1、由于近年來不可再生能源的不斷消耗，能源危機(jī)日益凸顯，各國(guó)都在加緊 開發(fā)新能源。太陽(yáng)能發(fā)電作為一種全新的電能生產(chǎn)方式，具有清潔無(wú)污染、來 源永不衰竭且維護(hù)措施簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因而受到越來越廣泛的關(guān)注。本文針對(duì)太 陽(yáng)能應(yīng)用的一個(gè)重要研究領(lǐng)域一一光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是小功率光伏離網(wǎng)發(fā)電 系統(tǒng)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于DSP控制的光伏離網(wǎng)逆變器逆變電路部分的硬件電路。論文首先介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了利用DSP控制 光伏離網(wǎng)系統(tǒng)的基本原理。然后提出了以逆變器DC/AC變換技術(shù)為核心的光伏 離網(wǎng)逆變器的硬件電路設(shè)計(jì)方案，并在Matlab軟件上進(jìn)行了仿真測(cè)試。關(guān)鍵詞：光伏離網(wǎng)；逆變器；DSP； Matl

2、ab仿真AbstractIn recent years, with the continuous consumption of non-renewable energy, the energy crisis has become increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, non-polluting, nev

3、er failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention.In this paper, as for an important research field of solar energy applications-photovoltaic systems, especially low power photovoltaic off grid power generation system, design and achieve the hardware circui

4、t of inverter circuit in photovoltaic off grid inverter based on DSP control.The paper firstly described the development of photovoltaic power generation in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic off grid system.Then objective of toff grid inverter with the core

5、 of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded.Key words: off grid photovoltaic; inverter; DSP; Matlab simulation目錄 TOC o 1-5 h z 摘要IIAbstract III1引論V HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.1太陽(yáng)能應(yīng)用的背景V HYPERLIN

6、K l bookmark30 o Current Document 1.2光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀和意義 V1.2.1國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀 V1.2.2國(guó)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 VII HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 1.3太陽(yáng)能光伏發(fā)電的概述VIII HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1.4本課題的內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求 IX2光伏發(fā)電系統(tǒng)IX HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 IX HYPERLINK l bookmark47 o C

7、urrent Document 2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 X3光伏電池XII HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3.1光伏電池的工作原理XII HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 3.2光伏電池的分類XII4主電路拓?fù)浼半娐分饕獏?shù)設(shè)計(jì) XIV HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 4.1主電路拓?fù)鋁IV HYPERLINK l bookmark70 o Current Document DC-DC部分的電路拓?fù)?XIV HYPERLINK l boo

8、kmark133 o Current Document 4.3功率開光管的緩沖電路的設(shè)計(jì)XVIII5系統(tǒng)的軟件構(gòu)架XIX HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 5.1系統(tǒng)的控制方式XIX HYPERLINK l bookmark145 o Current Document SPWM波的生成 XX6采樣電路XXII6.1直流電壓電流采樣電路 XXII6.2交流電壓與頻率的采樣 XXIII1引論1.1太陽(yáng)能應(yīng)用的背景伴隨著傳統(tǒng)的能源資源不斷枯竭，環(huán)境污染造成全球變暖的最嚴(yán)重的問題， 制約著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于全世界的能源需求的增長(zhǎng)使能源資源已經(jīng)成為

9、 了世界上最重要的戰(zhàn)略物資。因此，發(fā)展可再生能源是全球未來的能源發(fā)展的 必由之路。在中國(guó)水電和風(fēng)力發(fā)電已成為商業(yè)發(fā)電，但他們的資源是有限的， 他們不可能即使利用所有的資源滿足未來的需求。光伏發(fā)電，是一種取之不盡的無(wú)限量的能源，可以直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電 能。光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種重要的解決問題，如能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)。技術(shù)相關(guān) 的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)通過了世界廣泛的研究并已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。盡管 中國(guó)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究開始不久，但中國(guó)有豐富的太陽(yáng)能資源。通過 上述分析，在能源需求急劇增加而其他能源日益緊張的背景下，太陽(yáng)能作為一 種取之不盡的、無(wú)污染的可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)今最熱門的能源開發(fā)應(yīng)用的課

