(yīng)增加， 這樣就會對我們的容量設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。公式如下： = 負(fù) 載 標(biāo) 稱 電 壓串 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 量 蓄 電 池 標(biāo) 稱 電 壓 （ 32） = 蓄 電 池 總 容 量并 聯(lián) 蓄 電 池 數(shù) 量 單 個 蓄 電 池 容 量 （ 33） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 15 (2)公式的修正 對于鉛酸蓄電池，蓄電池的容量不是一成不變的與兩個重要因素有關(guān)：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度。基本公式如下： = ?自 給 天 數(shù) 日 平 均 負(fù) 載蓄 電 池 容 量 最 大 放 電 深 度 （ 31） 每個蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓，為了達(dá)到負(fù)載工作的標(biāo)稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負(fù)載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個數(shù)等于負(fù)載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo)稱電壓。 (1)基本公式 將每天負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實(shí)際情況確定的自給天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量，再除以蓄電池的允許最大放電深度即可得到所需的蓄電池容量。一般來說，自給天數(shù)由兩個因素決定：負(fù)載對電源的要求程度和光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝處的最大連續(xù)陰雨天數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 14 3 光伏發(fā)電電池容量及光伏陣列的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的目標(biāo)是開發(fā)出 500W 的戶用型中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)，在考慮設(shè)計(jì)指標(biāo)和開發(fā)成本的基礎(chǔ)上，基于目前比較普遍的容量計(jì)算方法，對本系統(tǒng)的蓄電池容量以及太陽能電池板的設(shè)計(jì)如下： 太陽能光伏發(fā)電蓄電池組的設(shè)計(jì) 蓄電池容量設(shè)計(jì)的基本原理 設(shè)計(jì)思想是保證在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以正常工作。直流升壓采用推挽電路，工作頻率在 100kHz。 本系統(tǒng)的逆變拓?fù)涫莾?級變換，前級 DCDC推挽式升壓部分采用 PWM控制，利用專用集成芯片 SG3525對輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓；逆變部分采用單相全橋的 PWM控制，考慮本設(shè)計(jì)性能指標(biāo)以及開發(fā)能力，價格成本等因素，采用 PIC16F73單片機(jī)對逆變環(huán)節(jié)進(jìn)行 PWM調(diào)制，具有成本小，易于生產(chǎn)制作的特點(diǎn)。數(shù)字信號處理器是在模擬信號變換為數(shù)字信號后對數(shù)字信號進(jìn)行高速實(shí)時處理的專用處理器，它具有計(jì)算速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的強(qiáng)大工具。 數(shù)字信號處理 （ DSPdigital signal processing） 是一門涉及許多領(lǐng)域的新興學(xué)科，在現(xiàn)代科技發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。但單片機(jī)控制也存在一些缺點(diǎn)，比如控制靈活行不夠，由于程序執(zhí)行的時間限制導(dǎo)致在升壓及逆變環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓控制跟隨性差，不能有效起到穩(wěn)壓作用；另外，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時，對單片機(jī)要求比較高，芯片發(fā)熱問題等等都是設(shè)計(jì)時需要考慮的因素。 （ 2)由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。但存在很多固有缺點(diǎn)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 12 ①控制電路的元器件比較多，體積龐大 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜； ②靈活性不夠，硬件電路一旦設(shè)計(jì)完成，控制策略就不能改變； ③由于元器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點(diǎn)漂移。 控制脈沖的生成，控制算法的實(shí)現(xiàn)全部由模擬器件完成。該電路的缺點(diǎn)是電路相對復(fù)雜。然后高壓直流通過逆變電路實(shí)現(xiàn)逆變得到220V或者 380V交流電。由于采用工頻變壓器，體積大 ，質(zhì)量大，價格也較貴。這種電路方式效率比較高 (可達(dá) 90％以上 )、可靠性較高、抗輸出短路的能力較強(qiáng)。在每個周期各對開關(guān)管通斷半個周期就產(chǎn)生 180度的方波電壓。 逆變電源的基本工作原理 逆變電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為單相半橋、單相全橋、三相橋式逆變器；但是，其基本原理相同，都是把直流電變?yōu)榻涣麟娸敵觯虼吮疚膶Y(jié)構(gòu)簡單的電壓型單相全橋逆變電路為例進(jìn)行介紹 ,電路如圖 27所示。 BTTCDQ 圖 26 反激式變壓器電路結(jié)構(gòu) 此外，目前市場流行的升壓方式為 BUCKBOOST，但本系統(tǒng)輸入端電壓 12V，屬于低壓，若想得到工頻 220V輸出電壓，必須含有變壓器升壓環(huán)節(jié)，綜合考慮上述各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，選擇推挽變換方式。 S1 D1D2S2D3BTD4D5D2D3S3S2 圖 25 全橋式變壓器電路結(jié)構(gòu) (5)反激式 如圖 26所示，它的電路形式與正激式變換器相似，主功率管的承受的電壓也相同，只是變壓器的接法不同。 S1 D1D2S2D3BTD4D5C1C2 圖 24 半橋式變壓器電路結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 10 (4)全橋式 如圖 25所示，功率管只承受電源電壓。適合低壓大電流場合。但電路必須有良好的對稱，否則鐵芯容易引起電流偏磁飽和。