光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】,發(fā)電,系統(tǒng),監(jiān)控,裝置,設(shè)計(jì),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書,開題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 編號： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 光伏發(fā)電系統(tǒng) 監(jiān)控裝置設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名： 李東琪 學(xué) 號： 1200120314 指導(dǎo)教師： 羅 奕 職 稱： 高 工 題目類型： □ 理論研究 □ 實(shí)驗(yàn)研究 □ 工程設(shè)計(jì) □√ 工程技術(shù)研究 □ 軟件開發(fā) 2016年 6 月 3 日 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 I 頁 摘 要 近年來 ， 在全球 能源危機(jī)不斷 加劇的情況下 ，世界上很多國家開始投入對新能源的探索和發(fā)展，我國也緊隨其步伐，制定了相關(guān)的發(fā)展及推廣使用計(jì)劃 ，明確了發(fā)展安全清潔高效的現(xiàn)代能源技術(shù)，推動新能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命。 在太陽能 光伏發(fā)電 的應(yīng)用領(lǐng)域，保證太陽能發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行是基礎(chǔ) ,也是提高太陽能 轉(zhuǎn)換率必需具備的條件， 所以工作狀態(tài)監(jiān)控是太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分 。 本文通過對目前太陽能發(fā)電技術(shù) 的發(fā)展背景以及 現(xiàn)狀的分析，結(jié)合相關(guān)理論知識，對離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析， 并結(jié)合智能電網(wǎng)的大主題， 設(shè)計(jì)了一套基于 片機(jī)的智能化太陽能監(jiān)控裝置，其主要功能包括了對光伏方陣工作溫度、工作電壓、工作電流 以及 環(huán)境光照強(qiáng)度的參數(shù)進(jìn)行采集，并通過 線傳輸至 ，供工作人員 實(shí)時(shí) 分析及控制，對于其中的溫度、光強(qiáng)采集制作了硬件演示設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了 對參數(shù)的采集和顯示，同時(shí)通過上位機(jī) 與下位機(jī)之間的串口通信實(shí)現(xiàn)了人機(jī)互動 。課題還針對太陽能的最大功率跟蹤、 提高 太陽能轉(zhuǎn)換效率的 解決辦法 、溫度控制充電電壓等典型問題提出了可行性策略 。 關(guān)鍵詞： 太陽能； 光伏； 單片機(jī)；監(jiān)控， 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 n to in a of of is of In of s to of is it is a of of So is an of of of of is of s of a of of s it to C to s to C of of of so 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I .................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 陽能發(fā)電技術(shù) ........................................................................................................... 1 ................................................................................................................... 1 ....................................................................................................... 1 陽能發(fā)電監(jiān)控裝置 .................................................................................................. 2 文主要研究內(nèi)容 ...................................................................................................... 3 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................... 4 伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及 原理 .......................................................................................... 4 池單元 ...................................................................................................................... 5 ................................................................................................... 