10、 程之一，它必將是21世紀(jì)最重要的能源之一。因此對(duì)光伏發(fā)電設(shè)計(jì)具有巨大應(yīng) 用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。因此，將來光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展前景會(huì)很樂觀。同時(shí)對(duì)于 目前的一些能源問題，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)都可以很好的解決，這將會(huì)對(duì)我們社 會(huì)所面臨的能源問題做出相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。1.2光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀和意義1.2.1國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀中國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了非常奇怪的“兩頭在外”現(xiàn)象，即90%的原材料 依賴進(jìn)口，而90%的光伏產(chǎn)品卻進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)。光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也相對(duì)緩慢， 各種光伏材料的發(fā)展都相對(duì)落后。1958年開始對(duì)太陽(yáng)能光伏電池進(jìn)行研究，并 于1971年將光伏電池成功應(yīng)用于東方紅2號(hào)衛(wèi)星；1973年開始太陽(yáng)能光伏電

11、池 的地面應(yīng)用研究；從20世紀(jì)70年代初到80年代末，由于成本高，太陽(yáng)電池在 地面的應(yīng)用非常有限。20世紀(jì)90年代以后，隨著成本的降低，太陽(yáng)電池產(chǎn)量迅 速增長(zhǎng)，太陽(yáng)電池開始向工業(yè)領(lǐng)域和農(nóng)村電氣化應(yīng)用發(fā)展，市場(chǎng)穩(wěn)步擴(kuò)大。國(guó) 家和地方政府開始制訂光伏計(jì)劃。2002年，國(guó)家發(fā)改委啟動(dòng)了 “送電到鄉(xiāng)”項(xiàng) 目，使得中國(guó)的光伏市場(chǎng)迅速增長(zhǎng)，總裝機(jī)容量從2001年的23. 5 MW迅速增 長(zhǎng)到2002年的45 MW，至2003年達(dá)到55 MW。20032005年，受德國(guó)市場(chǎng)的巨 大需求影響，國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)的產(chǎn)能迅速擴(kuò)展，產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。2005年，電池產(chǎn) 量約150 MW，組件產(chǎn)量約284 MW,國(guó)內(nèi)安裝量約5

12、 MW，累計(jì)安裝量70 MW。近 年來，隨著環(huán)境問題日益突出，綠色發(fā)展理念逐漸深入人心，全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 方向和導(dǎo)航標(biāo)已然轉(zhuǎn)向低碳經(jīng)濟(jì)，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)受到世界各國(guó)的重視。目前 我國(guó)已經(jīng)形成了完整的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)了解，隨著國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電 的大規(guī)模應(yīng)用及快速發(fā)展，其上游的多晶硅大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)已日 趨成熟，尤其是從國(guó)內(nèi)及全球現(xiàn)有生產(chǎn)工藝水平看，已可實(shí)現(xiàn)整個(gè)多晶硅生產(chǎn) 產(chǎn)業(yè)鏈和系統(tǒng)內(nèi)部的封閉運(yùn)行，從而接近零排放水平。我國(guó)太陽(yáng)能光伏電池的 年產(chǎn)量約為3MW生產(chǎn)能力約為5-8MW，累計(jì)用量約為15MW，同國(guó)外相比有很大 差距!光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，水平低，生產(chǎn)成本高，市場(chǎng)培育遲緩，其

13、總體 水平落后國(guó)外約15年。我國(guó)“十二五”規(guī)劃綱要提出，要大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保、 新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新能源產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展太陽(yáng)能熱利用和光伏光熱發(fā)電、 生物質(zhì)能等，解決600萬(wàn)人(即無(wú)電人口的10%)的用電問題等目標(biāo)!這給光伏發(fā) 電產(chǎn)業(yè)提供了前所未有的市場(chǎng)和發(fā)展機(jī)會(huì)2。我國(guó)光伏發(fā)電的重點(diǎn)項(xiàng)目：我國(guó)“光明工程計(jì)劃由國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)牽頭制定的“中國(guó)光明工程計(jì)劃，籌集100億元， 計(jì)劃到2010年利用風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)解決2300萬(wàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)人口的生活、 邊防哨所、微波通訊站、公路道班、輸油管線維護(hù)站、鐵路信號(hào)站等用電問題。 使他們達(dá)到人均擁有發(fā)電容量100瓦的水平。深圳園博園光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該

