独立光伏系统
独立光伏发电系统的名词解释
独立光伏发电系统的名词解释
独立光伏发电系统是一种不依赖于传统电网的电力供应系统。
它利用太阳能光
伏电池将太阳光转化为直流电能，并通过逆变器将直流电能转换为交流电能以供使用。
独立光伏发电系统通常包括太阳能光伏电池板、电池组、逆变器、充电控制器、电池管理系统等组件。
太阳能光伏电池板是独立光伏发电系统的核心组件，它由多个太阳能电池组成。
当太阳光照射到太阳能光伏电池板上时，太阳能电池会产生电流。
这些直流电流经过电线传输到电池组中进行储存。
电池组是独立光伏发电系统的能量储存装置，通常使用铅酸蓄电池。
它们能够
将太阳能电池板产生的电能储存起来，以满足夜间或阴天的用电需求。
逆变器是独立光伏发电系统中的重要组件，它能够将直流电能转换为交流电能。
逆变器将储存在电池组中的直流电能转换为家庭或工业用电所需的交流电能，供电给各种电器设备。
充电控制器用于监测和控制电池组的充电过程。
它能够检测电池组的电压和电流，并根据情况调整光伏电池板的输出功率，以确保电池组得到正确的充电。
电池管理系统是独立光伏发电系统的智能控制系统，它能够监测和管理整个系
统的运行状态。
通过监测电池组的电压、温度和充放电过程，电池管理系统能够确保系统的安全稳定运行，并延长电池组的使用寿命。
总之，独立光伏发电系统是一种绿色、可再生的电力供应系统。
通过利用太阳
能光伏电池板将太阳能转化为电能，并通过逆变器和电池组供电给家庭或工业设备，独立光伏发电系统为实现清洁能源和节能减排目标做出了重要贡献。
离网(独立)-型光伏发电系统设计与简易计算方法
离网(独立)-型光伏发电系统设计与简易计算方法乛、離网(独立) 型光伏发电系统 (一) 前言：光伏发电系统的设计与计算涉及的影响因素较多，不仅与光伏电站所在地区的光照条件、地理位置、气侯条件、空气质量有关，也与电器负荷功率、用电时间有关，还与需要確保供电的阴雨天数有关，其它尚与光伏组件的朝向、倾角、表面清洁度、环境温度等等因素有关。
而这些因素中，例如光照条件、气候、电器用电状况等主要因素均极不稳定，因此严格地讲，離网光伏电站要十分严格地保持光伏发电量与用电量之间的始终平衡是不可能的。
離网电站的设计计算只能按统计性数据进行设计计算，而通过蓄电池电量的变化调节两者的不平衡使之在发电量与用电量之间达到统计性的平衡。
(二) 设计计算依椐：光伏二 河北西北部、山西北部、内5852-66801625-1855 3000-3200 16.0-18.3 8.2-8.7 4.5-5.1电站所在地理位置(緯度)、年平蒙南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆西部均光辐射量F或年平均每日辐射量三山东、河南、5016-5851393-1622200-30013.7-16.06.0-8.2 3.8-4.5河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、江苏北部、安徽北部、台湾西南部250四湖南、湖北、广西、江西、淅江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、4190-50161163-13931400-22011.5-13.73.8-6.0 3.2-3.8台湾东北部五四川、贵州3344-4190928-11631000-1409.16-11.52.7-3.8 2.5-3.2注：1)1 kwh=3.6MJ；亻2)f=F(MJ/m2 )/365天；3)h=H/365天；4) h1=F(KWh)/365(天)/1000(kw/m2 ) (小时) ；3) 5)表中所列为各地水平面上的辐射量，在倾斜光伏组件上的辐射量比水平面上辐射量多。
光伏发电系统
光伏发电系统分为：并网光伏系统、独立光伏系统。
并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。
通过光伏组件将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。
独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体2010年我国太阳能电池组件产量上升到10GW，占世界产量的45%，连续4年太阳能电池产量居世界第一。