5 ........................................................................................... 6 ................................................................................................... 6 制器單元 .................................................................................................................. 6 變器單元 .................................................................................................................. 7 ........................................................................................................... 7 ................................................................................................... 7 ................................................................................................... 8 ............................................................................................... 8 電池儲能單元 .......................................................................................................... 9 ........................................................................................... 9 制充電電壓策略 ......................................................................................... 10 3 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................... 11 伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)分析 .................................................................................... 11 溫裝置設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 11 ................................................................................................................. 11 ............................................................................................................. 12 源電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 16 ......................................................................................................... 16 ................................................................................................................. 16 ................................................................................................................. 17 ................................................................................................................. 18 ................................................................................................................. 19 流電壓電流檢測電路設(shè)計(jì) .................................................................................... 19 ......................................................................................................... 19 ................................................................................................. 20 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目錄 ................................................................................................. 20 流電壓檢測設(shè)計(jì) ................................................................................................ 22 大功率點(diǎn)跟蹤電路設(shè)計(jì) ........................................................................................ 22 ................................................................................................................. 22 ......................................................................................................... 22 ......................................................................................................... 23 陽光照強(qiáng)度測量電路設(shè)計(jì) .................................................................................... 25 ................................................................................................................. 25 ............................................................................................................. 25 4 硬件制作及調(diào)試 ....................................................................................... 26 件制作 .................................................................................................................... 26 件調(diào)試 .................................................................................................................... 26 5 軟件程序設(shè)計(jì) ........................................................................................... 28 位機(jī)設(shè)計(jì)可行性分析 ............................................................................................ 28 始化設(shè)計(jì) ................................................................................................................ 28 ............................................................................................. 28 ............................................................................................. 28 ................................................................................................. 29 ................................................................................................. 30 口設(shè)置 .................................................................................................................... 30 度、光強(qiáng)處理方案 ................................................................................................ 31 制下位機(jī)設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 34 面設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 34 ................................................................................................. 34 ......................................................................................................... 35 位機(jī)程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 36 ............................................................................................................. 