太陽能功率優(yōu)化器升壓系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 字。 務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 1、學生在論文（設(shè)計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科學性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格 5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 （在所選等級前的內(nèi)畫“”） 指導教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 （在所選等級前的內(nèi)畫“”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 I 教研室（或答辯小組）及教學系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 三、論文（設(shè)計）水平 1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格 3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 要 近年來， 我們現(xiàn)在正廣泛使用的石油、天然氣還有煤炭等這些不可再生資源的存儲量正在逐漸減少并且使用這些資源所帶來的環(huán)境污染現(xiàn)象日益嚴重。清潔的可再生的太陽能成為人們關(guān)注的焦點。但是，如何提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率成為一項重要挑戰(zhàn)。最大功率點跟蹤法，從本質(zhì)上來講就是在太陽能電池板和負載之間加入最大功率點跟蹤器，就可以使太陽能電池板時刻保持最大功率輸出。 本文首先介紹了幾種傳統(tǒng)的 法，對這些算法的原理和特點進行了分析，進而提出了一個改進型擾動觀察法，該算法不僅可以保留了傳統(tǒng)擾動觀察法的優(yōu)點還可以有效的解決傳統(tǒng)擾動觀察法的缺陷，可以實現(xiàn)高效穩(wěn)定的跟蹤。本系統(tǒng)對升壓式換器進行了改進，采用以 2錯式升壓變換器為主電路，其后面所接的 振級可以使電路中的初級和次級之間完全隔離。 控制器通過脈寬調(diào)制（ 改變占空比，從而使內(nèi)外電路實現(xiàn)匹配，最終就可以使太陽能電池板輸出的功率達到最大。 關(guān)鍵詞 ： 改進型擾動觀察法 2錯式升壓變換器 of n we of as is of by of is of to of a is of an of of so as to is in LC it is in by so as to of is &O 錄 第 1 章 緒論 . 1 如今全球的能源狀況 . 1 陽能的優(yōu)點 . 1 內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀 . 2 陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所面臨的問題 . 2 文的研究目的和進度安排 . 3 第 2 章 太陽能光伏電池 . 4 陽能光伏電池的工作原理 . 4 陽能光伏電池的 種類 . 4 陽能光伏電池的輸出特性 . 5 陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 . 8 本章小結(jié) . 8 第 3 章 光伏陣列架構(gòu)的分析 . 9 中式 構(gòu) . 9 布式 構(gòu) . 10 入功率優(yōu)化器（ 光伏陣列架構(gòu) . 11 本章小結(jié) . 11 第 4 章 換器 . 12 換器的種類 . 12 壓式 換器 . 12 壓式 換器 . 14 /降壓式 換器 . 15 本章小結(jié) . 17 第 5 章 實現(xiàn)最大功率點跟蹤的原理分析 . 