但薄膜电池产量还很小，硅基薄膜电池产业化技术尚未成熟。
我国2010年新增光伏发电装机500MW，累计达到900MW，居世界前十。
同时为营造光伏市场，我国政府也采取了一系列的政策措施，主要包括财政补贴和上网电价补贴政策。
在市场需求的拉动下，我国的光伏产业链规模已经形成。
无论是装备制造，还是配套的辅料生产，国产化进程都在加速。
此外，我国已经掌握了产业链的各个环节中的关键技术，并在不断地创新和发展。
在光伏产业链中，实际产能的多晶硅生产商总数有20～30家，60多家硅片企业，60多家电池企业，330多家组件企业，国内外上市的光伏公司有30家左右，行业年产值超过3 000多亿元，进出口额220亿美元，就业人数30万人。
基于目前的发展情况，我国光伏产业发展中存在的主要问题从制造业与市场环节两个方面进行了归纳总结。
从制造业这一方面来看，我国光伏研发投入不够，没强有力的技术支撑能力，存在为了追求利润盲目扩张落后产能、重复建设的现象，以及缺乏可持续和清洁发展理念，让原本是清洁能源产业背负了高耗能、高污染的骂名。
从市场的角度来看，尽管我国的光伏产业链已经逐步形成，但由于缺少市场发展的支撑，即长期的发展目标，难以使其规模进一步增长，并突破成本瓶颈。
独立光伏系统的优化设计
独立光伏系统的优化设计上海电力学院杨金焕 葛亮 陈中华 谈蓓月 蒋秀丽 高兰香一.光伏系统优化设计原则• 在充分满足用户负载用电需要的条件下, 尽量减少 太阳电池和蓄电池的容量,以达到可靠性和经济性 的最佳结合。
• 光伏系统和产品要根据负载的要求和当地的气象及 地理条件,进行专门的优化设计。
• 要避免盲目追求高可靠性或低成本的倾向。
• 光伏系统设计的依据是：按月能量平衡。
二. 光伏系统分类•按供电方式大致可分为三大类：• 独立系统 • 并网系统 • 混合系统三.独立光伏系统• 通常是指没有任何辅助电源,光伏系统是唯一电力 来源的电源系统。
• 在一般情况下,负载用电规律和太阳日照时间不相 符合,所以必须配备储能装置。
• 由于独立光伏系统没有备用电源,所以应当进行严 格的优化设计,以达到既能保证负载的长期可靠运 行,又能使系统规模最小,节省投资费用的目的。
四.负载类型• 按使用时间来分,大致可分为： • 均衡性负载：是指每天工作时间都相同的负载, 对于耗电量月平均变化不超过10%的情况,也 可当作均衡性负载。
• 季节性负载：负载耗电量随季节而变化。
• 随机性负载：负载耗电量没有一定规律。
• 先讨论用于均衡性负载的优化设计五. 优化设计步骤1.确定负载耗电量: • 分别列出各种用电负载的耗电功率并乘以每天平均 使用时间,累计求和,得出负载每天所消耗能量 E(Wh)。
• 根据蓄电池及逆变器等要求,确定太阳电池方阵工 作电压V ,通常为12伏的倍数。
• 由此求出负载每天耗电量: QL = E / V 单位(Ah/d)2. 计算方阵面上太阳辐照量• 先选择某个方阵倾角β,根据当地的气象及地 理资料,计算出方阵面上各个月份的太阳辐照 2 H ( kwh / m ⋅ d )。
量 t 注意:单位换算成 即等于每天的峰值日照时数。
( kwh / m 2 ⋅ d ) 后,在数值上各个月份的 Ht 并不相同,所以对应于某个方阵 倾角β ,有12个数值,其中最小的为Htmin ,取平 均值为 H t 。
独立光伏发电系统
二、 系 统 设 计 框 图
三、容量设计
目标：优化太阳能电池方阵容量和蓄电池组容量的相互关 系，在保证独立光伏发电系统可靠工作的前提下，到达本 钱最低。
要求：首先对当地的太阳能辐照资源、地理及气象数据有 尽量详细的了解，一般要求掌握日平均太阳辐照量、月平 均太阳辐照量和连续阴雨天数。
第五节 独立光伏发电系统设计
独立光伏发电系统设计
独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光 伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系 统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源 或其他电源作为补充。
从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发电系统也 称为离网型光伏发电系统。
