【正文】 并網(wǎng) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 7 頁 共 24 頁 逆變器等組成，與獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，因并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)直接將電能輸入電網(wǎng)，也可直接利用電網(wǎng)電能，所以免除了配置控制器和蓄電池，但是系統(tǒng)中的逆變器必須使用專用的并網(wǎng)逆變器。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。 P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得 N 型硅，形成 PN結(jié)。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，太陽能電池板的作用是將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能后，輸出直流電存入蓄電池中。太陽能電池板以多晶太陽能電池板居多。可應用于太陽路燈、太陽能草坪燈、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、通訊、航天等途徑。用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化鑄造固化而成。通常多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 16%左右。 3%，以確保每個 貨柜都為正公差。在組件生產(chǎn)過程中，應用了無螺釘內(nèi)置角鍵連接的先進技術(shù)，緊固密封，抗機械強度高，采用高透光率鋼化玻璃封裝和密封防水接線盒，確保組件使用安全，保證這些光伏組件在 10年使用期間，輸出功率在 90%以上； 25年使用期間，輸出功率在 80%以上。組件抗風壓達到 2400帕，能夠抵御 120Km/h 風速，組件強度能抵御一般的風沙、冰雹和雪壓?！凹彝ル娬尽痹谖覈粌H有較為成熟的技術(shù)支撐和現(xiàn)實需求，且隨著社會環(huán)保意識的增強，其在我國的發(fā)展將有著廣闊的空間。所謂逆變器是用來將發(fā)電設(shè)備發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為符合并網(wǎng)要求的交流電。這些“裝備”中最重要的是太陽能電池板。對于太陽能電池而言，最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換效率，目前在實驗室所研發(fā)的硅基太陽能電池中，單晶硅電池效率為 25%，多晶硅電池效率為 %，薄膜電池效率不到 20%，非晶硅薄膜電池的效率僅為 %。下面以 100W 輸出功率，每天使用 6個小時為例，介紹一下計算方法： （包括逆變器的損耗）：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為 90%，則當輸出功率為 100W 時，則實際需要輸出功 率應為 100W/90%=111W；若按每天使用 5小時，則耗電量為 111W*5小時 =555Wh。其中 70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。 非正常情況下：如果是陰天，光電傳感器檢測到的兩電壓信號相等，所以輸出的電壓差信號為零，這時可用軟件實現(xiàn)時鐘優(yōu)先。 因地球自轉(zhuǎn)，對于同一地點而言，不同季節(jié)不同時間點，太陽光的照射角度是不一樣的，只有讓太陽能電池方陣時刻正對著太陽才能保證光照強度最高，因此要設(shè)計光源跟蹤系統(tǒng)，使太陽能的利用率達到最大化。通過太陽能模擬追日跟蹤傳感器接收到的光線強度信號，利用 PLC 內(nèi)設(shè)計程序進行比較，調(diào)整太陽能電池板的左右位置及仰角。 目前國內(nèi)外跟蹤太陽的主要方法可以分為三種： ①視日運動軌跡跟蹤②光電跟蹤③視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 10 頁 共 24 頁 ①視日運動軌跡跟蹤 視日運動軌跡跟蹤，即計算機先根據(jù)太陽運行規(guī)律計算出一天內(nèi)某時刻太陽的位置 角度，然后運行控制程序使跟蹤裝置對準太陽完成跟蹤。單軸跟蹤一般采用 :①傾斜布置東西跟蹤 。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動的南北向或東西向跟蹤。單軸跟蹤的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是由于入射光線不能始終與太陽能電池板垂直，收集太陽能的效果并不理想 [17][18]。