18 抗匹配的原理 . 18 單電路中阻抗匹配的原理 . 18 壓式 換器實現(xiàn)阻抗匹配的原理 . 19 壓式 換器實現(xiàn)阻抗匹配的原理 . 20 法的介紹 . 21 定電壓控制法 . 21 動觀察法 . 22 納增量法 . 23 本章小結(jié) . 24 第 6 章 控制器 . 25 介紹和亮點 . 25 引腳分配 . 26 引腳功能 . 27 本章小結(jié) . 27 第 7 章 系統(tǒng)設(shè)計 . 29 的實施 . 29 V 動觀察算法的實現(xiàn) . 33 進型擾動觀察法 . 35 本章小結(jié) . 36 總結(jié)與展望 . 37 致謝 . 37 參考文獻 . 39 第 1 頁 共 41 頁 第 1 章 緒論 現(xiàn)如今全球的能源狀況 隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，我們也增加了對能源的需求量。眾所周知，我們現(xiàn)在正廣泛使用的石油、天然氣還有煤炭等這些不可再生資源的存儲量正在逐漸減少?，F(xiàn)在，如果我們不立即行動起來使能源問題得到妥善解決，勢必將會大大的影響社會的發(fā)展和人們的日常生活。所以，解決能源問題將成為 21 世紀的一個重要舉措和挑戰(zhàn)。 絕大數(shù)國家的能源主要是以不可再生資源為主，這也帶來了許多的隱患。例如：全球的二氧化碳排放量大約為每年二百多億噸，這一問題是全球變暖的主要導火索，我們都知道全球變暖將會導致海平面的升高，海水將會大量涌出，許多地區(qū)將會面臨被淹沒的危機，人們將會失去生命和財產(chǎn)甚至是家園。這正是因為這些燃料中含有硫氧化物在空氣中燃燒后將會形成酸雨，導致全球的酸雨排放量增多，酸雨對于農(nóng)業(yè)，畜牧業(yè)還有建筑業(yè)等都有非常嚴重的危害。再就是，燃料中的碳元素如果在氧氣含量少的情況下形成不完全燃燒，將會產(chǎn)生一氧化碳，我們都知道過多的一氧化碳一旦 與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合的話，這個時候，人體內(nèi)血紅蛋白的攜氧能力相會變得很弱，人體一旦吸入的氧氣含量少，就很有可能使人產(chǎn)生窒息。所以人們一旦吸入了過量的一氧化碳將會面臨嚴重的生命危險。 自從鄧小平同志實行改革開發(fā)之后，我國的經(jīng)濟慢慢復(fù)蘇，逐漸形成了一個快速發(fā)展的局面，但是卻受到能源儲存量的限制。我國的能源利用主要是以非常稀缺的不可再生資源為主。根據(jù)國土資源局的預(yù)測，我國的石油和天然氣的儲量將會在五十年左右枯竭，煤炭的儲量也將會在二百年左右用光，所以我們要加快對新能源開發(fā)的步伐。隨著“可持續(xù)發(fā)展”這一概念的深入 人心，這要求我們必須要開發(fā)出取之不盡，無污染，成本低的新能源 1。太陽能這一友好型能源成為全球人們關(guān)注的焦點。 太陽能的優(yōu)點 現(xiàn)如今人們對太陽能的利用主要有兩種方式：光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換。前者的轉(zhuǎn)換方式具有無限潛力并發(fā)展迅速。它主要具有以下優(yōu)點： （ 1）它是豐富的能源之一，不需要搭建傳輸電線，對于交通運輸不便利的農(nóng)村、孤島還有邊遠山區(qū)來說，可以很方便的開發(fā)利用。 （ 2）總所周知，太陽能是一種清潔的能源，再利用之后不會產(chǎn)生像廢氣、廢水、 第 2 頁 共 41 頁 噪音等污染，可以使環(huán)境得到很好的保護。 （ 3）對于可靠性要求高的場所，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是首要選擇，出故障的概率低，運行維修容易。 （ 4）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝簡單，同時它是模塊化安裝，可以根據(jù)客戶的實際需求來選擇要安裝的容量。 太陽能及其開發(fā)系統(tǒng)有著無與倫比的優(yōu)點，如果能夠很好的利用太陽能，一定能夠更好的造福于人類 2。 