36 ................................................................................................. 37 6 結(jié)束語 ....................................................................................................... 40 致 謝 ............................................................................................................. 41 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................... 42 附錄一 硬件演示設(shè)備原理圖 ....................................................................... 43 附錄二 硬件演示設(shè)備 ....................................................................... 44 附錄三 太陽能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 ........................................................... 45 附錄四 硬件演示設(shè)備源程序 ....................................................................... 46 附錄五 元件清單 ........................................................................................... 70 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁 共 70 頁 1 緒論 陽能發(fā)電技術(shù) 隨著人類在科技領(lǐng)域的發(fā)展以及社會的進(jìn)步，對新能源的要求逐日增加，如何選擇新型能源，已經(jīng)成為了人類所亟待解決的問題。在當(dāng)前所使用的能源中，火電占了大部分比例，但伴隨而來 的是環(huán)境的污染以及將來可能面臨資源枯竭的 危險(xiǎn)，而水電和核電也由于種種局限性 ， 不能成為 主要使用 能源 。 而太陽能 則是 通過太陽的 光照使光方陣進(jìn)行光電 變換來產(chǎn)生 電能。 這種方式 與其他發(fā)電 方式不一樣的是 ，它具有 取之不盡用之不竭 、 不產(chǎn)生任何污染物的特點(diǎn) ， 在地域上不受任何資源分布限制； 在使用方面， 可根據(jù) 需求設(shè)立發(fā)電點(diǎn)； 電能 質(zhì)量比較高； 轉(zhuǎn)換時(shí)間 時(shí)間短?？偠灾?，太陽能具有極大優(yōu)點(diǎn)，是未來能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和應(yīng)對氣候日益惡劣的最優(yōu)能源 。 目前，世界上很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家都對本國的光伏產(chǎn)業(yè)提出了發(fā)展規(guī)劃。近鄰日本，在 2004 年 6 月份有日本 能源發(fā)展組織提出了《面向 2030 光伏路線圖 》 即劃，這一規(guī)劃的具體目標(biāo)是：到達(dá) 2030 年后，安裝的太陽能電池組件達(dá)到約 100使光伏技術(shù)成為日本最為關(guān)鍵的技術(shù)之一； 在 2004年 3月份，歐盟的聯(lián)合研究中心發(fā)布了《歐洲光伏研發(fā)路線圖》 ， 這一報(bào)道指出，預(yù)計(jì)到 2030年，歐盟等國的通過太陽能發(fā)電產(chǎn)生的電能將占總電量的 10%以上，到 2040 年為止，這一指標(biāo)將上升到 20%，到 21 世紀(jì)末，要突破 60%；在 2007 年的 6 月，美國的相關(guān)機(jī)構(gòu)也提出了關(guān)于發(fā)展太陽能的《國家太陽能項(xiàng)目路線圖》，針對美國國內(nèi)幾種 重要太陽能電池，從價(jià)格、可靠度、工作效率、發(fā)電成本等方面分別提出了規(guī)劃。 我國也于 2007 年由國家發(fā)改委提出了《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》 這一規(guī)劃提出了未來光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的中長期目標(biāo)：預(yù)計(jì)到 2015年累計(jì)安裝量達(dá)到 250 2020年安裝要能夠達(dá)到 1600實(shí)際安裝情況已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)想計(jì)劃，到 2015年止，我國太陽能安裝量已達(dá) 19 2012 年，國家工信部公布了《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》這一報(bào)告，報(bào)告提出了對各大光伏企業(yè)的要求， 要求到2015年止，多晶硅領(lǐng)先企業(yè)要達(dá)到 5萬噸級，骨干企業(yè) 達(dá)到萬噸級；太陽能電池企業(yè)安裝量達(dá)到 5 ，整體成本下降約 35%。雖然我國光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚，但基于政府的政策扶植和其他發(fā)展國家市場的帶動，使得我國光伏生產(chǎn)能力也迅速增長，可以預(yù)期， 21世紀(jì)末期，太陽能將成為各國使用的主要能源。 