独 立 光 伏 发 电 系 统 设 计
3、确定方阵最正确倾角 β
对于方阵倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑：
➢ ① 连续性 一年中太阳辐射总量大体上是连续变化的， 多数是单调升降，个别也有少量起伏；
➢ ② 均匀性 倾角的选择最好满足使方阵外表上全年接收 到的日平均辐射量比较均匀，以免夏天接收辐射量过大， 造成浪费；而冬天接收到的辐射量太小，造成蓄电池过放 电以至损坏，降低系统使用寿命，影响系统供电稳定性。
方法：依据各部件的数理模型，采用计算机仿真，可以拟 合出太阳能电池方阵每小时发电量、蓄电池组充电量和负 载工作情况，并预测在不同的供电可靠性要求下所需要的 太阳能电池方阵及蓄电池组的容量。
通过数值分析法，可以解析太阳能电池方阵容量及蓄电池 组容量之间存在的相互关系，然后在特定的供电可靠性要 求下，根据本钱最低化的原那么，确定二者各自的容量。
独立光伏发电系统结构和工作过程
独立光伏发电系统结构和工作过程独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。
主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
因此，独立光伏发电系统根据用电负载的特点，可分为下列几种形式。
1.无蓄电池的直流光伏发电系统无蓄电池的直流光伏发电系统如图1-8所示。
该系统的特点是用电负载是直流负载，对负载使用时间没有要求，负载主要在白天使用。
太阳能电池与用电负载直接连接，有阳光时就发电供负载工作，无阳光时就停止工作。
系统不需要使用控制器，也没有蓄电池储能装置。
该系统的优点是省去了能量通过控制器及在蓄电池的存储和释放过程中造成的损失，提高了太阳能的利用效率。
这种系统最典型的应用是太阳能光伏水泵。
图1-8无蓄电池的直流光伏发电系统图1-9有蓄电池的直流光伏发电系统2.有蓄电池的直流光伏发电系统有蓄电池的直流光伏发电系统如图1-9所示。
该系统由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池以及直流负载等组成。
有阳光时，太阳能电池将光能转换为电能供负载使用，并同时向蓄电池存储电能。
夜间或阴雨天时，则由蓄电池向负载供电。
这种系统应用广泛，小到太阳能草坪灯、庭院灯，大到远离电网的移动通信基站、微波中转站，边远地区农村供电等。
当系统容量和负载功率较大时，就需要配备太阳能电池方阵和蓄电池组了。
3.交流及交、直流混合光伏发电系统交流及交、直流混合光伏发电系统如图1-10所示。
与直流光伏发电系统相比，交流光伏发电系统多了一个交流逆变器，用以把直流电转换成交流电，为交流负载提供电能。
交、直流混合系统则既能为直流负载供电，也能为交流负载供电。
图1-10交流和交、直流混合光伏发电系统4.市电互补型光伏发电系统所谓市电互补光伏发电系统，就是在独立光伏发电系统中以大阳能光伏发电为主，以普通220V交流电补充电能为辅，如图1-11所示。
这样光伏发电系统中太阳能电池和蓄电池的容量都可以设计得小一些，基本上是当天有阳光，当天就用太阳能发的电，遇到阴雨天时就用市电能量进行补充。
光伏系统分类
一般来说自给参数的确定与两个因素有 关：一，负载对电源的要求；二，安装地点 的最大连续阴雨天数。一般情况下可以将安 装地点的最大连续阴雨天数作为系统设计的 自给天数。对于负载对电源要求不是很严格 的光伏系统，我们在设计中常取自给天数为 3—5天；对于负载对电源要求很严格的光伏 系统，我们在设计中常取自给天数为7—14天。
负载所需要的电流。用系统的标称电压除以太阳能
组件的标称电压，就可以得到需要串联的太阳能组
件数，使用这些太阳能电池组件串联就可以产生系 统负载所需要的电压。
基本公式如下：
并联的组件数量=
日平均负载（Ah） 组件日输出（Ah）
组件日输出（Ah）=组件最大工作点电流(A)х 日辐射最小时数(h)
系统电压（V）
B、将负载增加10%以应付蓄电池的库伦效应
在蓄电池的充放电过程中，蓄电池会 电解水产生气体逸出，太阳能电池组件产生 的电流中将有5%—10%的部分不能转化储 存起来而是耗散掉，我们用蓄电池的库伦效 率来评估这种电流损失。所以保守设计中有 必要将太阳能电池组件的功率增加10%以抵 消蓄电池的耗散损失。