14、項(xiàng)目總投資750萬(wàn)美元，這是國(guó)內(nèi) 第一座MW級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站。是目前中國(guó)乃至亞洲最大的太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)， 發(fā)電能力約為100萬(wàn)千瓦。該電站采用與市電并網(wǎng)形式。投入使用以來共發(fā)電 200多萬(wàn)度。(3)京奧運(yùn)會(huì)鳥巢體育場(chǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2008年4月。北京奧運(yùn)會(huì)鳥巢體育場(chǎng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。這是 2008北京奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館鳥巢工程首次采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電。這套光伏發(fā)電系統(tǒng) 總投資約1000萬(wàn)元，總裝機(jī)容量為100千瓦。該太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)使用單晶硅組 件，采用了不可逆流、無(wú)儲(chǔ)能的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)?？梢跃偷匕惭b、維護(hù)費(fèi) 用低。該太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在位于國(guó)家體育場(chǎng)鳥巢周圍的5個(gè)安檢棚頂 部，每

15、個(gè)安檢棚為一個(gè)并網(wǎng)發(fā)電單元。通過光伏并網(wǎng)逆變器與公共電網(wǎng)并接， 實(shí)現(xiàn)了與公共電網(wǎng)的互聯(lián)、互通和互補(bǔ)。該系統(tǒng)發(fā)電除滿足鳥巢檢票系統(tǒng)的自 身用電外，多余電力將并人國(guó)家體育場(chǎng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)。按平均每天5小時(shí)光 照時(shí)間計(jì)算。這套光伏發(fā)電系統(tǒng)每天可為鳥巢提供520度綠色電力。該系統(tǒng)將 穩(wěn)定運(yùn)行25年，累計(jì)可生產(chǎn)約475萬(wàn)度綠色電力，可減排2500多噸廢氣.替 代1500噸標(biāo)準(zhǔn)煤。上海十萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃上海十萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃研究，是在世界 自然基金會(huì)和上海市經(jīng)委的支持下。由上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所承擔(dān)的太陽(yáng) 能應(yīng)用項(xiàng)目課題，總投資近百億元。上海計(jì)劃利用十年的時(shí)間，將現(xiàn)有2億平 方米平屋頂?shù)?5%，約3

16、00萬(wàn)平方米，即十萬(wàn)個(gè)屋頂用作太陽(yáng)能發(fā)電。相當(dāng) 于新建一個(gè)30萬(wàn)千瓦的電站，而且是峰值發(fā)電。在1000瓦，平方米標(biāo)準(zhǔn)日照 條件下安裝太陽(yáng)能屋頂，可發(fā)電130180千瓦時(shí)，平方米。按上海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)日 照時(shí)間11001300小時(shí)/年計(jì)算。每年最低發(fā)電量可達(dá)143千瓦時(shí)，平方米.每 年至少發(fā)電3. 3億度。(5)其他建設(shè)項(xiàng)目西部7省無(wú)電鄉(xiāng)村通信工程項(xiàng)目、無(wú)錫國(guó)家工業(yè)設(shè)計(jì)園300千瓦屋頂并網(wǎng) 光伏系統(tǒng)、上海崇明島生態(tài)公園85千瓦屋頂光伏系統(tǒng)、香港灣仔政府大樓屋頂 光伏系統(tǒng)、廣州十萬(wàn)個(gè)光伏屋頂計(jì)劃、烏拉特后期1MW沙漠太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)電 站，該電站將是目前國(guó)內(nèi)最大的沙漠太陽(yáng)能光伏電站。1.2.2國(guó)外光伏發(fā)電

17、發(fā)展現(xiàn)狀太陽(yáng)能是一種朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，不僅擁有良好的經(jīng)濟(jì)前景，且隨其產(chǎn)業(yè)化的發(fā) 展，將提供越來越多的就業(yè)機(jī)會(huì)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用和影響 已越來越大，光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，已經(jīng)引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的高 度重視。日本利用其電子技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)品，其產(chǎn)量已經(jīng)相當(dāng) 于全球產(chǎn)量的50以上；德、日、英、荷、美等國(guó)企業(yè)基本壟斷了全球的光伏發(fā) 電產(chǎn)品市場(chǎng)，出口額占世界貿(mào)易額的80以上。據(jù)歐盟估計(jì)，全球光伏市場(chǎng)將從 現(xiàn)今的3 000 MW增加到2020年的70 GW。(w為峰瓦)，光伏發(fā)電將解決非洲 30 GW、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)國(guó)家10 GW的電力需求。當(dāng)2010年歐洲風(fēng)