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)主要是利用率太陽光照在半導(dǎo)體的 上，發(fā)生光生伏 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁 共 70 頁 打效應(yīng) ， 從而 產(chǎn)生了電壓差。當(dāng)前，典型的光伏發(fā)電方式一共有兩種，一種是光能轉(zhuǎn)換為電能，這一過程是直接轉(zhuǎn)換 的 ， 利用的就是光生伏打效應(yīng)，太陽能電池相當(dāng)于一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)光電二極管接受到 照射時(shí)，光電二極管便將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生電流，很多種這樣的電池通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接在一起，就形成了太陽能發(fā)電方陣。 另外一種發(fā)電方式則是通過熱能來發(fā)電 ， 其原理是先將光能轉(zhuǎn)化為熱能，然后再 由 熱能 驅(qū)動蒸汽機(jī) 產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，這一過程與火力發(fā)電類似，但是效率不高且成本較高。 近 年來，光伏系統(tǒng)的應(yīng)用大體可分為離網(wǎng)系統(tǒng)與并網(wǎng)系統(tǒng)。離網(wǎng)系統(tǒng)就是我們所說的獨(dú)立光伏系統(tǒng)，這一系統(tǒng)是完全依賴太陽能進(jìn)行供電的，也是太陽能領(lǐng)域最主要的一種系統(tǒng)，在 2000 年 之前，離網(wǎng)系統(tǒng)的安裝量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過并網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)今在很多較為偏遠(yuǎn)的 地方離網(wǎng)系統(tǒng)依舊發(fā)揮著不可取代的作用。 最簡單的離網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以看成光伏方陣與負(fù)載的直接連接，這中間并沒有 蓄電池等儲能設(shè)備，所以這種直連系統(tǒng)只有在有光照的地方才能工作， 框圖如 1 負(fù) 載光 伏 電 池圖 1并網(wǎng)光伏系統(tǒng)最是將用戶光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，在太陽光 強(qiáng)度很大的時(shí)候 ，系統(tǒng)直接為負(fù)載提供電能，并且將多余的電能 通過線纜 傳入公網(wǎng)，當(dāng)無光照或者光照不足時(shí)則由電網(wǎng)向用戶提供電能，這類光伏系統(tǒng)一般占地較小，可節(jié)約土地資源，同時(shí)也避免了遠(yuǎn)距離供電導(dǎo)致的電 路損耗，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1示。與離網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，并網(wǎng)式系統(tǒng)是光伏系統(tǒng)的應(yīng)用正式進(jìn)入城市的能源體系的象征。 負(fù) 載光 伏 電 池電 網(wǎng)1陽能發(fā)電監(jiān)控裝置 太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換率低一直是太陽能發(fā)展道路上的一塊障礙，因此在 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁 共 70 頁 對太陽能應(yīng)用的研究中，對提高轉(zhuǎn)換率的研究一直占有主要地位。目前提高轉(zhuǎn)換率的方式有以下三種：一是通過研究太陽能電池的工藝、材料來提高轉(zhuǎn)換率；二是根據(jù)太陽的方位來調(diào)節(jié)太陽能板，使之能保持與照射光垂直，來獲取最大的照射度 ；三則是通過采集、分析、控制的方式，使光伏系統(tǒng)始終處于能源最大利用率狀態(tài)，這就需要開發(fā)良好的監(jiān)控裝置以達(dá)到對系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制。 目前， 監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式主要有有線傳輸和無線傳輸，其中無線傳輸主要是通過無線電臺或者無線通信網(wǎng)絡(luò)來傳輸，這種方式抗干擾性較差；有線傳輸則是通過工業(yè)總線來實(shí)施現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸及控制，這種方式抗干擾能力較無線通信強(qiáng)，傳輸速度快捷，設(shè)備簡單，但是受到距離限制，較遠(yuǎn)地區(qū)則無法使用。本文采用 文主要研究內(nèi)容 本文介紹了光伏發(fā)電系 統(tǒng)的發(fā)展背景，對各個組成部分進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了一套獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對其中的采集控制系統(tǒng)進(jìn)行了具體的研究設(shè)計(jì)，工作包括對工作電壓、電流、光照強(qiáng)度、溫度的采集以及相關(guān)原理圖、 告詳細(xì)說明了制作溫度、光強(qiáng)采集電路的過程及調(diào)試方法。對追蹤最大功率輸出問題和溫度控制太陽能電池充放電問題提出了相關(guān)設(shè)計(jì)和策略。