电池的寿命。
在独立光伏系统中没有备用电源在天气 较差的情况下给蓄电池进行再充电，这样蓄 电池的使用寿命和性能将会受到很大影响， 使整个系统的运行费用也将大幅度增加。所 以在计算系统容量过程中要以该地方光照最 恶劣季节里的负载需求来计算，也就是保证 在光照最差的情况下蓄电池也能够完全的充 满电，这样蓄电池全年可达到全满状态，可 延长蓄电池的使用寿命减少维护费用。
4、电力公司在发展可再生能源电力中的角色和责 权利不清晰。 《可再生能源发电价格和费用分摊 管理试行办法》规定可再生能源电价附加计入电网 企业销售电价，由电网企业收取，单独记账，专款 专用，但对这笔资金使用没有作具体规定，导致电 力公司责权利无法明确。
《独立光伏发电系统》课件
光伏电池板
光伏电池板的作用
光伏电池板是将太阳能转化为电能的核心组件。
光伏电池板的分类
• 单晶硅太阳能电池板 • 多晶硅太阳电池板
充电控制器
充电控制器的作用
充电控制器对光伏电池板产生的电能进行调控和管理，确保电池的安全充电。
充电控制器的分类
• PWM充电控制器 • MPPT充电控制器
储能池
储能池的作用
3 发展前景及市场前景
随着可再生能源的推广和应用，独立光伏发电系统的市场有着广阔的前景。
独立光伏发电系统常见故障及解决方案
常见故障包括充电控制器故障、储能池容量不足 等，解决方案包括更换故障组件、增加储能池容 量等。
总结
1 独立光伏发电系统的优点
独立光伏发电系统无需国家电网接入，能够实现自给自足的电力供应。
2 独立光伏发电系统的应用场景
独立光伏发电系统适用于偏远地区、野外露营、船只以及一些无法接入电网的场所。
《独立光伏发电系统》 PPT课件
独立光伏发电系统是一种独立供电的系统，由光伏电池板、充电控制器、储 能池、输电线路和各类配件组成。
概述
什么是独立光伏发电系统？
独立光伏发电系统是一种不依赖于传统电力网络 的发电系统，利用太阳能光伏电池板转换光能为 电能。
独立光伏发电系统的组成
• 光伏电池板 • 充电控制器 • 储能池 • 输电线路 • 各类配件
储能池用于存储光伏电池板产生的电能，以便在需 要时进行供电。
储能池的分类
• 铅酸电池 • 镍氢电池 • 磷酸铁锂电池
输电线路
输电线路的作用
输电线路用于将储能池中的电能传输到需要供电 的设备或场所。
输电线路的分类
• 直流输电线路 • 交流输电线路
光伏发电系统分类
一般我们将光伏系统分为独立系统、并网系统和混合系统。
如果根据太阳能光伏系统的应用形式，应用规模和负载的类型，对光伏供电系统进行比较细致的划分。
还可以将光伏系统细分为如下六种类型：小型太阳能供电系统（Small DC）；简单直流系统（Simple DC）；大型太阳能发电系统（Large DC）；交流、直流供电系统（AC/DC）；并网系统（Utility Grid Connect）；混合供电系统（Hybrid）；并网混合系统。
下面就每种系统的工作原理和特点进行说明。
1.小型太阳能供电系统（Small DC）该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。
其主要用途是一般的家庭户用系统，各种民用的直流产品以及相关的娱乐设备。
如在我国西部地区就大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流灯，用来解决无电地区的家庭照明问题。
2.简单直流系统（Simple DC）该系统的特点是系统中的负载为直流负载而且对负载的使用时间没有特别的要求，负载主要是在白天使用，所以系统中没有使用蓄电池，也不需要使用控制器，系统结构简单，直接使用光伏组件给负载供电，省去了能量在蓄电池中的储存和释放过程，以及控制器中的能量损失，提高了能量利用效率。
其常用于PV水泵系统、一些白天临时设备用电和一些旅游设施中。
下图显示的就是一个简单直流的PV水泵系统。
这种系统在发展中国家的无纯净自来水供饮的地区得到了广泛的应用，产生了良好的社会效益。