國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀 太陽能光伏發(fā)電具有許許多多的優(yōu)點。國外對太陽能光伏發(fā)電方面已經(jīng)提出和實施了很多的計劃方案。如“百萬太陽能屋頂計劃”“光伏建筑物計劃”“ 1000 太陽能屋頂計劃”“新陽光計劃”等。其發(fā)電技術(shù) 伴隨著科技的不斷進步，從而應(yīng)用的越來越普遍。 我國的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步雖然晚了一些，但是卻以較快的速度在發(fā)展。不僅解決了部分國內(nèi)市場的需要同時也在人們的生活中起到了無可替代的作用。但是，與發(fā)展國家的差距還是很大的。所以我國面對的考驗仍然較為嚴峻。 2013 年對于太陽能光伏發(fā)電是具有歷史性的一年，全球的光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機容量累計達到了 對于2012 年增長了 35%。從世界范圍的角度來說，光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)完成了對初期的開發(fā)階段。 總之，如果可以使太陽能這一可再生資源得到最大的利用率，這將成為具 有非常重要意義的創(chuàng)舉。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所面臨的問題 能源系統(tǒng)設(shè)計工程師面臨的一個重大挑戰(zhàn)是找到一個發(fā)電效率和成本效益俱佳的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。太陽能電池板或者發(fā)電系統(tǒng)也存在著一系列的不匹配問題，如生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品老化，污漬灰塵，光線被遮擋等。能夠?qū)⑻柲茈姵匕迳系年幱皢栴}得到解決，顯得尤為重要。為什么這么說呢？太陽能電池板被陰影遮擋后將會停止光電轉(zhuǎn)換，降低整串太陽能電池板的發(fā)電效率。同時，生活中有太多的可能產(chǎn)生陰影問題的因素：樹蔭遮擋，鳥糞墜落，云彩流動等等 3。這些都將會引發(fā)光伏組件的失配問題。 根據(jù)美國半導體實驗室的實驗數(shù)據(jù)得到太陽能光伏系統(tǒng)被不同大小的陰影所遮擋將導致的能量損失數(shù)據(jù)，如下表 1 表 1陽能光伏系統(tǒng)陰影遮擋面積所導致的能量損失 第 3 頁 共 41 頁 從上表中可能看出，僅僅一小部分的陰影遮擋面積也將會導致較大的能量損失。在光子國際雜志中曾提到，如果陰影將屋頂光伏系統(tǒng)的光伏陣列遮擋了 20%的面積，其輸出的功率將會較少 81%，可想而知，這時屋頂光伏系統(tǒng)將會變得沒有任何作用 4。 太陽能光伏發(fā)電的主要應(yīng)用有：光伏幕墻，太陽能農(nóng)業(yè)大棚，太陽能路燈，太陽能車棚等。 圖 太陽能光伏發(fā)電的主要應(yīng)用 本文的研究目的和進度安排 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作過程中，讓每一塊太陽能電板發(fā)揮它的最大功率。本文設(shè)計一種功率優(yōu)化器，安裝在每一塊太陽能電板的背面，實現(xiàn)太陽能電板的最大功率點跟蹤，即 每一塊太陽能電池都工作在最佳的工作點上，讓整個太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)電量達到最優(yōu)狀態(tài)。 第 4 頁 共 41 頁 第 2 章 太陽能光伏電池 雖然本文研究的是太陽能功率優(yōu)化器，但是光伏電池的基本特性會為本文奠定良好的理論基礎(chǔ)，所以本章主要是介紹與光伏電池相關(guān)的理論。 太陽能光伏電池的工作原理 光伏電池的作用就是吸收太陽能的光能然后轉(zhuǎn)化為我們所需要的電能 5。