雙軸跟蹤又可以分為兩 種方式 :極軸式全跟蹤和高度角一方位角式全跟蹤。在這些裝置中，光電管的安裝靠近采光板，調(diào)整采光板的位置使采光板對準太陽、硅光電池處于陰影區(qū)；當太陽西移時采光板的陰影偏移，光電管受到陽光直射輸出一定值的微電流，作為偏差信號，經(jīng)放大電路放大，由伺服機構(gòu)調(diào)整角度使跟蹤裝置對準太陽完成跟蹤。 ③視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 光電跟蹤方法容易受外界天氣、雜光的干擾。但是，將視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合就能克服兩者的缺點。當跟蹤裝置開始運行時，用兩片高精度傳感器初始定位。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。但計算過程十分復雜，高精度傳感器 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 11 頁 共 24 頁 成本也很高，對于需要降低成本的小型太陽能利用裝置來講，該種跟蹤方式并不十分適用。在自轉(zhuǎn)的同時。即 365． 241 天，因此每四年須閏一日。在地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的一年中有四個特殊的日期，這就是受地球傾斜運動影響最大的冬至和夏至以及不受地球傾斜運動影響的春分和秋分。夏至的白天最長而冬至的 黑夜最長；春分和秋分的晝夜各 12個小時。 a. 地平坐標系 以地平圈為基本圈，天頂為基本點，南點為原點的坐標系叫做地平坐標系，如圖 所示?；?ZX稱為天頂距，自 Z 起計量，用 Z 表示。 α。通過北天極和太陽 X 作一個大圓，叫做時圈；時圈交天赤道于 T點；從原點 Q沿天赤道順時針方向計量，弧 QT 為時角ω，ω以度、分，秒單位來表示，也可以用時，分，為單位來表示；弧 XT 為赤緯角δ，δ以度、分，秒單位來表示；從天赤道算起，向上為正，向下為負。均勻地增加到 360176。 相關(guān)角 度的計算 在太陽能的地面應用中，絕大部分的采光組件或陣列的安裝形式并非水平，而是以與地平面成一定夾角的傾斜形式安裝。 a. 有關(guān)角的定義 假如太陽能采光組件的傾斜角度和方位角已經(jīng)確定，要計算入射在采光組件表面上的太陽直射輻射的能量，就必須定義一些角度。太陽光線可以分為兩個分量，一個垂直于采光面，一個平行與采光面，只有前者的輻射能北采光面所截取。 太陽高度角α和太陽方位角γ s:從地面某一觀測點向太陽中心作一條射線，該射線在地面上有一投影線，這兩條線的夾角α叫做太陽的高度角。其中α +θ z=90176。并規(guī)定，向西為正，向東為負。采光組件的傾斜角β：采光組件平面與水平面的夾角稱為采光組件的傾斜角度如下圖所示 . 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 13 頁 共 24 頁 傾斜面有關(guān)幾何角度 b. 角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式 采光組件所獲得的太陽輻射量主要取決于太陽入射角θ，而θ是太陽赤緯角δ、太陽時角ω、地理緯度φ、采光組件傾斜角β、采光組件方位角γ和的函數(shù)，它們的具體關(guān)系是 : () 其中太陽赤緯角δ可由 Cooper 方程式 ()近似計算： n：一年中的天數(shù)，如：在春分， n=81，則δ =0。 （ ） 時角計算公式見式 ()， T 為當?shù)?時間，按小時計算。相應的時間為 24h，每 1h 地球自轉(zhuǎn)的角度定義為太陽時角ω，則ω＝360176。正午時角為零．其它時辰時角的數(shù)值等于離正午的時間 (h) 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 14 頁 共 24 頁 乘以 15。及 +30176。 故我們可以根據(jù)不同地區(qū)的情況確定一個合適的太陽能陣列的固定的安裝角，從而能最大效率利用太陽能。在光伏發(fā)電領(lǐng)域，并網(wǎng)逆變算法、孤島檢測及保護、最大功率跟蹤等技術(shù)研究較早，也比較成熟。 家用光伏并網(wǎng)逆變器應定位為一款適合家庭用電的發(fā)電設(shè)備，因此系統(tǒng)可集成家庭用電網(wǎng)絡(luò)的智能管理及控制，高性能不間斷供電方案，也可以利用多個的發(fā)電設(shè)備組建分布式發(fā)電網(wǎng)絡(luò)。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 整個光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖 4，采用 FPGA 作為核心控制器。