太陽能光伏發(fā)電畢業(yè)論文(共24頁)

1、中南大學(xué)選修課新能源概論期末論文PAGE 中南大學(xué)文學(xué)院穆昱帆 2014.3中南大學(xué)新能源概論(giln)期末(q m)論文學(xué)院(xuyun)：專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：摘要(zhiyo) 隨著煤炭、石油和天然氣等化石燃料迅速消耗，以及由此帶來的能源危機(jī)與環(huán)染日益加劇，近年來世界各國都在積極尋找和開發(fā)新的、清潔、安全可靠的可再生能源。太陽能具有取之不盡、用之不竭和清潔安全等特點(diǎn)，是理想的可再生能源。20世紀(jì)70年代后，太陽能光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度重視并取得了長足進(jìn)展。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的一個重要組成部分(z chn b fn)，并被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N發(fā)電方式。

2、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究對于緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染以及減小溫室效應(yīng)具有重要的意義。太陽能是最普遍的自然資源，也是取之不盡可再生資源。為了解決邊遠(yuǎn)的農(nóng)牧地區(qū)、偏僻的山區(qū)、孤立等的島嶼地方人們的日常生活、生產(chǎn)用電的需要、改善人們的生活水平，進(jìn)行了離網(wǎng)型（獨(dú)立）家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀蟆h(huán)境狀況及具體用電情況，給出了系統(tǒng)的設(shè)計方法及施工要求，包括控制器、蓄電池組組件、逆變器、離網(wǎng)型太陽能系統(tǒng)的設(shè)計等。安裝運(yùn)行以來，系統(tǒng)工作(gngzu)穩(wěn)定正常，驗證了這集的合理性、正確性。關(guān)鍵字:太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)；最大功率點(diǎn)跟蹤；離網(wǎng)光伏發(fā)電。1.緒論(xln)1.1世界能源(nngyun)結(jié)構(gòu)

3、和發(fā)展新能源的背景自人類社會誕生以來，能源一直是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會的發(fā)展，能源在社會發(fā)展中的重要性越來越突出，尤其是近年來各國日益呈現(xiàn)出來的能源危機(jī)問題，更加明顯地把能源置于社會發(fā)展的首要地位。根據(jù)BP世界能源統(tǒng)2005的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以目前的開采速度計算，全球石油儲量可供生產(chǎn)40多年，天然氣和煤炭則分別可以(ky)供應(yīng)67年和164年。而我國的能源資源儲量情況更是危機(jī)逼人，按2000年底的統(tǒng)計，探明可開發(fā)能源總儲量約占世界總量的10.1%。我國能源剩余可開采總儲量的結(jié)構(gòu)為:原煤占58.8%，原油占3.4%，天然氣占1.3%，水資源占36.5%。我國能源可開發(fā)剩余可采儲量的資源

4、保證程度為129.7年。自從工業(yè)革命以來，約80%溫室氣體造成的附加氣候強(qiáng)迫是由人類社會活動引起的，其中CO2的作用約占60%，而化石能源的燃燒是CO2的主要排放源。隨著化石能源的逐步消耗以及化石能源的開發(fā)和利用所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，開發(fā)和利用能夠支撐人類社會可持續(xù)發(fā)展的新能源和可再生能源成為人類急切需要解決的問題。新能源與可再生能源是指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能、小水電、地?zé)崮芤约昂Ｑ竽艿纫淮文茉?。研究和實踐表明，新能源和可再生能源資源豐富、分布廣泛、可以再生且不污染環(huán)境，是國際社會公認(rèn)的理想替代能源。新能源和可再生能源的開發(fā)利用不僅可以

5、解決目前世界能源緊張的問題，還可以解決與能源利用相關(guān)的環(huán)境污染問題，促進(jìn)社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測，到21世紀(jì)60年代，全球新能源與可再生能源的比例，將會發(fā)展到世界能源構(gòu)成的50%以上，成為人類社會未來能源的基石和化石能源的替代能源。目前世界大部分國家能源供應(yīng)不足，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各國紛紛出臺各種法規(guī)支持開發(fā)利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升溫。20世紀(jì)90年代以來，以歐盟為代表(dibio)的地區(qū)集團(tuán)，大力開發(fā)利用可再生能源，連續(xù)10年可再生能源發(fā)電的年增長速度都在15%以上。以德國、西班牙為代表的一些國家通過立法方式，促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，1