18、力發(fā)電達(dá)到約40 GW、光伏發(fā)電3GW和太陽(yáng)能集熱器100 Mm時(shí)，總計(jì)可提供 154167萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。20世紀(jì)80年代以來，世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家相繼投入大量的人力、 物力開展對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等新型可再生能源的研究、開發(fā)和 利用工作。并制定相應(yīng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃。1990年德國(guó)政府率先推出 “一千屋頂計(jì)劃。1998年進(jìn)一步提出10萬(wàn)套屋頂計(jì)劃。日本政府1994年開始實(shí)施“朝日七年計(jì)劃”，總?cè)萘?85WMp, 1997年又宣布實(shí)施“七萬(wàn)屋頂計(jì)劃”, 總?cè)萘?80MWp。意大利1998年實(shí)行“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，總?cè)萘?0MWp， 在這類系統(tǒng)中，規(guī)模最大的是1997年6月

19、美國(guó)宣布的“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”， 到2010年將安裝101. 4萬(wàn)套光電系統(tǒng)，總安裝量3025MWp。表所示為2000 2004年五年內(nèi)世界光伏器件的年產(chǎn)量數(shù)據(jù)11。從中可以看到近五年光伏產(chǎn)品需求的強(qiáng)勁上升勢(shì)頭，年平均增長(zhǎng)率超過 50%。充分說明了該產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，在今后十年內(nèi)世 界太陽(yáng)電池銷售量將以年均30%的速度增長(zhǎng)，到2010年將達(dá)到4.6GWp，累計(jì) 容量將達(dá)到20GWp。近幾年國(guó)際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，2007年全球太陽(yáng)能新裝 容量te 2826mwp，其中德國(guó)約占47%，西班牙約占23%，日本約占8%，美國(guó)約占 8%。2007年，在太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)鏈中有大量的投資

20、集中到新產(chǎn)能的提升上。除 此之外，太陽(yáng)能光電企業(yè)在2007年間的貸款融資金額增長(zhǎng)了近100億美元，使 得該產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。雖然受金融危機(jī)影響，德國(guó)、西班牙對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā) 電的扶持力度有所降低，但其它國(guó)家的政策扶持力度卻在逐年加大。日本政府 2008年11月發(fā)布了 “太陽(yáng)能發(fā)電普及行動(dòng)計(jì)劃”，確定太陽(yáng)能發(fā)電量到2030年 的發(fā)展目標(biāo)是要達(dá)到2005年的40倍，并在3-5年后，將太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的價(jià) 格降至目前的一半左右。2009年還專門安排30億日元的補(bǔ)助金，專項(xiàng)鼓勵(lì)太陽(yáng) 能蓄電池的技術(shù)開發(fā)。2008年月16日，美國(guó)參議院通過了一攬子減稅計(jì)劃，其 中將光伏行業(yè)的減稅政策（itc ）續(xù)延2-6年。

21、1.3太陽(yáng)能光伏發(fā)電的概述太陽(yáng)能發(fā)電可分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種。通常而言，太陽(yáng)能發(fā)電指的 是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，簡(jiǎn)稱“光電”。它是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能 直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池 經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)即可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制 器等部件，就形成了光伏發(fā)電裝置。根據(jù)需求和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種。1.4本課題的內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求本課題主要研究的是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的離網(wǎng)型光伏逆變器，設(shè)計(jì)一個(gè) 小型光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變電路。要求：輸入直流電壓250V-300V,逆變電壓

22、 波形為正弦信號(hào)，有效值220V10%,50Hz，輸出功率=100W，效率80%。根據(jù)設(shè) 計(jì)要求，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究設(shè)計(jì)：介紹光伏發(fā)電的的基本狀況和前景，理解光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和分類，明確 離網(wǎng)型光伏逆變器的作用與發(fā)展及設(shè)計(jì)的目的。 闡述光伏發(fā)電的原理。 逆變器中逆變電路硬件電路的設(shè)計(jì)，包括：宜流升壓斬波電路結(jié)構(gòu)、逆變器 電路、LC輸出濾波、DSP控制電路、采樣硬件電路。 通過建立離網(wǎng)逆變器的仿真模型，并采用直流電源供電，實(shí)現(xiàn)逆變電路的 MATLAB仿真并進(jìn)行分析。2光伏發(fā)電系統(tǒng)2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏發(fā)電系統(tǒng)，是利用光伏電池的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存 或直接供給負(fù)載使用的一