太陽能光伏電池是利用半導體 的光生伏打效應(yīng)制成，光生伏打效應(yīng)就是指一種物質(zhì)在吸收了光能之后轉(zhuǎn)化為電動勢的結(jié)果，這種轉(zhuǎn)化效率在半導體中轉(zhuǎn)化的效率是最高的 6。 光伏電池從本質(zhì)上來講就是一個簡單的 。該材料一般是由硅原子構(gòu)成，硅原子甚至任何一個原子都是由帶正電的原子核和與原子核相反電性的帶負電的電子所組成，硅原子有 4 個電子圍繞在原子核周圍，因為其穩(wěn)定性較差，所以當受到一定大小的力的作用時，硅原子外的四個電子就會脫離軌道，成為自由移 動的電子。又因為位置所發(fā)生了改變，就會在原來電子運動的位置上留下“空穴”。如果在硅晶體中摻入硼、嫁等元素，這樣的元素會產(chǎn)生力的作用吸收硅原子外部的電子，硅就成了空穴型半導體，用符號 P 表示；如果在硅晶體中摻入磷、砷等元素，這樣的元素的電子反而會受到硅的原子核的吸引力，這樣混合所構(gòu)成的物質(zhì)就形成了電子型半導體，用符號 N 代表。若把這兩種 N 型半導體和 P 型半導體結(jié)合，那么，一個 就會在他們的交界面形成。如下圖 示，當陽光照射在光伏電池上時，電子受到光照，獲得了能量，便向 N 型區(qū)移動，從而 N 型區(qū)匯集了大量的電子， N 型區(qū)就會帶負電，與此同時 P 型區(qū)匯集了大量的“空穴”移動， P 型區(qū)就會帶正電。 N 型區(qū)和 P 型區(qū)形成電勢差，兩端便產(chǎn)生了電動勢，也就是我們俗稱的電壓。我們稱這種現(xiàn)象為“光生伏打效應(yīng)”。如果這時分別在其兩端接上金屬導線，一定會有電流從中流過 7。 圖 光生伏打效應(yīng)簡圖 太陽能光伏電池的種類 第 5 頁 共 41 頁 目前廣泛使用的太陽能光伏電池主要有單晶硅、多晶硅和非晶硅，下表 2紹了這三種太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)化效率。 表 2種類別的太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)化效率 這里我們所說的理論上的轉(zhuǎn)化效率為： 理論轉(zhuǎn)化效率 =（太陽能光伏電池輸出的能量 /實際太陽照射的能量） 從上表可以看出單晶硅理論上的轉(zhuǎn)化效率最高，但是使用單晶硅的成本也是最多的。每一種材料都有其各自的優(yōu)點和缺點，所以我們在選擇材料的時候，應(yīng)該根據(jù)具體的實際情況進行選擇。 太陽能光伏電池的輸出特性 從下圖 我們可以看到，在太陽能電池內(nèi)有一個 ，因此可將其視為一個二極管。流過 的電流為dI，到光照強度、環(huán)境溫度、光照面積等因素影響 8 9。 圖 陽能電池的等效電路原理圖 當沒有受到光照時，根據(jù)二極管的特性，對于 0 e x p 1 K T （ K 為玻爾茲曼常數(shù) A 為二極管因子，當正偏電壓大時， A 取 1；當正偏電壓小時， A 取 2 T 為絕對溫度 第 6 頁 共 41 頁 0達式為： 1 / 21 / 2011 n D q N N （ 在這個表達式中： A 為 的面積 導帶和價帶的有效密度 電子和空穴的擴散系數(shù) 、為電子和空穴的少子數(shù)目 根據(jù)上面所討論的公式和圖 以得到光伏電池輸出的電流大小為： 0q= e x p 1S R V I T R （ 我們考慮電路為理想情況，以得到在理想情況下光伏電池輸出的電流為： 0q= - e x p 1 I A K T （ 光伏電池輸出的電壓為： q （ 也可以進一步得到光伏電池的開路電壓為： 00= l n 1 l S T A K （ 通過上述對公示進行的變換和大量的文獻資料可以清晰的得出在有光照情況下和沒有光照情況下太陽能光伏電池的電流與電壓的關(guān)系曲線（暫時不考慮周圍濕度和環(huán)境溫度的影響），如下圖。 