3 大型太阳能供电系统（Large DC）与上述两种光伏系统相比，这种光伏系统仍然是适用于直流电源系统，但是这种太阳能光伏系统通常负载功率较大，为了保证可以可靠地给负载提供稳定的电力供应，其相应的系统规模也较大，需要配备较大的光伏组件阵列以及较大的太阳能蓄电池组，其常见的应用形式有通信、遥测、监测设备电源，农村的集中供电，航标灯塔、路灯等。
我国在西部一些无电地区建设的部分乡村光伏电站就是采用的这种形式，中国移动公司和中国联通公司在偏僻无电网地区建设的通讯基站也有采用这种光伏系统供电的。
光伏 独立光伏
光伏独立光伏
独立光伏系统是一种不依赖传统电网供电，完全由光伏组件、储能设备和其他相关组件组成，能够独立提供电能的系统。
这种系统通常安装在偏远地区、无电网覆盖的地方，或者是作为备用电源在电网不稳定或中断时提供电力。
独立光伏系统不仅解决了这些地方的电力需求问题，还降低了对传统能源的依赖，具有环保、可持续的优点。
独立光伏系统的核心部分是光伏组件，也称为太阳能电池板。
这些组件能够将太阳光转化为直流电，然后通过逆变器转换成交流电，以供设备使用。
光伏组件的效率、稳定性和使用寿命是系统性能的关键。
因此，选择高质量的光伏组件对于确保系统的长期稳定运行至关重要。
除了光伏组件，独立光伏系统还包括储能设备，如铅酸电池、锂离子电池等。
这些设备能够储存光伏组件产生的电能，并在需要时释放，从而确保系统的连续供电。
储能设备的容量和性能直接影响到系统的供电能力和稳定性。
此外，独立光伏系统还需要配备相应的控制设备和保护设备，如充电器、逆变器、断路器、防雷装置等。
这些设备能够保护系统免受过流、过压、短路等电气故障的影响，确保系统的安全稳定运行。
总的来说，独立光伏系统是一种高效、环保、可持续的电力解决方案，特别适用于偏远地区、无电网覆盖的地方，以及需要备用电源的场合。
随着光伏技术的不断发展和成本的降低，独立光伏系统的应用前景将越来越广阔。
光伏发电类型
1、集中式光伏
集中式光伏发电系统就是在丘陵山坡戈壁沙漠或海面上的大片光伏电站，应为电的长距
离输送需要高压，光伏电站发电的功率是一定的，电压越高电流越小输送过程中的电能损失就越小，输送过程中发热就耗电，所以电站发出的电需要高中压线路直接输送到高压电网，再由高压电网统一分配给用户供电。
2、分布式光伏
主要安装在居民及厂房屋顶，多用并网系统，电站发出来的电通过低压线路直接到用电负荷，多余的电通过高压电网来调节。
常见的分布式光伏布置主要以屋面安装为主根据各种建筑屋面的不同又可分为上人水泥平面屋面安装，非上人水泥屋面安装，彩钢瓦屋面安装，BIPV一体化屋面及幕墙安装。
3、独立式光伏
独立发电，不并入电网，规模小，发电量小。
独立光伏发电系统是一种孤立的发电系统，主要用于无电的偏远地区，主要目的是解决无电问题。
其供电可靠性受气候、负荷等因素影响较大，供电稳定性相对较差。
在许多情况下，需要安装能量存储和能量处理设备。
原标题：光伏发电类型。
光伏发电系统的分类
光伏发电系统的分类
答：光伏发电系统可以根据其应用形式、规模和负载类型进行分类。
一般分为独立系统、并网系统和混合系统。
以下是这三种系统的详细分类：
1.独立系统。
这种系统不依赖于公共电网，能够将太阳能直接转换为电能并储
存起来，适用于偏远地区或没有电网连接的地方。
独立系统可以是小型系统，如个人使用的太阳能充电器，也可以是大型系统，如工业、商业或公共设施的供电系统。
2.并网系统。
这种系统通过逆变器将太阳能产生的直流电转换为交流电，然后
并入公共电网。
并网系统可以是简单的直流系统，也可以是将电能同时并入电网和储存起来的混合系统。
并网系统的主要优势是可以在电网供电不稳定或不足时，利用太阳能发电，保证电力供应的连续性和稳定性。
3.混合系统。
混合系统结合了独立系统和并网系统的特点，既可以将多余的太
阳能电力储存起来，也可以在电网供电不足时使用储存的电力。
混合系统适用于那些需要同时考虑自发自用和向电网售电的场合。
离网(独立)-型光伏发电系统设计与简易计算方法
离网(独立)-型光伏发电系统设计与简易计算方法乛、離网(独立) 型光伏发电系统(一) 前言：光伏发电系统的设计与计算涉及的影响因素较多，不仅与光伏电站所在地区的光照条件、地理位置、气侯条件、空气质量有关，也与电器负荷功率、用电时间有关，还与需要確保供电的阴雨天数有关，其它尚与光伏组件的朝向、倾角、表面清洁度、环境温度等等因素有关。
而这些因素中，例如光照条件、气候、电器用电状况等主要因素均极不稳定，因此严格地讲，離网光伏电站要十分严格地保持光伏发电量与用电量之间的始终平衡是不可能的。