6、999年以來可再生能源年均增長速度均達(dá)到30%以上。西班牙2003年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)占到全機(jī)總量的24%，德國在過去11年間，風(fēng)力發(fā)電(fdin)增長21倍，2003年占全的3.1%。瑞典和奧地利的生物質(zhì)能源在其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中高達(dá)15%以上。我國擁有豐富的新能源與可再生能源可供開發(fā)利用，近十年來的高長使我國迫切需要加大對新能源和可再生能源的開發(fā)利用，以解決能源題，保障能源供應(yīng)安全。近年來，由于各級政府和社會各界的高度重視可再生能源的開發(fā)和利用方面取得了較快發(fā)展，并于2005年2月28日通過(tnggu)了再生能源法，該法已于2006年1月1日起實施，這對于我國可再生能具有十分重要的意義。1.1.1

7、太陽能與太陽能光伏發(fā)電(fdin)太陽能是一種能量巨大的可再生能源，據(jù)估算，太陽能傳送到地球上每40秒鐘就有相當(dāng)于210億桶石油的能量傳送到地球，相當(dāng)于全球一天的能源。在目前的幾種新能源技術(shù)中，太陽能以其突出的優(yōu)勢(yush)被定位為的未來能源，有無盡的潛力。目前太陽能利用的方式有:太陽能光伏發(fā)電，太陽能熱利用，太陽能動力利用，太陽能光化利用，太陽能生物利用和太陽能光-光利用。其中太陽能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來在全世界范圍得到了快速(kui s)發(fā)展，被認(rèn)為是當(dāng)前具有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達(dá)國家均投入巨資競相研究開發(fā)，并產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大力開拓太陽能光伏發(fā)電的市場應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電是利用

8、太陽能電池將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)太陽能電池單元是光電轉(zhuǎn)化的最小單位，將太陽能電池單元進(jìn)行串并聯(lián)可以做成太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦到幾百瓦，這種太陽能電池組件可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元，可以將太陽能電池組件進(jìn)行進(jìn)一步的串并聯(lián)，構(gòu)成太陽能電池方陣，以滿足負(fù)載所需要的功率輸出。太陽能光伏發(fā)電之所以發(fā)展如此迅速，是因為其具有以下優(yōu)點(diǎn)：(l)取之不盡，用之不竭。地球表面所接受的太陽能約為1.071014GWh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以說是一種(y zhn)無限的資源。(2)無污染。光伏發(fā)電本身不消耗工質(zhì)，不向外界排放廢物，無轉(zhuǎn)動部件，不產(chǎn)生噪聲，是一種(y zhn)理想的

9、清潔能源。(3)資源分布(fnb)廣泛。不同于水電受水力資源限制，火電受到煤炭資源及運(yùn)輸成本等影響，光伏發(fā)電幾乎不受地域的限制，理論上講在任何可以得到太陽能的地方。 (4)建設(shè)周期短，建造靈活方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以按照需要將光伏組件靈活地串并聯(lián)，達(dá)到所需功率，所以其建設(shè)周期短，擴(kuò)容方便;安裝于房頂，沙漠，還可與建筑相結(jié)合，從而節(jié)約占地面積，節(jié)省安裝成本;太陽能光伏發(fā)電所消耗的太陽能無需付費(fèi)，一年中往往只需在遇到連續(xù)陰雨天最長的季節(jié)前后去檢查太陽能電池組件表面是否被污染，接線是否可靠以及蓄電池電壓是否正常等，因而太陽能光伏發(fā)電的運(yùn)行費(fèi)用很低。(5)光伏建筑集成。光伏產(chǎn)品與建筑材料

10、集成是目前國際上研究及發(fā)展的前沿，這種產(chǎn)品不僅美觀大方，還節(jié)省發(fā)電站使用的土地面積和費(fèi)用。(6)分布式。光伏發(fā)電(fdin)系統(tǒng)的分布式特點(diǎn)將提高整個能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是從抗御自然災(zāi)害和戰(zhàn)備的角度看，更具有明顯的意義。1.1.2太陽能光伏發(fā)電(fdin)系統(tǒng)簡介太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)(xtng)按是否與電網(wǎng)連接可分為獨(dú)立離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中的能量能進(jìn)行雙向傳輸。在有太陽能輻射時，由太陽能電池陣列向負(fù)載提供能量;當(dāng)無太陽能輻射或太陽能電池陣列提供的能量不夠時，由蓄電池向系統(tǒng)負(fù)載提供能量。該系統(tǒng)可為交流負(fù)載提供能量，也可為直流負(fù)載提供能量，當(dāng)