開路電壓 暗電流 第 7 頁 共 41 頁 圖 光照和沒有光照的情況下太陽能光伏電池的電流與電壓的關(guān)系曲線 把上圖 有光照的情況下電流 到下圖的電流 因為太陽能電池的輸出功率為輸出電流乘以輸出電壓，可以得到： 0q- e x p 1O U T I V I I A K T （ 由上述公式可以看出在光照情況下太陽能電池的功率與電壓的曲線為單峰曲線： 0 （ 可以得出在輸出功率為最大值時，最佳電壓點 0e x p 1 1O P O P S q V T A K T I （ 最佳電流點 0( ) /1/S C O q V A K A K T （ 綜上，可以得到下圖 I 最佳負載點 P 第 8 頁 共 41 頁 圖 光照情況下太陽能光伏電池的逆電流與電壓、功率與電壓的對應(yīng)關(guān)系曲線 太陽能光伏電池的輸出特性還與環(huán)境濕度、溫度、輻射光強等諸多因素有關(guān)，因為本文研究光伏電池的輸出功率與這些因素的影響沒有太大聯(lián)系，所以此處不再贅述。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按照是否與常規(guī)電力系統(tǒng)相連可以分為獨立運行系統(tǒng)與并網(wǎng)運行系統(tǒng) 10?；旧鲜怯晒夥嚵?、能量優(yōu)化控制器、逆變器、存儲器件、變壓器這些部分組成。前三個部分是每一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所必備的，后面兩個部分要根據(jù)具體的場合還有用戶的需求來決定是否一定安裝 11。這兩種運行系統(tǒng)也都具有各自的優(yōu)點與缺點，在實際選擇的時候也要根據(jù)具體要求來決定。這兩種運行系統(tǒng)都需要由微處理器通過 法控制 換器開關(guān)的通斷來調(diào)節(jié)太陽能光伏電池的輸出，其主要目的就是調(diào)節(jié)負載的大小使其與太陽能電池板之間實現(xiàn)匹配，從而能讓太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在最優(yōu)點，這樣我們就可以得到最大能量的輸出。 本章小結(jié) 本章主要介紹了太陽能光伏電池的工作原理和種類，還有光伏電池在有光照情況下的逆電流與電壓、功率與電壓的對應(yīng)關(guān)系。主要是為了后續(xù)的 法做一個良好的鋪墊。 第 9 頁 共 41 頁 第 3 章 光伏陣列架構(gòu)的分析 如果一個大型的發(fā)電站想要得到更多的能量輸出，那么從直觀上來講就需要安裝更多的太陽能電池板，所付出的代價就是成本的增加。為了使兩者兼顧，就必須要提高其中一部分甚至全部的太陽能電池板的發(fā)電效率，從而將會解決許多的供電問題。 集中式 構(gòu) 假設(shè)終端用戶需要一個 350V、 5000W 的太陽能發(fā)電系統(tǒng) ，根據(jù)能量守恒原理，則這個系統(tǒng)需要整合 20 個 250W 太陽能電池板。把十塊 35V 的太陽能電池板串聯(lián)在一起增大電壓，構(gòu)成一串 350V、 2500W 的太陽能電池組。把二串 2500W 的電池組并聯(lián)起來增大電流，可向中央逆變器輸送 350V、 5000W 的電能，如下圖 示。 圖 000W 的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計圖 這個架構(gòu)的缺點顯而易見：從圖中可以看出中央逆變器對整個陣列執(zhí)行 化，如果一個甚至是幾個太陽能電池板受到陰影的影 響，那么這些電池板的輸出功率就會降低，這個時候單一的中央逆變器因為無法發(fā)現(xiàn)這些電池板輸出功率降低了，也就無法從這個太陽能電池板陣列收集到最大的電能 12。因此，每個太陽能電池板上都應(yīng)該獨立進行 化過程。 太陽能板上的遮蔽物將會阻斷太陽光線照射到太陽能板上，如果受到陰影影響的太陽能板是一串電池板中一個，那么該串太陽能板的輸出功率都會下降。通過給每一個太陽能板上跨接一個旁通二極管，如圖 示，就可以降低陰影問題對輸出功率的影響。在正常條件下，輸出電流會經(jīng)過這一串內(nèi)的每一塊太陽能電池板。當其中的一個 電池板受到陰影的影響后，它的電流源將會變?nèi)?。將會導致整串電流流?jīng)電阻值很大的 第 10 頁 共 41 頁 所以，受到陰影影響的太陽能板將變得過熱。給板子并聯(lián)一個旁通二極管，就可以繞開受陰影影響的太陽能板，也就有效地防止其出現(xiàn)熱斑的情況。 