離网电站的设计计算只能按统计性数据进行设计计算，而通过蓄电池电量的变化调节两者的不平衡使之在发电量与用电量之间达到统计性的平衡。
(二) 设计计算依椐：光伏电站所在地理位置(緯度) 、年平均光辐射量F或年平均每日辐射量f(f=F/365) (详见表1)我国不同地区水平面上光辐射量与日照时间资料表1地区类别地区年平均光辐射量F年平均光照时间H(小时)年平均每天辐射量f(MJ/m2)年平均每天光照时间h(小时)年平均每天1kw/m2峰光照时间h1(小时) MJ/m2 .Kwh/m2一宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部、6680-8401855-23333200-33018.3-23.08.7-9.0 5.0-6.3(印度、巴基斯坦北部)二河北西北部、山西北部、内蒙南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆西部5852-6681625-18553000-32016.0-18.38.2-8.7 4.5-5.1三山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、江5016-58521393-16252200-30013.7-16.06.0-8.2 3.8-4.5苏北部、安徽北部、台湾西南部四湖南、湖北、广西、江西、淅江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、台湾东北部4190-50161163-13931400-22011.5-13.73.8-6.0 3.2-3.8五四川、贵州3344-4190928-11631000-1409.16-11.52.7-3.8 2.5-3.2注：1)1 kwh=3.6MJ；亻2)f=F(MJ/m2 )/365天；3)h=H/365天；4) h1=F(KWh)/365(天)/1000(kw/m2 ) (小时) ；3) 5)表中所列为各地水平面上的辐射量，在倾斜光伏组件上的辐射量比水平面上辐射量多。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0 引言随着时代的发展和进步,人类对能源的需求越来越多。
然而煤、石油、天然气等传统能源是有限的,能源问题已经成为一个刻不容缓的问题,因此也对人类提出了两个要求,一是节约能源,二是开发新能源。
而开发新能源才是解决能源问题的根本,太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,各发达国家已经投入了大量的人力、物力进行研究开发和应用。
目前,在独立运行的光伏发电系统中,普遍采用的结构如图1所示,首先利用太阳能电池来收集太阳能,再经过DC/DC变换器给蓄电池充电,由于蓄电池的电压较低,往往无法满足逆变的要求,因此还需要一个升压变换器,将直流电压升高,最后再通过逆变器将直流电转化为220V/50Hz的交流电供用户使用。
然而,在利用太阳能电池给蓄电池充电的过程中,一方面,由于太阳能电池的输出特性,其工作点并不是时刻工作在最大功率点附近,从而造成了太阳能电池能量的浪费,而最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)恰恰能解决这一问题;另一方面,统计资料显示,由于充放电控制不合理导致的蓄电池提前失效占蓄电池总失效数的85%左右,从而蓄电池的充放电管理就显得尤为重要。
因此,在设计太阳能充电器时,在注重太阳能电池最大功率点跟踪的同时,又要考虑蓄电池的充放电特性。
本文在给出了独立型光伏系统设计的同时,又着重研究了太阳能电池的最大功率点跟踪和蓄电池的管理。
图1 独立运行光伏发电系统框图1 独立型光伏系统的设计由于设计的是独立型的光伏转换系统,因此蓄电池是必不可少的一部份,因此在太阳能电池和蓄电池之间加入一级DC/DC变换器(充电器)以实现最大功率点跟踪和蓄电池的充放电管理。
另外由于英飞凌论文竞赛的限定配置为4节12V/7Ah的铅酸蓄电池,因此无论4节电池如何串、并联组合,其输出电压都无法达到满足逆变要求的直流母线电压,因此在蓄电池和逆变器输入之间还需要加入一级升压电路,以提升直流侧电压。
