離網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)小論文

1、離網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源利用的一種重要形式。本文主要是對(duì)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真研究。首先介紹了目前國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的背景及其意義。接著對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行概述，介紹了它的組成和分類。本文以太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，先對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再對(duì)蓄電池和光伏陣列容量進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)DC-DC變換器、DC-AC逆變器和光伏陣列進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：光伏電池；DC-DC變換器；逆變器；并網(wǎng)；仿真 引 言太陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)壽命和維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)期的能

2、源戰(zhàn)略中具有重要地位并且得到廣泛的應(yīng)用。光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(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(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)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)電系統(tǒng)裝置。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理目前，電力系統(tǒng)是以大容量集中發(fā)電，高壓輸電和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的方式進(jìn)行電能的生產(chǎn)、輸送和分配，全世界90%的電力都是由這種集中單一的大電網(wǎng)提供的。近年來(lái)以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比克服了大電網(wǎng)系統(tǒng)的一些弱點(diǎn)，并以其環(huán)保性能與大電網(wǎng)形成了良好的互補(bǔ)性，成為世界能源系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

3、根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整個(gè)電路有如下幾個(gè)部分：光伏電池陣列、蓄電池、DC-DC電路、DC-AC電路、負(fù)荷。如圖3-1。圖3-1整體電路結(jié)構(gòu)控制器：白天給發(fā)電機(jī)供電接三相交流電，晚上切換到兩相給電燈供電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。充放電控制器：陰雨天放電，正常天氣充電3.2蓄電池容量的設(shè)計(jì)(1)蓄電池選擇NP65-12，浮充電壓為1.2V。(2)蓄電池容量 Be(AH) 計(jì)算蓄電池的容量由下列公式(3)計(jì)算決定 Be=(P L*24*D)/(K b*V) 符號(hào)含義

4、D :連續(xù)不日照天數(shù)(一般在 3 至 7 天) Kb :安全系數(shù) ( 放電深度(一般為 70%),逆變器效率(根據(jù)廠家數(shù)據(jù)),線損(一般為 5%)等) V :系統(tǒng)電壓(V) PL ：負(fù)荷的消費(fèi)電力PL=（2*4+5*4）/（4+4）=3.5kwhBe=(P L*24*D)/(K b*V) =（3.5*24*1）、（0.8*324）=324Ah3.3 光伏陣列的容量設(shè)計(jì)太陽(yáng)電池采用38D97x400型組件，組件的標(biāo)準(zhǔn)功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。太陽(yáng)能電池組組件串聯(lián)

5、數(shù)NsNs=Ur/Uoc=(Uf+Ud+Uc)/Uoc =(324+0.7+1.2)/17.1 =19Ur:太陽(yáng)能電池方陣輸出最小電壓；Uoc:太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓；Uf：蓄電池組浮充電壓；Ud：二極管壓降，一般取0.7；Uc：其他因素引起的壓降。太陽(yáng)能電池組件日發(fā)電量Qp Qp=IocTKopCz =7.732Ah T=Ht*2.778/10000=3.77式中：Ioc：太陽(yáng)能電池組件最佳工作電流； T:：等效峰值太陽(yáng)小時(shí)數(shù)Kop：斜面修正系數(shù)，參考表7-5Cz：修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8兩組最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，主要考慮要在此段

6、時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來(lái)，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為： Bcb=AQLNL =80.04Ah Ql=2/220*4+5/（3*220）*4=66.7Ah式中：A：安全系數(shù)，取1.1-1.4之間Ql：負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)Nl：最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)4. 太陽(yáng)能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法計(jì)算方法如下：Np=(Bcb+NwQl)/QpNw*n*Fc =(80.04+7*66.7)/(7.732*7) =10.1012n：蓄電池充電效率的溫度修正系數(shù)，蓄電池充電效率受到環(huán)境環(huán)境溫度的影響，修正系數(shù)見(jiàn)表7-6Fc：太陽(yáng)能電池組件表面灰塵、贓物等其他因素引起的損失的總修正系數(shù)（

7、通常取1.05）太陽(yáng)能電池方陣的功率計(jì)算 P=PoNsNp =38*19*12 =8.664kwPo：太陽(yáng)能電池組件的額定功率。綜上，太陽(yáng)能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。4 重要部分的設(shè)計(jì)4.1 太陽(yáng)能電池方陣太陽(yáng)能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽(yáng)能電池單體的工作電壓約為0.5V, 工作電流約為2025mA/cm2, 一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽(yáng)能電池方陣，可以滿足負(fù)

8、載所要求的輸出功率4.2 光伏電源充放電控制器（1）高壓（HVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開(kāi)和恢復(fù)連接的功能。（2）欠壓（LVG）告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電壓降到欠壓告警點(diǎn)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出聲光告警信號(hào)。（3）低壓（LVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過(guò)放電。通過(guò)一種繼電器或電子開(kāi)關(guān)連結(jié)負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。有時(shí)，采用低壓報(bào)警代替自動(dòng)切斷。（4）保護(hù)功能： 防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。 防止夜間蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池組件反向放電保護(hù)。 防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或

9、蓄電池極性反接的電路保護(hù)。 在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。（5）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過(guò)程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。4.3 DC-DC變換器原理升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場(chǎng)合，只要采用12節(jié)電池便可獲得312V工作電壓，工作電流可達(dá)幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖4-1所示。圖4-1升壓式DC/DC變換器4.4 DC-AC逆變器的設(shè)計(jì)三相電壓源型SPWM逆變器是在通用變頻器中使用最多的，本文用Simulink模塊仿真三相電壓源型SPWM逆變器很方

10、便，使用模型庫(kù)的多功能橋模塊（Universal Bridge）和PWM脈沖發(fā)生器（PWM Generator）就能實(shí)現(xiàn)SPWM逆變器模型的參數(shù)設(shè)置。對(duì)多功能橋設(shè)為三相橋臂，三相在輸出端，開(kāi)關(guān)器選擇了IGBT。并且在測(cè)量中選擇了電壓和電流，這是為便于通過(guò)多路測(cè)量器（Multimeter）觀測(cè)IGBT承受的電壓和電流，為選擇IGBT參數(shù)提供了依據(jù)。IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由PWM信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，在發(fā)生器對(duì)話框中，選擇了內(nèi)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)方式，當(dāng)然也可以采用外調(diào)制信號(hào)輸入方式，這時(shí)需要外加三相正弦調(diào)制信號(hào)。選擇三角波頻率僅為600Hz，這樣觀察電壓波形比較清楚，實(shí)用頻率要高得多。利用MATLAB模塊建立了仿真模型，三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型如圖4-2所示圖4-2三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型圖4-3三相電壓源型SPWM逆變器的仿真波形結(jié) 論本文通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展歷程以及太陽(yáng)能應(yīng)用，主要的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及應(yīng)用的研究，讓我更加深刻的認(rèn)識(shí)到發(fā)展利用可再生能源是當(dāng)今世界必須要走的能源之路。只有這樣才能最大限度的降低環(huán)境污染，從而保衛(wèi)我們生存的地球。光是一種清潔、可再生能源，并且太陽(yáng)能資源在我國(guó)廣泛分布。由于我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，并且人口分布極不