23、種新型發(fā)電系統(tǒng)。主要是由光伏電池陣列、變換部分、 逆變器及儲(chǔ)能部分組成。光伏電池陣列：光伏電池是組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最小單位，單個(gè)光伏電池功率較小， 最大輸出功率不超過5Wp，為滿足不同等級(jí)負(fù)載供電需要，人們將光伏電池串并 聯(lián)后統(tǒng)一封裝構(gòu)成光伏模塊(Photovoltaic ModulePV)，這是目前光伏器件的 主要存在及應(yīng)用方式。因大功率光伏模塊安裝、維護(hù)方便，因此在光伏發(fā)電系 統(tǒng)中200Wp以上的光伏模塊更受歡迎。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)中所需功率超過光伏 模塊功率，則需要根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率要求，將同規(guī)格的光伏模塊串聯(lián)起來構(gòu)成光伏陣列(PV Array)為系統(tǒng)提供更高的輸出功率和輸出電壓

24、。直流變換部分(DC-DC):直流變換部分作用主要是把光伏陣列輸出電壓變換成能夠滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)和 逆變器要求的電壓等級(jí)。同時(shí)由于光伏陣列輸出特性的特殊性，其輸出功率為 日照強(qiáng)度和模塊溫度的非線性函數(shù)，存在著最大輸出功率跟 (Maximum Power PointTracking MPPT)問題。如果不加以控制直接用于給負(fù)載提供能量，則很難有較好地發(fā)揮光伏模塊轉(zhuǎn)換效率。為此，控制系統(tǒng)除了完成對(duì)DC-DC 變換和DC-AC變換所需的基本控制外，還需在DCDC變換環(huán)節(jié)中增加MPPT控 制，以實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。逆變部分(DC-AC):光伏電池發(fā)出的只能是直流電，而包括電網(wǎng)在內(nèi)的許多用電場(chǎng)合需要

25、交流 電，所以(DC-AC)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它的功能是受控制 系統(tǒng)控制，從而將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c交流電網(wǎng)或本地交流負(fù)載相匹配的交流電。該 環(huán)節(jié)的主要指標(biāo)要求是變換的高可靠性和高轉(zhuǎn)換效率。目前我國(guó)在小功率逆變 器上與國(guó)外處于同一水平，但在大功率逆變器上有較大的差距。儲(chǔ)能部分：光伏發(fā)電系統(tǒng)只有在白天有陽(yáng)光時(shí)才能發(fā)電，而人們的一般用時(shí)間會(huì)在晚 上，所以蓄電池可以在白天將太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來以供人們夜間使用，同時(shí)也可作 為交流電網(wǎng)斷電時(shí)的不間斷電源為本地重要交流負(fù)載供電。這種包括蓄電池作 為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為“可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。還有一種不含蓄電 池的發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為“不可

26、調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境情況、輸出容量的 大小、本地負(fù)載容量的大小以及交流電網(wǎng)的情況，分別可工作于獨(dú)立運(yùn)行模式、 并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行模式和混合運(yùn)行模式三種。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與公共電網(wǎng)相連接的，主要在一些離公共電網(wǎng)太遠(yuǎn) 的五點(diǎn)地區(qū)和一些特殊場(chǎng)合所使用，如一些偏僻農(nóng)村、牧場(chǎng)和偏遠(yuǎn)的島嶼，即 公共電網(wǎng)難以覆蓋到的地區(qū)，為其提供照明、廣播電視等基本生活用電。還有 像邊防哨所、氣象臺(tái)站、通信中繼站、大型海洋浮標(biāo)等特殊場(chǎng)所也使用獨(dú)立光 伏發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池陣列、蓄電池組、控制器和 逆變器及負(fù)載等部分。圖2-1所示是