所以加上最后的逆变器,从太阳能电池的输出到系统的输出,太阳能经过了三级变换,分别是DC/DC变换、升压变换、逆变。
如果从蓄电池的输出到系统输出算起,蓄电池能量经过了两级变换,分别是升压和逆变。
这三级变换器在此应用中也是必不可少的,都有各自的功能和作用:DC/DC变换器实现MPPT和蓄电池的充电管理;升压变换器提升直流侧电压和实现对蓄电池的放电管理;逆变器将直流侧电压逆变为交流电压。
因此为本组采用了这种比较传统的三级式系统构架,系统框图如图2所示。
这种构架的特点是可靠、控制相对独立简单,便于系统的软件硬件的模块化设计。
图2 独立运行光伏发电系统控制框图1.1 充电器拓扑的选择在本文所设计的独立运行的光伏转换系统中，需要蓄电池储存太阳能电池的能量，以备在没有日照的情况下使用。
那么蓄电池就成了独立光伏系统中必不可少的一个组成部分，采用4节12V、7Ah的铅酸蓄电池两串两并组成，蓄电池组电压为24V。
厂家提供的太阳能电池板的输出开路电压为43.5V，在额定工作条件下的最大功率点所对应的电压为34.8V，电流为4.89A，功率为170W，由于太阳能电池最大功率时的电压大于选定的蓄电池组电压，因此选用Buck变换器作为充电电路，如图2所示，并在太阳能电池板的输出端串联一个二极管VDr，防止蓄电池的能量向太阳能电池反灌，损坏PV板。
另外由于Buck变换器的输入电流断续，因此在Buck变换器的输入端并联一个容值较大的电解电容，使太阳能电池的输出电流连续。
1.2 升压变换器拓扑的选择可以实现升压的变换器有Boost变换器、推挽变换器、全桥变换器、半桥变换器、单管正激和双管正激变换器等。
其中Boost是输入输出不隔离的,其他五个都是隔离型的变换器,为了同时实现升压和隔离的功能,因此Boost变换器被排除掉。
而剩下的几种变换器中,单管正激不适合这种1000W的功率等级,因此也被排除掉。
全桥、半桥、双管正激变换器又比较适合高压向低压变换的场合,而本系统的输入为直流24V蓄电池电压,输出为交流380V,其输入侧的电压较低,电流较大,以上三种变换器并不适合,因此只剩下最适合这种低压大电流场合的推挽变换器。
而推挽变换器采用推挽正激变换器又存在变压器偏磁的问题,为了解决这个问题,对推挽电路做了一点改进,在原有电路的基础上加了一个箝位电容C2,成了推挽正激电路。
推挽正激电路的优点是,既保留了推挽电路适合低电压大电流的输入场合特点,又由于箝位电容C2的存在可以很好地控制原边开关的电压尖峰,有效地抑制了推挽电路变压器偏磁,因此升压变换器采用推挽正激电路。
1.3 逆变器拓扑选择常用逆变器的拓扑有全桥和半桥两种形式。
全桥逆变电路的特点是适合大功率、高压输入场合,另外它还有直流电压利用率高的优点。
由于全桥比半桥具有更高的直流电压利用率,因此在本系统中采用全桥逆变电路。
1.4 控制资源的分配基于以上的系统构架和拓扑选择,又对控制资源进行了配置。
这里采用两个以英飞凌单片机为核心的控制板。
(1)其中一个控制板用于控制充电器和升压变换器,它要实现以下功能:①最大功率跟踪;②蓄电池充电管理及过充、过放保护;③升压电路输出稳压及保护。
这块控制板采样太阳能电池输出电压和输出电流,用以寻找太阳能电池的最大功率点(MPP);对变换器的输出电流和蓄电池的电压进行采样,用于蓄电池的充放电管理。
另外通过采样变换器的输出电压,通过MCU计算后得出占空比,控制其输出电压稳定在380V,以供后边的逆变器可以逆变出220V/50Hz的交流电压。
(2)另一个控制板用于控制逆变器,它实现以下功能:①双极性SPWM控制;②输出过流保护。
逆变器的控制板采样输出电压,送入MCU,在MCU中,采取全数字双极性SPWM的控制策略,MCU输出的占空比经过驱动电路去驱动全桥的四个IGBT,使逆变器输出电压达到要求。
还要对逆变器输出电流采样,进行过流保护。
另外值得一提的是,充电器和升压电路的控制共同使用一块控制板,此控制板和逆变器的控制使用的另一块控制板在硬件上是完全一样的,都是采用XC164SM为核心,只是软件有所不同而已,所以控制板具有良好的通用性与互换性。
