【正文】 單晶硅、多晶硅和非晶硅三大類，轉(zhuǎn)換效率一般可達(dá) 12%左右。澳大利亞新南威爾士大學(xué)高效單晶硅電池效率已達(dá) %，美國、日本、德國的高效電池效率也達(dá)到 23%以上?？尚行苑治鲋赋觯姵爻杀究上陆档?1 澳元 /Wp 以下，其發(fā)電成本可與燃煤發(fā)電相比。 [1] 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的廣闊前景 1. 并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的未來主流 光伏電池發(fā)電有離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種工作方式。但是，太陽能光伏市場近年來發(fā)生了很大變化，開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)逐步向并網(wǎng)發(fā)電以及和建 筑結(jié)合的常規(guī)發(fā)電方向發(fā)展，開始由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。此次會議中光伏應(yīng)用的論文一共 313 篇，其中并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（包括系統(tǒng)技術(shù)、建筑集成、電力系統(tǒng)） 161 篇，占論文總數(shù)的 %。 [1] 2. 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在國際上的應(yīng)用 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要用于輸電線路調(diào)峰電站以及屋頂光伏系統(tǒng)。已經(jīng)完成了數(shù)千座太陽能光伏發(fā)電的屋頂計(jì)劃，系統(tǒng)總裝機(jī)超過了 100MW。 3. 我國目前迫切需要發(fā)展光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 盡管我國研制太陽能電池始于一九五八年，中國的光伏技術(shù)經(jīng)過四十年的努力，已具有一定的水平和基礎(chǔ)，但是，與世界先進(jìn)國家相比仍有不小的差距。 90 年代以來，隨著邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民收入水平的提高，邊遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場也開始向商業(yè)化發(fā)展。這從側(cè)面表明，我國的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場潛力和市場吸引力，但是主要的技術(shù)仍來源于國外，其中，太陽能并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)更是剛剛起步。 我國地域廣大，人口眾多，正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌和發(fā)展時(shí)期，能源問題突出而緊張；另一方面，有近 7000 萬人口生活在無電地區(qū)，光伏發(fā)電的潛在市場是非常巨大的。本課題就是在這樣的背景下提出的，目的是開發(fā)出安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，為我國的光伏發(fā)電事業(yè)提供有力的技術(shù)支持。 [2] [3] 直 流 控 制系 統(tǒng)逆 變器負(fù) 載光 伏 陣 列儲 能 系 統(tǒng) 圖 1 光伏發(fā)電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖 1. 光伏電池陣列 光伏電池是組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最基本的單位。為了獲得足夠大的發(fā)電量，需要將單體光伏電池連接成電池組件，再由電池組件組合連淮北師范大學(xué)信息學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研究 4 接成為太陽能光伏陣列。 3. 逆變器 光伏電池陣列所發(fā)出的電能是直流電，但是大多數(shù)用電設(shè)備以交流供電為主，所以系統(tǒng)中需要逆變單元將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供負(fù)載使用，逆變器的效率將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的效率，因此光伏系統(tǒng)逆變器的控制技術(shù)就具有重要的研究意義。 淮北師范大學(xué)信息學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研究 5 2. 并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu)的分析 并網(wǎng)逆變器的拓?fù)? 針對并網(wǎng)逆變技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，具體比較逆變器結(jié)構(gòu)拓?fù)淙缦?，根?jù)輸入輸出隔離變壓器的類型可以分為低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變、高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變以及非隔離型并網(wǎng)逆變。 LC濾 波 器LC太 陽 能 電 池或 者 蓄 電 池工 頻或高 頻逆 變器工 頻 變 壓 器濾 波 器電 網(wǎng) 圖 2 低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu) 2. 拓?fù)渥? 