光伏发电报告

优化理论与最优控制

光伏发电综述

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专业: 控制理论与控制工程

2012年7月4日

摘要:在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,人们渴望用取之不尽,用之不竭的可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术, 能满足人类的需要。太阳能光伏发电作为一种既清洁又环保的绿色能源,是近期急需的能源补充,又是未来能源结构的基础。然而，光伏电池的输出特性具有强烈的非线性，且受外界环境因素影响大，所以如何有效的利用太阳能，提高太阳能利用效率，成为太阳能利用中一个迫切需要解决的问题。本文以光伏发电系统为研究对象，介绍了太阳能光伏发电的原理、光伏发电系统的运行方式，以最大效率利用太阳能为主要目标，展开了光伏发电系统效率最优化的理论和实验研究。

关键词:太阳能；光伏发电；最优化；MATLAB仿真

Abstract: Today,energy sources dried up and environmental pollution is more and more severe.People are longing for that renewable energy sources take the place of rule energy sources.But photovoltaic technology can be satisfied with human beings. As a cleaning energy,solar PV system is not only supplementary in the near future soures,but also is grounding in the f uture sources struction.However,as the output characteristic of photovoltaic cells is non-linear,and be easily influenced by the outer environment,how to make the use of solar energy more effective has become a difficult problem in this area.This paper tries to study photovoltaic system with the target of maximizing the efficiency of solar energy,and both the theoretical and experimental research of photovoltaic system efficiency optimization has been done. Key words: Solar enegy;PV generate electricity;Optimization;MATLAB Simulation

一光伏发电的发展进程

随着全球工业化的进程,人类对能源需求在不断增长。回顾100年间能源工业的发展历史,可以清楚地看到,整个能源工业的消耗主要以化石能源为主。人类正在消耗地球50万年历史中积累的有限能源资源。煤和石油作为能源的载体,极大地解放了生产力,推动了全世界工业化的进程,同时也向人类敲响了常规能源已面临枯竭的警钟[2]。

据国际能源权威年鉴《BP世界能源统计》2005年6月发布的数据显示,2004年世界一次能源消耗量为1.02*1010t石油量。到2005年底,世界石油可采量为45年,天然气可采量为61年, 煤炭可采量为230年。图1为我国与世界主要常规能源储量预测图[3]。

图1 我国与世界主要常规能源储量预测图

从图1可以看出,全球常规能源可开采量已屈指可数。中国的常规能源远远低于世界平均水平,约为世界总储量的10%。这些传统的燃料能源一天天减少，也与此同时全球还有约20亿人得不到正常的能源供应[11]。这个时候把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。

在现实中，太阳能、风能、生物质能成为三大最为看好的可再生能源品种。上世纪80年代，风能、太阳能、现代生物质能等技术应用和产业也在政府的支持下稳步发展，而近几年，太阳能以其独有的优势成为人们关注的焦点。丰富的太阳辐射能，是取之不尽用之不竭、无污染、廉价的能源。太阳能每秒钟投射到地球上的能量高达1.757*1017J，假如把地表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6*1012kWh，相当于目前世界上能耗的40倍[4]。因此世界上许多发达国家和部分发展中国家都十分重视太阳能在未来能源供应中的重要作用。二光伏发电的组成和分类

2.1太阳能光伏发电与传统发电方式相比具有下列优点:

(1)数量巨大。每年到达地球表面的太阳辐射能约为1.8*1014t标准煤,即约为目前全世界所消费的各种能量总和的1*104倍。

(2)清洁干净。太阳能安全卫生,对环境无污染, 不损害生态环境, 是当之无愧的“清洁能源”。

(3)获取方便。太阳能分布广泛,既不需开采和挖掘,又不用运输,对解决边远山区以及交通不便的乡村、海岛的能源供应具有很大的优越性。

(4)时间长久。只要有太阳,就有太阳辐射能,因此是取之不尽,用之不竭的能源。

2.2 光伏发电系统的组成

光伏发电系统是利用光伏电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。

太阳能电池板：是光伏发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供伏在使用或存储于电池内备用。

太阳能控制器：太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电（由于天气的原因，光伏电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定）。

逆变器：逆变器的作用就是将光伏电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220V交流电，供给交流负载使用。

蓄电池（组）：蓄电池（组）的作用是将光伏阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。在光伏发电中，蓄电池处于浮充放点状态，当日照量大时，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电；当日照亮小时，这部分储存的能量将逐步放出。

2.3 光伏发电系统按与电力系统的关系分类，通常分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。

（1）独立供电的光伏发电系统

整个独立供电的光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成。太阳能电池板作为系统中的核心部分，尤其是将太阳能直接转换成直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照的情况下输出能量。

图1-1 独立运行的光伏发电系统结构框图

（2）并网光伏发电系统