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 15 頁 共 24 頁 圖 4系統(tǒng)框圖 功率主電路結(jié)構(gòu)如圖 5所示，由太陽能電池板輸出的直流電首先經(jīng)過 DC/DC升壓變換。 圖 5主電路結(jié)構(gòu)圖 檢測電路，將電網(wǎng)電壓經(jīng)過濾波器整形，通過電壓比較器產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻率同相的方波信號，控制 FPGA 產(chǎn)生 SPWM 驅(qū)動信號。電流的 采集通過 ACS712霍爾傳感器將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，并使用運算放大器對輸出電壓變化進行放大，圖 6是傳感器輸出信號的濾波和變換電路，傳感器檢測電網(wǎng)信號通過濾波、變換處理，送入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。系統(tǒng)在檢測孤島效應時控制并網(wǎng)繼電器動作斷開與電網(wǎng)的連接，同時系統(tǒng)自動過度到 50hz 逆變工作方式，持續(xù)向負載供電，實現(xiàn)對家庭用電網(wǎng)絡(luò)的不間斷供電。 重要算法軟件結(jié)構(gòu) 電網(wǎng)電壓幅值和相位的準確獲得對于并網(wǎng)系統(tǒng)來說顯得尤為重要， 因此以電網(wǎng)線電壓 uab = Uin （ t） = Umsin t 為例， 通過軟件 鎖相環(huán)可獲得其有效值和相位，在此基礎(chǔ)上， 通過逆變電流幅值相位的雙閉環(huán)來實現(xiàn)逆變電流的跟蹤控制， 如圖 7所示 圖中上部分實現(xiàn)電網(wǎng)幅值的跟蹤控制；下部實現(xiàn)并網(wǎng)電流的跟蹤控制，圖 8為該閉環(huán)控制信號圖。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 17 頁 共 24 頁 圖 7：雙閉環(huán)控制算法 圖 8：閉環(huán)控制信號圖 系統(tǒng)以 FPGA 為處理單元，在 FPGA 內(nèi)嵌入 Nios II 32位單片機內(nèi)核作為控制器，實現(xiàn)鍵盤輸入、 LCD 顯示及無線通信控制。 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 18 頁 共 24 頁 圖 9： FPGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 控制器軟件設(shè)計流程如下圖所示，編程實現(xiàn)自尋優(yōu) MPPT 控制，及家庭用電管方方案，結(jié)構(gòu)圖如下。通過功率信號分析儀得到電流有效值均穩(wěn)定在 A 左右， THD 也穩(wěn) 定在 1 % ～ 2 % 以內(nèi)，相位跟蹤誤差小于 1176。其輸出波形如圖 9所示：通道 1為并網(wǎng)電壓波形，通道 2為經(jīng)過 2歐姆取樣電阻的并網(wǎng)電流波形： 圖 8：并網(wǎng)波形圖 結(jié)果分析 采用以上技術(shù)設(shè)計的家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一款集光伏并網(wǎng)發(fā)電、遠程通信控制、家庭用電管理、不間斷電技術(shù)及智能控制為一體的家用并網(wǎng)發(fā)電裝置。系統(tǒng)擁有并網(wǎng) 、離網(wǎng)及不間斷供電多種工作方式，改變了以往光伏并網(wǎng)發(fā)電的單一工作模式。 我國自 20世紀 80年代開始就進行太陽能電池的開發(fā)生產(chǎn)，在西部無電、缺電地區(qū)大力推廣太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，使得我國的光伏產(chǎn)業(yè)在 30年間取得了跨越式的發(fā)展，但與歐美等發(fā)達國家相比，我國光伏產(chǎn)業(yè)還處于初級階段，光伏發(fā)電技術(shù)方 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 20 頁 共 24 頁 面還存在許多的不足之處。 本研究目前還處于硬件設(shè)計與調(diào)試應用階段，因此主要研究方向在于硬件設(shè)計，后期將主要開展對整個控制系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)采集與分析研究，主要研究方向?qū)⒓性谌绾翁岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性研究和逆變效率最大化研究等方面。t agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that yo