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 72 頁 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理 光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由五部分組成：太陽能發(fā)電方陣、蓄電池、控制器、逆變器、交直流負(fù)載。 其中，太陽能電池組件和蓄電池起電源的作用，在 光照強(qiáng)度大時(shí)，太陽能電池為雙負(fù)載供電，并將多 余 電力轉(zhuǎn)入蓄電池，而當(dāng)光照強(qiáng)度低時(shí)，蓄電池轉(zhuǎn)入電網(wǎng)為雙負(fù)載供電；控制器和逆變器除了各自所具備的功能外都具有控制保護(hù)系統(tǒng)的作用，控制器主要是為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控和控制，包括對工作電壓電流、實(shí)時(shí)的光照強(qiáng)度等進(jìn)行采集。逆變器 的作用是將 直流變交流，同時(shí)也起到對電路的保護(hù)作用；負(fù)載部分為系統(tǒng)的終端， 包括 直流負(fù)載和交流負(fù)載。 在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其工作方式一般有如下三種： （ 1）單電源雙負(fù)載運(yùn)行模式 （ 2）雙電源補(bǔ)給式供電模式 （ 3）蓄電池充電模式 第一種模式中，有兩種工作 環(huán)境，即光照強(qiáng)度大時(shí)和無光照環(huán)境。當(dāng)光照強(qiáng)度大時(shí)，太陽能電池為雙負(fù)載供電同時(shí)將多余電量充入蓄電池；而在無光照情況下，光伏方陣不工作，只有蓄電池工作，為雙負(fù)載提供電力。 第二種模式是在光照強(qiáng)度不強(qiáng)時(shí)所選用的一種工作方式，此時(shí)太陽能電池產(chǎn)生能量低，不能夠滿足負(fù)載，所以需要和儲能裝置一起工作為負(fù)載供電。 第三種模式是在光照不足且蓄電池沒電時(shí)所啟用的一種工作方式，此時(shí)需要關(guān)閉負(fù)載，先為蓄電池充電，待到蓄電池充滿后在啟用第二種工作模式。系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)如圖 2 控制器蓄 電 池光 伏 方 陣 直 流 負(fù) 載交 流 負(fù) 載逆 變 器圖 2立光伏系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 共 70 頁 池單元 太陽能電池的作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，目前，它已經(jīng)在人們生活的各個領(lǐng)域廣泛使用，所以，從不同的角度出發(fā)，可以分為較多類別。 1. 按制作材料分類 從制作材料的角度出發(fā)，可以 把 太陽能電池分為由硅材料制作以及由化合物制作的太陽能電池，其中，硅太陽能電池是我們較為常用的，由于原料在大自然中含量很高，且具有重量輕、高硬度的特點(diǎn)，同時(shí)對環(huán)境幾乎沒有任何影響，所以較化合物太陽能電池具有廣泛的使用價(jià)值。 單晶硅太陽能電池是發(fā)展較為早的一種太陽能 電池，技術(shù)相比其他電池成熟，性能也較為穩(wěn)定，但造價(jià)比較高，年產(chǎn)量已經(jīng)被低成本的多晶硅太陽能電池超越，但依舊占有很高的市場比重。 雙晶硅太陽能電池是與單晶硅電池制作工藝不同的一種低成本的電池，它制作時(shí)先將高純硅熔成塊型硅錠，再使用切割機(jī)將其切片，制成電池，這種電池轉(zhuǎn)化率較低，一般在 17%間，但由于其低成本的優(yōu)點(diǎn)已使雙晶硅電池成為市場中所占比重較高的電池。 非晶硅太陽能電池相比單晶硅和雙晶硅電池，它具有很薄的厚度，切割起來容易，制作流程簡單，大大節(jié)省了硅材料的供應(yīng)，降低了制作成本，但它的能源轉(zhuǎn)化率較低 ，僅有約 6%同時(shí)由于非晶硅的材料硬度和熔點(diǎn)都不高，所以在特定環(huán)境使用會受到限制。目前這種太陽能電池還未大面積推廣使用。 微晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率較非晶硅電池高，且不具有光致衰退效應(yīng)，但目前還不具有大規(guī)模生產(chǎn)的條件。 化合物太陽能電池主要 利用的 是半導(dǎo)體 材料 ， 常用的化合物光伏電池有砷化鎵電池 、 碲化鎘電池 、 銅銦錫電池等 。 2. 按用途分類 從使用用途方面考慮，可分為兩類，一類是地面太陽能電池，這種光伏電池一般用于地面，使用較為廣泛，應(yīng)用于生活的很多方面，其性價(jià)比一般較高。另一類是空間太陽能電池。這種太陽能電 池主要用于航天器、太空站、太空機(jī)器人等，這些太陽能電池往往要具備重量輕、抗高溫、抗沖擊、不具有光致衰弱等特點(diǎn)，常用的有單晶硅、砷化鎵光伏電池。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁 共 70 頁 太陽能電池的作用是將自然界中的太陽能轉(zhuǎn)化為供我們使用的電能，這一過程是通過半導(dǎo)體材料來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)太陽照射半導(dǎo)體材料的表面時(shí)，如果太陽光所具有的光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么此時(shí)半導(dǎo)體中的電子就會脫離原子核，在 中形成很多電子 內(nèi)電場的作用下，電子空穴分開形成電位差，這一原理就是光生伏打效應(yīng)。 素 影響太陽能轉(zhuǎn)化效率的原因主要有如下 8 種： （ 1）溫度：太陽能電池中，轉(zhuǎn)換效率受溫度的影響很大，在硅電池中，溫度每上升一度，轉(zhuǎn)換率大約下降 所以保持工作溫度在一定范圍里有助于穩(wěn)定系統(tǒng)的太陽能轉(zhuǎn)換效率。 （ 2）禁帶寬度：禁帶寬度越大，需要的光子能量越高，反之則需要的光子能量越少，轉(zhuǎn)換率越高。 （ 3）光照強(qiáng)度：在特定環(huán)境中，光照強(qiáng)度越大，單位太陽能板表面將產(chǎn)生更多電子 得產(chǎn)生的壓強(qiáng)差更大，因此轉(zhuǎn)換率也隨之增加。 （ 4）金屬柵線：在太陽能板表面，排列著很多條不透光的柵線，減少這些柵線所占用的面 積，可以很好地增大轉(zhuǎn)換率。。 （ 5）表面光反射：硅片表面存在著光反射，降低這部分反射光將使太陽能電池接受更多的照射，因此可以增加有效的涂層，是電池表面的反射率降低，以增大轉(zhuǎn)換率。 制器單元 光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器的主要作用是對太陽能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和控制，通過采集系統(tǒng)在工作時(shí)的各種參數(shù)，了解工作狀態(tài)，并發(fā)出控制指令，同時(shí)控制器也兼?zhèn)淞嗽O(shè)備保護(hù)的功能，其中包括了負(fù)載短路保護(hù)、反向放電保護(hù)、雷電保護(hù)等。對于不同的太陽能系統(tǒng)，所需要的功能不同，控制系統(tǒng)也大不相同，大體可分為以下五種： （ 1） 并聯(lián)型控制器 （ 2） 串聯(lián)型控制器 （ 3） 制型控制器 （ 4） 智能型控制器 （ 5） 最大功率跟蹤型控制器 并聯(lián)型控制器是利用電子元件把太陽能方陣所輸出的能量分流到內(nèi)部并聯(lián)的電阻或功率器上，然后以熱的形式消耗掉，這種控制器由于要耗熱，所以一般只用于小功率系統(tǒng)；串聯(lián)型控制器是利用機(jī)械繼電器來控制充放電過程，用于較高功率的系統(tǒng)；脈寬 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁 共 70 頁 調(diào)制型控制器是指以 沖方式來控制光伏方陣的運(yùn)行；智能型控制器主要是由帶過對光伏系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行采集和分析，并可以配合單片機(jī)的串口通信對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；最大功率跟蹤控制 器是一種通過判斷光伏方陣的工作點(diǎn)是否為最大輸出功率點(diǎn)，來對光伏方陣工作點(diǎn)進(jìn)行改變的一種控制器，這一控制器的優(yōu)點(diǎn)是可以讓光伏矩陣始終以最大功率輸出，充分利用了其輸出能量，增加了光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換率。 本文設(shè)計(jì)的是一套智能型控制器，通過使用可編程的單片機(jī)對系統(tǒng)工作參數(shù)進(jìn)行采集、顯示，通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行接通、斷開等控制，也可以通過單片機(jī)的串口通信進(jìn)行人機(jī)互動。 變器單元 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器所起到的作用是將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電供交流負(fù)載所使用，這一過程是整流電路的逆 過程。 逆變器的種類不同，其分類也較繁多，大體可分為如下 5種： （ 1）判斷逆變器的輸入輸出是否隔離，如果隔離則為隔離型逆變器；如果沒有隔離，則為非隔離型逆變器。 （ 2）根據(jù)輸出的波形來判斷，可分為：方波逆變器、正弦波逆變器以及階梯波逆變器。 （ 3）按照其輸出頻率不同，可以分為三種，即工頻逆變器、高頻逆變器、中頻逆變器。 （ 4）按照輸出是否與公網(wǎng)相連有并網(wǎng)型逆變器和離網(wǎng)型逆變器之分。 （ 5）根據(jù)結(jié)構(gòu)不同有全橋式、半橋式、推挽式逆變器三種。 在以上分類中，我們主要是按照輸出是否接電網(wǎng)來進(jìn)行分類的，即通常分為離網(wǎng) 逆變器和并網(wǎng)逆變器，兩者的硬件結(jié)構(gòu)區(qū)別不大，基本都是由逆變橋、控制電路和濾波電路構(gòu)成，與離網(wǎng)逆變器相比，并網(wǎng)型有較高的輸出要求，它的輸出與公網(wǎng)相連，必須滿足電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定，以防對公網(wǎng)造成影響及諧波污染等問題。它的功能是將電能轉(zhuǎn)換為適合電網(wǎng)使用的一種電能，所以也被稱為功率調(diào)節(jié)單元。 離網(wǎng)型光伏逆變器是指光伏系統(tǒng)與公網(wǎng)斷開，獨(dú)立運(yùn)行，其主要應(yīng)用于較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)，如邊防哨崗、海島等遠(yuǎn)離公網(wǎng)的特殊地區(qū)。離網(wǎng)光伏系統(tǒng)通常是由光伏方陣、控制器、逆變器和儲能裝置等組成的，當(dāng)有太陽光照時(shí)，光伏系 統(tǒng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能為負(fù)載供電，同時(shí)為儲能裝置充電；而在無光照時(shí)，則通過儲能裝置放電為負(fù)載供電。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁 共 70 頁 在整個離網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變器是核心，常用的離網(wǎng)逆變器主要有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： （ 1）工頻隔離單級逆變器：由于常用的負(fù)載需要使用 110V 或者 220V 的交流電，而光伏方陣輸出的為直流電，且電壓很低，所以就需要使用工頻隔離單級逆變器將得到的低壓交流電轉(zhuǎn)化為高壓交流電。 （ 2）高頻隔離兩級逆變器：這種逆變器是先將低壓直流進(jìn)行高頻逆變，然后再通過高壓逆變轉(zhuǎn)化為高壓高頻交流電，然后進(jìn)行整流得到高壓直流電，最后通過工頻逆變便可得到高 壓工頻交流電供負(fù)載使用。