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 9 BTLCN3N1D1N2D2D3 圖 22 正激式變壓器電路結(jié)構(gòu) (2)推挽式 如圖 23所示，電路結(jié)構(gòu)簡單，可以看成兩個完全對稱的單端反激式交換器的組合。其次，主功率管一般占空比小于 。但是，這種拓?fù)浯嬖谠S多不足之處。 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 升壓環(huán)節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較 升壓環(huán) 節(jié)實(shí)際上是 DCDC開關(guān)電源， DCDC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多，但本設(shè)計(jì)的是作為逆變電源的直流升壓環(huán)節(jié)，需要有電氣隔離。 （ 4）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。 （ 3）直流輸入電壓 具 有較寬的適應(yīng)范圍 。 （ 2）具有較高的可靠性。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源 有 較高 的 要求： （ 1）具有較高的效率。 對于蓄電池部分，太陽能光伏陣列發(fā)出的直 流電能，經(jīng)過控制器對蓄電池進(jìn)行充放電控制，如 MPPT控制；但由于本文設(shè)計(jì)的的光伏逆變系統(tǒng)低電壓輸入，太陽能電池板滿足輸出電流小，蓄電池組處于充放電的循環(huán)狀態(tài)，綜合考慮成本，經(jīng)濟(jì)效益等方面，因此不考慮對蓄電池的控制，只進(jìn)行基本的穩(wěn)壓措施即可。升壓電路把太陽電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式電路則把升壓后的直流電壓等價地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力。 綜合考慮以上各因素，本系統(tǒng)采用市場上普遍使用的 VRLA蓄電池。在設(shè)計(jì)選擇光伏系統(tǒng)蓄電池時需要考慮的指標(biāo)因素很多，如容量、電壓、放電深度、循環(huán)壽命、充放電性能 、自放電率、運(yùn)行溫度及維護(hù)要求等等。 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(dǎo)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“光生伏特效應(yīng) 實(shí)現(xiàn)的，因此又被稱為“光伏電池 ” ， 其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動 負(fù)載 工作。 (4)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，用高頻技術(shù)研制了 500W修正正 弦波輸出逆變電源，具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如下： 輸入電壓： 12V 輸出電壓： 220V 輸出頻率： 50Hz 輸出功率： 500W 效率： ? 80% 過載能力： 110%120% 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 6 2 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)框圖如上圖 21所示，主要由太陽能電池方陣、太陽能控制器、蓄電池組、逆變器四部分構(gòu)成。 (2)對獨(dú)立型光伏 系統(tǒng)的不同主電路結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作原理，控制策略進(jìn)行詳細(xì)的分析， 并根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 5 本文的研究內(nèi)容 本論文研究的目的是開發(fā)出一個高性能、價格低廉的修正正弦波輸出的獨(dú)立型 光伏逆變系統(tǒng)。混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是在系統(tǒng)中增加一臺備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池容量不足時，可以啟動備用發(fā)電機(jī)組，它既可以直接給交流負(fù)載供電，又可以經(jīng)整流后給蓄電池補(bǔ)充充電，在混合系統(tǒng)中，還可以由兩種可再生能源發(fā)電技術(shù)構(gòu)成混合系統(tǒng)。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民 建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指太陽能發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)同頻同相的交流電，既向負(fù)載供電，也可以向電網(wǎng)發(fā)電， 可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電池中，然后再通過逆變成為普通用戶所使用的交流電。在蓄電池沒有充滿的情況下，一般由蓄電池提供電能進(jìn)行逆變提供給用戶，如果天氣晴朗，當(dāng)蓄電池充滿電的情況下，也可以由太陽能電池板直接提供電能進(jìn)行逆變，用戶可以根據(jù)天氣情況和蓄電池剩余電量的多少來判斷是由蓄電池進(jìn)行逆變還是直接由太陽能電池板進(jìn)行逆變過程。 (1)獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng) 獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 l1所示。若在電池兩端接上負(fù)載，負(fù)載上就有電流通過，當(dāng)光線一直照射時，負(fù)載上將源源不斷地有電流流過。當(dāng)太陽能光照射到由 P、 N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽能電池上時，其中一部分光線被反射，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙 3 一部分光線被吸收，還有一部分光線透過電池片。與常規(guī)發(fā)電及其他綠色能源發(fā)電技術(shù)相比，太剛能光伏發(fā)電技術(shù)有以優(yōu)點(diǎn)： (1)是真正的無污染排放、不破壞環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源； (2)能量具有廣泛性，隨處可得，不受地域的限制； (3)由于無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件而運(yùn)行可靠，故障率低； (4)維護(hù)簡單，可以無人值守； (5)應(yīng)用場合廣泛和靈活，既可以獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，也可以與電網(wǎng)并網(wǎng)返行； (6)無需架設(shè)輸電線路 ，可以方便地與建筑物相結(jié)合； (7)建站周期短，規(guī)模大小隨意，發(fā)電效率不隨發(fā)電規(guī)模的大小而變。未來十幾年，我國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將 高達(dá) 2