低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器可以由方波、階梯波合成、脈沖調(diào)制等逆變器來實(shí)現(xiàn)。 a ) 半 橋 式a ) 全 橋 式圖 3 低頻并網(wǎng)逆變器拓?fù)渥? 這類低頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、雙向功率流、單級功率變換、高效率、變壓器體積和重量大、音頻噪音大等特點(diǎn)。 LC濾 波 器高 頻逆 變器高 頻 變 壓 器濾 波 器整流器電 網(wǎng)工 頻逆 變橋 圖 4 高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變器電路結(jié)構(gòu) 2. 拓?fù)渥? 高 頻并網(wǎng)逆變器拓?fù)渥灏▎喂苷な?、雙管正激式等電路，見圖 5 圖 5 高頻并網(wǎng)逆變器拓?fù)渥? 這類電路具有高頻電氣隔離、結(jié)構(gòu)簡潔、單相功率流、三級功率變換、直流變換級工作在 SPWM、工頻逆變橋功率開關(guān)電壓應(yīng)力低且為 ZVZCS 等特點(diǎn)。 D C / D C逆變器直 流 升 壓 變 壓 器濾 波 器 圖 6 非隔離型并網(wǎng)逆變結(jié)構(gòu) 并網(wǎng)逆變系統(tǒng) /獨(dú)立供電系統(tǒng)的 工 作原理 淮北師范大學(xué)信息學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研究 7 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析 并網(wǎng)發(fā)電 /獨(dú)立供電系統(tǒng)是一種將有源逆變與無源逆變結(jié)合于一體的逆變裝置，除了需要兩種不同的控制策略外，還需要兩套不同主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是發(fā)現(xiàn)這兩種逆變主電路的不同之處在于濾波環(huán)節(jié)不同，實(shí)際上可以通過對濾波參數(shù)進(jìn)行整合折中，選用相同的濾波參數(shù)以滿足需要，這樣就能省去一套濾波裝置，從而可以一機(jī)兩用。三相與單相實(shí)現(xiàn)原理一樣，只是控制上要復(fù)雜些。 圖 7 系統(tǒng)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的 工作原理 1. 前級 Boost 電路的工作原理 1) 電路原理圖 Boost 電路由開關(guān)管 Q1，二極管 D，電感 L，電容 C 組成，完成將太陽能電池輸出的直流電壓場 V 升壓到 dcV ，其原理圖如圖 8 所示： 圖 8 Boost 電路圖 2) 工作過程 淮北師范大學(xué)信息學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研究 8 當(dāng)開關(guān)管 Q1 導(dǎo)通時(shí)，二極管反偏，于是將輸出級隔離，由輸入端向電感器供應(yīng)能量，當(dāng)開關(guān)管 Q1 斷開時(shí)，輸出級吸收來自電感器和輸入端的能量。由于電路在斷續(xù)工作時(shí)電路，電感電流的不連續(xù)，就意味著太陽能輸出的電能在每個(gè)周期內(nèi)都有一部分被浪費(fèi)掉了，而且紋波也會大些。它是由兩個(gè)橋臂并聯(lián)組成的，因此這種橋式拓?fù)?，仍屬于升壓式結(jié)構(gòu)。 淮北師范大學(xué)信息學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研究 10 3. 太陽能電池特性及其最大功率跟蹤控制 太陽能電池工作特性 1. 太陽能電池的極性 [5] 太陽能電池一般制成 P ? /N 型結(jié)構(gòu)或 N? /P 型結(jié)構(gòu)，其中，第一個(gè)符號，即P? 和 N? ，表示太陽能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型；第二個(gè)符號，即N 和 P，表示太陽能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型。在太陽光照射時(shí)，太陽能電池輸出電壓的極性， P 型一側(cè)電極為正， N 型一側(cè)電極為負(fù)。其中， LR 為電池的外負(fù)載電阻。同一塊太陽能電池，其 SCI 值與入射光的輻照度成正比；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)， SCI 值略有上升，一般溫度每升高 1℃， SCI值約上升 78uA。太陽能電池的開路電壓，與光譜輻照度有關(guān)，與電池面積的大小無關(guān)。 DI (二極管電流 )為通過 PN 結(jié)的總擴(kuò)散電流，其方向與 SCI 相 反。 ShR 為旁漏電阻，它是由硅片邊緣不清潔或體內(nèi)的缺陷引起的。由于 SR 和 ShR 是分別串聯(lián)與并聯(lián)在電路中的，所以在進(jìn)行理想電路計(jì)算 時(shí)，它們都可以忽略不計(jì)。 結(jié)合公式 ()()可得： sh SDA K TqVscl RRIVeIII ????? ]1[ /0 (33) 考慮理想情況，當(dāng) sR → 0， shR →∞， A=l時(shí) )1( /0 ??? KTqVSCL eIII (34) 當(dāng) LI =0 時(shí)，可以得到太陽能電池的 開路電壓 )1( 0 ?? IIInqkTV scoc (35) 根據(jù)式 ()和 ()可做圖，就可以得到太陽能電池的電流 — 電壓關(guān)系曲線。 圖中，曲線 a 是二極管的暗伏 — 安特性曲線，即無光照時(shí)太陽能電池的 I— V曲線；曲線 b 是電池受光照后的 I— V 曲線，它可由無光照時(shí)的 I— V 曲線向第四象限位移 scI 量得到。 mpI 為最佳負(fù)載電流， mpV 為最佳負(fù)載電壓。在電流 — 電壓坐標(biāo)系中，與這一點(diǎn)相對應(yīng)的負(fù)載，稱為最佳負(fù)載