27、典型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。光伏電池組件控制器DC/AC 變換器DC/DC 變換器直流負(fù)載光伏電池組件控制器DC/AC 變換器DC/DC 變換器直流負(fù)載交流負(fù)載蓄電池將光伏電能饋送并網(wǎng)光伏發(fā)電系圖2-1獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)將光伏電能饋送并網(wǎng)光伏發(fā)電系并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)指與公共電網(wǎng)相連接的光伏發(fā)電系統(tǒng)， 給公共電網(wǎng)。當(dāng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段， 統(tǒng)成為電力工業(yè)重要的組成部分，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要方向和主流趨勢(shì)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有帶蓄電池組和不帶蓄電池組之分。帶蓄電池組是并網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，還 可以充當(dāng)功率調(diào)節(jié)器，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、消

28、除高次諧波分量，從而提高電能質(zhì)量； 不帶蓄電池組的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，逆變器將光 伏電池陣列提供的直流電能逆變成為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能，送往 公共電網(wǎng)；當(dāng)光伏電池陣列提供的電能不能滿足負(fù)載需要時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)向負(fù)載 補(bǔ)充電能。圖2-2所示是典型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括光伏電池陣列、 DC/AC逆變器、DC/DC變換器、控制器和電網(wǎng)五個(gè)組成部分。根據(jù)負(fù)載及系統(tǒng) 的供電可靠性的需要，在DC/DC變換器輸出端連接蓄電池組。DC/DC 變換器直流負(fù)載光伏電池組件DC/AC 變 tDC/DC 變換器直流負(fù)載光伏電池組件DC/AC 變 t換器 電網(wǎng)交流負(fù)載蓄電池

29、圖2-2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指在光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上增加一組發(fā)電系統(tǒng)，以彌補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境變化影響較大造成的陣列發(fā)電不足，或電池容量不足等因素帶來的供電不連續(xù)。較為常見的混合系統(tǒng)是風(fēng)一光互補(bǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。風(fēng)力發(fā)電 AC/DC風(fēng)力發(fā)電 AC/DC變換:器圖2-3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)在通常情形下，白天日照強(qiáng)，夜間風(fēng)多；夏季日照強(qiáng)、風(fēng)??；冬春季日照 強(qiáng)度小而且風(fēng)大。顯然風(fēng)能發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電具有很好的互補(bǔ)性，其優(yōu)點(diǎn)顯見: 利用太陽(yáng)能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和 可靠性；在保證供電情況下，可以大大減少儲(chǔ)能蓄電池的容量；對(duì)混合發(fā)電系 統(tǒng)進(jìn)行合

30、理的設(shè)計(jì)和匹配，可以基本上由風(fēng)/光系統(tǒng)供電，無(wú)須啟動(dòng)備用電源和 備用發(fā)電機(jī)，以此獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，風(fēng)/光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)存在： 一次性投資較大，并需定期更換蓄電池等缺點(diǎn)。3光伏電池3.1光伏電池的工作原理在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池般是實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，光伏電池 陣列是多個(gè)特性相同的電池單體經(jīng)過串并聯(lián)后構(gòu)成的，一是由半導(dǎo)體材料制成 的，其特性與二極管類似。光伏電池單體實(shí)際上是一個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)處于平衡 狀態(tài)時(shí)，中間處有一個(gè)耗散層存在著勢(shì)壘電場(chǎng)，形成了方向由N指向P區(qū)的電 場(chǎng)。當(dāng)太陽(yáng)光照射到PN結(jié)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定量的電子和空穴對(duì)，N區(qū)就有過剩 的電子，這樣就形成了光生電動(dòng)勢(shì)，其方向

31、與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反。光生電動(dòng)勢(shì) 使P區(qū)和N區(qū)分別帶正負(fù)電，從而產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。這樣如果用導(dǎo)線連接兩 個(gè)電極，就會(huì)有“光生電流”流過，從而產(chǎn)生電能。3.2光伏電池的分類光伏電池多用于半導(dǎo)體固體材料制造，也有用半導(dǎo)體家電解質(zhì)的光電化學(xué) 電池，發(fā)展至今種類繁多，無(wú)論采用何種材料生產(chǎn)光伏電池，它們對(duì)材料的一 般要求是：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身 對(duì)環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且材料的性能要穩(wěn)定。按電池結(jié) 構(gòu)分類如下。（1）異質(zhì)結(jié)光伏電池。由兩種不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，在相接的 界面上形成一個(gè)異質(zhì)PN結(jié)。像硫化亞銅光伏電池、硫化鎘光伏電池都為異質(zhì)結(jié) 光伏