圖 低陰影的負面影響，給受影響的太陽能板上跨接一個旁通二極管 圖 設(shè)計方案相對 設(shè)計方案，太陽能光伏發(fā)電效率大大提高，但是這種解決方案還是不理想。 分布式 構(gòu) 中國無錫太陽能電力有限公司申請的一項“帶有分布式 元的光伏發(fā)電系統(tǒng)”的專利，這個專利里面涉及了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分布式 構(gòu) 13，使每一條光伏發(fā)電板的線路中都串聯(lián)一個 元。如下圖 示。 圖 布式 構(gòu) 這種分布式 構(gòu)相對于集中式架構(gòu)，在有陰影遮擋的情況下，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出效率有了大幅度的提高，但是當其中一個板子受到陰影遮擋時，仍然會影響本串所有光伏電池的發(fā)電效率。當串聯(lián)電路中光伏電板個數(shù)少，并聯(lián)電路多的情況下，這種分布式 構(gòu)是非常適用的。但是在相反情況下，還應(yīng)該額外考慮其他方案。 第 11 頁 共 41 頁 接入功率優(yōu)化器（ 光伏陣列架構(gòu) 上面所提到的當串聯(lián)電路中的光伏電板個數(shù)多的情況下，可以考慮此種架構(gòu)模式。 圖 入功率優(yōu)化器（ 光伏陣列架構(gòu) 上面所介紹的接入功率優(yōu)化的光伏陣列架構(gòu)，在每一個光伏電池后面都接入 樣每一個光伏電池都相當于獨立的模塊，當其中一個甚至幾個太陽能電池板都受到陰影等因素的影響時，但是因為其余的光伏電板的功率都處于最大的情況，受到陰影等因素影響的太陽能電池板對沒有受到影響的太陽能電池板是沒有任何負作用的，這樣就可以使整體的功率達到最大，所以轉(zhuǎn)化效率非常明顯。 雖然，此種架構(gòu)在陰影的影響下，其整體的轉(zhuǎn)化效率很大，但是代價是隨著功率優(yōu)化器所安裝的數(shù)量的增多，成本也大大增加。所以在選擇安裝系統(tǒng)的時候，也是要按照具體的情 況，考慮各方面的因素，在兩者之間選擇最適合的平衡點。 本章小結(jié) 本章主要是介紹了三種光伏陣列的架構(gòu)，接入功率優(yōu)化器的光伏陣列架構(gòu)對受陰影影響的情況下，仍然具有良好的轉(zhuǎn)化效率，在不考慮成本的條件下，是一個非常不錯的選擇。本次設(shè)計中就是選擇的這種光伏架構(gòu)。 第 12 頁 共 41 頁 第 4 章 換器 上一章已經(jīng)介紹了采用接入功率優(yōu)化器的光伏陣列架構(gòu)可以解決光伏陣列受到陰影的問題并且可以調(diào)整其工作在最大功率點上。而功率優(yōu)化器就是由一個 換器和具有最大功率點算法的數(shù)字控制電路構(gòu)成。因為優(yōu)化器的輸入端與太陽能電池 板的輸出端相連，通過最大功率點跟蹤算法可以調(diào)整 換器的占空比 D 來調(diào)整太陽能電池板的輸出端的工作電壓點。所以我們首先了解主電路 換器的結(jié)構(gòu)、工作原理才能更好的設(shè)計出太陽能功率優(yōu)化器系統(tǒng)。 換器的種類 在新興的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中 換器被廣泛的應(yīng)用。 換器 14 15是連接在太陽能電池板的輸出端和負載之間，通過調(diào)節(jié)控制開關(guān)的通斷情況，從而實現(xiàn)達到可以實現(xiàn)匹配的電能參數(shù)。 因為本電路在設(shè)計考慮時，在 換器的后面連接了隔離式半橋 振轉(zhuǎn)換器，所以此處只采用功耗小，效率高，體積小還有成本低的非隔離式 換器。換器可以分為升壓式變換器、降壓式變換器、升 /降壓式變換器 16。 升壓式 換器 升壓式 換器也叫做 換器 17，主要是由開關(guān)，電感，電容，二極管組成。下圖為升壓式 換器的原理圖。 壓式 換器的原理圖 對開關(guān) Q 的通斷控制可以實現(xiàn)輸出電壓0而，提供給負載使用。具體開關(guān)通斷情況分析如下。 當開關(guān) Q 導通的時候，電路工作的情況為： 第 13 頁 共 41 頁 壓式 換器開關(guān)導通時電路工作情況 此時，電