這種逆變器具有體積小的優(yōu)點(diǎn)但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 （ 3）無隔離兩級逆變器：這種逆變器是直接將低壓直流電通過升壓環(huán)節(jié)升為高壓直流電，逆變后再進(jìn)行濾波得到負(fù)載所需電壓。 并網(wǎng)光伏逆變器是將光伏方陣產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為交流電并傳輸?shù)焦搽娋W(wǎng)上，這種逆變器要保證輸出的電流與電網(wǎng)的電壓頻率以及相位完全一樣。其分類 可分為四類，按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來分有 全橋逆變拓?fù)?、 半橋逆變拓?fù)?、 多電平逆變拓?fù)?、 推挽逆變拓?fù)?、 正激逆變拓?fù)?、 反激逆變拓?fù)?；按照輸出相數(shù)可分為三相和單向逆變器，按照輸出功率 等級有 大功率并網(wǎng)逆變器（大于 50、 中等功率并網(wǎng)逆變器（大于 1于 50、 小功率并網(wǎng)逆變器（小于 1；按照隔離方式可分為 隔離式并網(wǎng)逆變器 、 非隔離式并網(wǎng)逆變器 。 縱觀光伏并網(wǎng)型逆變器的發(fā)展歷程，其發(fā)展趨勢越來越高頻化、小型化以及智能化。相信在未來最具有研究及應(yīng)用前景的當(dāng)屬于小功率型逆變器，因?yàn)檫@種逆變器同時(shí)其具了小型、高效、集成、靈活等特點(diǎn)，據(jù)報(bào)道，采用小功率逆變器技術(shù)可以再現(xiàn)有的技術(shù)上，將光伏系統(tǒng)發(fā)電效率提高百分之五到百分之二十五左右。 應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的 逆變器一般有一下幾個參數(shù)要求： （ 1）一般單向額定輸出電壓為 220 伏，三相額定輸出電壓為 380 伏，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)電壓波動不能超過 3%發(fā)生負(fù)載突變時(shí)，電壓波動不能超過 8% （ 2）正常工作時(shí)，輸出的三相電壓不平衡度不能超過 8%；波形失真度不能超過 5%。 （ 3） 正常工作時(shí) ， 輸出額定頻率偏差不應(yīng)該超過 1%，國標(biāo)規(guī)定輸出頻率在 49 到51之間。 （ 4）額定輸出效率一般應(yīng)在 70%以上（額定輸出效率 =輸出功率 /輸入功率） 在逆變器的性能中，其轉(zhuǎn)換率為最為主要的性能參數(shù)之一，轉(zhuǎn)換率為輸出端交流功率與輸出直流功率 的比值： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁 共 70 頁 （ 2 式中 為輸出交流電的功率； 為輸出直流電的功率； 為轉(zhuǎn)化過程中的功率損耗。 電池儲能單元 太陽能 電池的工作主要依賴于光照 ， 當(dāng)光照強(qiáng)時(shí) ， 電池將光能轉(zhuǎn)化為電能供負(fù)載運(yùn)行 ， 而當(dāng)光照強(qiáng)度低時(shí) ， 想要負(fù)載能夠穩(wěn)定運(yùn)行 ， 就需要用蓄電池提供電能 。在并網(wǎng)和離網(wǎng)系統(tǒng)中，一般都配置有蓄電池，其中，離網(wǎng)系統(tǒng)必須配有儲能設(shè)備，因?yàn)楫?dāng)夜晚無光照時(shí)，太陽能電池不能產(chǎn)生電力，負(fù)載就無法正 常工作；而并網(wǎng)系統(tǒng)中，由于可以使用來自公網(wǎng)的電力，則無需擔(dān)心無光照時(shí)負(fù)載無法正常運(yùn)行，如果負(fù)載中有重要負(fù)載，無法中斷，則也需要配備儲能裝置。 目前普遍使用的蓄電池包括鉛酸蓄電池和鎳鎘蓄電池。其中鉛酸蓄電池的主要成分是海綿狀鉛體、稀硫酸、二氧化鉛，這種電池價(jià)格低廉、原料豐富，是目前使用最為廣泛的一種蓄電池。相比鉛酸蓄電池，鎳鎘蓄電池的密封性較好，使用的壽命較長，所存儲的電量高，但由于具有“記憶效應(yīng)”，并且其原料金屬鎘有毒，會對環(huán)境造成很大的損傷，同時(shí)造價(jià)也較鉛酸電池高，所以這種電池正在面臨著逐步被淘汰。 表 一 蓄電池的技術(shù)參數(shù)表 技術(shù)參數(shù) 等級 電壓 3伏、 6伏、 12伏、 24伏、 36 伏等 容量 4安時(shí)、 6安時(shí)、 12安時(shí)、 24安時(shí)等 這里設(shè)充電時(shí)間為 t，電池容量為 C，電池工作電壓為 U，充電電壓如式 2 （ 2 當(dāng)光伏系統(tǒng)為蓄電池充電時(shí)，光伏方陣的輸出電壓要超過蓄電池工作電壓的20%為了防止發(fā)生蓄電池的反向放電，最好在充電系統(tǒng)中加裝一只整流二極管。若能假設(shè)充放電自動保護(hù)系統(tǒng)更好，即可以保護(hù)過充或 者過放，又可以延長電池使用壽命，增加經(jīng)濟(jì)性。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁 共 70 頁 在為獨(dú)立光伏系統(tǒng)選擇適配儲能電池時(shí) ， 要經(jīng)過多方面的考量 ， 如電壓電流特性 、成本 、 質(zhì)量 、 安全性 。 維護(hù)難度 、 大小尺寸等 ， 在此基礎(chǔ)上再考慮經(jīng)濟(jì)性 ， 其設(shè)計(jì)步驟可以簡單分為 三步： （ 1）首先對負(fù)載所需要的輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行計(jì)算，確定電池組件數(shù)；然后查詢安裝場所的太陽照射數(shù)據(jù)，記錄沒有太陽照射時(shí)間。 （ 2）設(shè)定放電深度。 （ 3）計(jì)算蓄電池容量，公式為： （ 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)中 ， 蓄電池