32、電池。（2）同質(zhì)結(jié)光伏電池。在同一個(gè)半導(dǎo)體材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)。像神 化鎵光伏電池、硅光伏電池都為同質(zhì)光伏電池。（3）肖特基光伏電池。指用金屬和半導(dǎo)體接觸組成一個(gè)“肖特基勢(shì)壘”的 光伏電池（又稱MS光伏電池）。其原理是基于在一定條件下金屬一半導(dǎo)體接觸 時(shí)產(chǎn)生類似于P-N結(jié)可整流接觸的肖特基效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)的電池現(xiàn)已發(fā)展成為 金屬一氧化物一半導(dǎo)體光伏電池（MOS光伏電池）、金屬一絕緣體一半導(dǎo)體光伏 電池（即MIS光伏電池）等。（4）薄膜光伏電池。指利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體光電材料撲在非報(bào)道 提的襯底上而構(gòu)成的光伏電池。這種光伏電池大大地減少半導(dǎo)體材料的消耗（薄 膜厚度以u(píng)m計(jì)）從而大大地降低

33、了光伏電池的成本?？捎糜跇?gòu)成薄膜光伏電 池的材料有很多種，主要包括多晶硅、非晶硅、碲化鎘以及CIS等，其中以多 晶硅薄膜光伏電池性能較優(yōu)。（5）疊層光伏電池。指將兩種對(duì)光波吸收能力不同的半導(dǎo)體材料疊在一起 構(gòu)成的光伏電池。鑒于波長(zhǎng)短的光子能量大，在硅中的穿透深度小的特點(diǎn)，充 分利用太陽(yáng)光中不同波長(zhǎng)的光，通常是讓波長(zhǎng)最短的光線被最上邊的寬禁帶材 料電池吸收，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光線能夠透射進(jìn)去讓下邊禁帶較窄的材料電池吸收， 這就有可能最大限度地將光能變成電能。（6）濕式光伏電池。指在兩側(cè)涂有光活性半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電玻璃中間加入電 解液而構(gòu)成的光伏電池。這種形式的電池不但可以減少半導(dǎo)體材料的消耗，還 未建筑物和

34、太陽(yáng)能應(yīng)用的一體化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。按電池材料分類：（1）硅光伏電池：包括單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池和非晶硅光伏電 池。其中單晶硅材料結(jié)晶完整，載流子遷移率高，串聯(lián)電阻小，光電轉(zhuǎn)換效率 高，可達(dá)20%左右，但成本比較昂貴。多晶硅材料晶體方向無(wú)規(guī)律性。由于在這 種材料中的正負(fù)電荷有一部分會(huì)因晶體晶界連接的不規(guī)則性而損失，所有不能 全部被P-N結(jié)電場(chǎng)分離，使之效率一般要比單晶硅光伏電池低。但多晶硅光伏 電池成本較低。多晶硅材料又分為帶狀硅、鑄造硅、薄膜多晶硅等多種類型。用它們制造的光伏電池又分為薄膜和片狀兩種。而非晶硅光伏電池是采用內(nèi)部 原子排列“短程有序而長(zhǎng)程無(wú)序”的非晶體硅材料（簡(jiǎn)稱a-Si）制成。非晶硅 材料基本被制成薄膜電池形式。其造價(jià)低低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定 性也不如晶體硅光伏電池，目前主要用于弱光性電源，如手表、計(jì)算器等的電 池。（2）非硅半導(dǎo)體光伏電池。主要有硫化鎘光伏電池和神化鎵光伏電池。硫 化鎘分單晶或多晶兩種，它常與其他半導(dǎo)體材料合成使用，如硫化亞銅/硫化鎘 光伏電池、碲化鎘/硫化鎘光伏電池、銅錮硒/硫化鎘光伏電池等。而神化鎵具 有較好的溫度特性，理論效率高，較適合于制成太空光伏電池。即采用同質(zhì)結(jié) 形式也可以采用異質(zhì)結(jié)形式，既可采用單晶切片結(jié)構(gòu)也可采用薄膜結(jié)構(gòu)以制成 光伏電池。（3）有機(jī)半