控制电路的核心选用英飞凌公司的16位单片机XC164SM,其时钟频率为40MHz,它具有强大的外设资源,其中包括一个ADC模块,支持16路信号的采样,AD转换结果的精度为10位或8位,AD转换速度最快为1.65μs;它还有两个捕获比较单元,用它既可以产生PWM信号,又可以实现对外部脉冲信号进行捕获;另外还具有两个定时器模块,它不仅可以产生定时中断,还可以对外部的脉冲信号进行计数;它还包括两个同步并行通信接口(SPI)和两个同步串行通信接口(SCI),利用这些接口可以实现单片机与上位机以及外部设备的通讯。
2 独立光伏发电系统关键技术研究2.1 最大功率点跟踪最大功率点跟踪的方法有许多,例如恒压法、开路电压法、短路电流法、曲线拟合法、扰动观察法、电导增量法等。
但是常用的且在真正意义上能实现最大功率点跟踪的方法只有扰动观察法和电导增量法。
(1)太阳能仿真模型的建立为了更好理解最大功率点的方法,在这里先介绍一下太阳能电池的一些特性。
图3为太阳能电池的输出特性曲线,Uoc、Isc、Um、Im分别为一定外部条件下太阳能电池的开路电压、短路电流、最大功率点所对应的电压和电流,A点为最大功率点。
图4为太阳能电池的等效电路模型,其解析表达式如公式(1)所示:图3 太阳能电池I-U曲线图4 太阳能电池等效电路（1）式(1)中,Iph为太阳能电池光生电流,Isat为电池单元的二极管反向饱和电流,A为无量纲的任意曲线的拟合常数,其取值范围为1≤A≤2,一般当太阳能电池输出高电压时A=1;当太阳能电池输出低电压时A=2,k为波尔兹曼常数,T为太阳能电池的绝对温度,q为电子电量,Rs 为串联等效电阻,Rsh为并联等效电阻,I为太阳能电池输出电流,U为太阳能电池输出电压。
式(1)是由固体物理理论推导出来的最基本的解析表达式,能较好地描述太阳能电池在一般工作状态下的特性,已被广泛应用于太阳能电池的理论分析中。
因此根据太阳能电池的等效电路及其I-U特性方程,在MATLAB中建立模型,如图5所示。
图5 太阳能电池仿真模型而图6和图7分别为在MATLAB中所建立的太阳能电池模型仿真的I-U和P-U曲线,由以上两个曲线可以看出在MATLAB中建立的仿真模型很好地模拟了太阳能电池的输出特性,最大功率点在35.5V左右,最大功率为155W。
因此可以运用此模型在MATLAB中对MPPT 算法进行仿真。
图6 太阳能电池仿真模型的I-U曲线图7 太阳能电池仿真模型的P-U 曲线(2)扰动观察法扰动观察法是一种常用的实现MPPT方法,它通过改变太阳能电池的输出电压,给以一定的扰动,实时采样太阳能电池的输出电压和电流,计算它们的乘积,得到太阳能电池此刻的输出功率,将其和上一采样时刻的功率相比较,如果大于上一时刻的功率,则维持原来电压扰动的方向;如果小于上一时刻的功率,则改变电压扰动的方向。
这样就确保了太阳能电池的输出电压朝着输出功率增大的方向变化,从而实现最大功率跟踪。
扰动观察法(P&O)的算法流程见图8所示,UP(k)、IP(k)、P(k)分别为第k次采样的太阳能电池输出电压、电流和功率,△P为两次采样的功率差,△U为太阳能电池输出电压扰动量。
图8 扰动观察法程序流程图根据扰动观察法的算法特点运用先前建立的太阳能充电器模型,再运用MATLAB进行算法的仿真。
图9和图10分别为扰动观察仿真得到的太阳能电池输出电压和输出功率的曲线,从仿真结果可以看出,所设计的扰动观察法的算法使太阳能电池的输出电压在35.5V左右波动,使输出功率基本在155W左右波动,所以通过仿真验证了此扰动观察MPPT算法的正确性和可行性。
图9 P&O法仿真太阳能电池输出电压图10 P&O法仿真太阳能电池输出功率(3)电导增量法电导增量法(INC)是另一种常用的MPPT算法。
其思想主要是通过比较某一时刻的电导和增量电导的关系来改变扰动的方向。
某一时刻电导和增量电导的关系反映了此时的太阳能电池的工作状态是最大功率点(MPP)的左边还是右边,从而据此来改变扰动的方向。
根据太阳能电池的U-P特性曲线可知,在最大功率点处的功率对电压的倒数为零,在最大功率点的左边倒数为正,在最大功率点的右边倒数为负。
而dP/dU又可以表示为以下形式: (2)I/U和ΔI/ΔU分别被成为电导和增量电导,通过判断I/U+ΔI/ΔU与0的关系来确定电压扰动的方向。
当I/U+ΔI/ΔU>0，增大太阳能电池的电压，当I/U+ΔI/ΔU=0，维持太阳能电池不变，当I/U+ΔI/ΔU<0，减小太阳能电池电压，从而实现最大功率跟踪。