11、太陽能電池陣列能量過剩時，可以將過剩能量存儲起來或把過剩能量送入電網(wǎng)。該系統(tǒng)功能全面，但是系統(tǒng)過于復(fù)雜，成本高，僅在大型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中才使用這種結(jié)構(gòu)，并具有上述全面的功能;而一般使用的中小型系統(tǒng)僅具有該系統(tǒng)的部分功能。(一)離網(wǎng)型（獨(dú)立）光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指未與公共電網(wǎng)相連接的獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出功率提供給本地負(fù)載(交流負(fù)載或直流負(fù)載)的發(fā)電系統(tǒng)。其主要應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場所，如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠(yuǎn)偏僻農(nóng)村、海島和牧區(qū)提供照明、看電視、聽廣播等基本生活用電，也可為通信中繼站、氣象站和邊防哨所等特殊處所提供電源。圖1.1所示為一種常用的太陽能

12、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)由太陽能電池陣列、DC/DC變換器、蓄電池組、DC/AC逆變器和交直流負(fù)載構(gòu)成。DC/DC變換器將太陽能電池陣列轉(zhuǎn)化的電能傳送給蓄電池組存儲起來供日照不足時使用。蓄電池組的能量直接給直流負(fù)載供電(n din)或經(jīng)DC/AC變換器給交流負(fù)載供電。該系統(tǒng)由于有蓄電池組，因而系統(tǒng)(xtng)成本增加，但可在無日照或日照不足時為負(fù)載供電。(二)并網(wǎng)光伏發(fā)電(fdin)系統(tǒng)與公共電網(wǎng)相連接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實現(xiàn)與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能。它是太陽能光伏發(fā)電進(jìn)入

13、大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分之一重要方向，是當(dāng)今世界太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢。1.2太陽能光伏發(fā)電國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢當(dāng)今世界各國特別是發(fā)達(dá)國家對于太陽能光伏發(fā)電十分重視，針對其制定規(guī)劃，增加投入，大力發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來，即使是在世界經(jīng)濟(jì)從總體上處于(chy)衰退和低谷的時期，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也一直以10%-15%的遞增速度在發(fā)展。90年代后期，發(fā)展更為迅速，成為全球增長速度最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。1.2.1國外太陽能光伏發(fā)電(fdin)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢到2004年，世界太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到964.9MW，到2005年底，達(dá)到4961.69

14、MW。己經(jīng)商業(yè)化、實用化的太陽能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、聚光電池、帶狀硅電池以及薄膜電池等幾類。在國際市場上目前太陽能光伏電池的價格大約為3.15美元/W，并網(wǎng)系統(tǒng)價格為6美元/w，發(fā)電成本為0.25美元/(kwh)。光伏電池的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高，晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率達(dá)到15%，單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3%，砷化鎵光電池轉(zhuǎn)化率是25%，在實驗室中特制的砷化嫁光電池轉(zhuǎn)化率己達(dá)35%-36%。太陽能光伏電池/組件使用壽命大大增長，可使用30多年。目前，太陽能光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國，其太陽能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80%。今后太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞

15、高效率、低成本、長壽命、美觀實用等方向發(fā)展。專家們預(yù)測到2050年，太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占13%-15%，到2100年將約占64%。1.2.2我國太陽能光伏發(fā)電(fdin)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢20世紀(jì)90年代以來是我國太陽能光伏發(fā)電快速發(fā)展的時期，在這一時期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)，成本不斷降低，市場不斷擴(kuò)大，裝機(jī)容量(rngling)逐年增加，2004年累計容量達(dá)35MW，約占世界份額的3%。10多年來，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)長期平均維持了全球市場1%左右的份額。到2020年前，我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會得到不斷的完善和發(fā)展，成本將不斷下降，太陽能光伏發(fā)電市場發(fā)生巨大的變化:2005-20

16、10年，我國的太陽能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為1.20元/(kWh);2010-2020年，太陽能光伏發(fā)電將會由獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向(zhunxing)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2020年將約為0.60元/(kwh)。到2020年，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平有望達(dá)到世界先進(jìn)行列。2太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)基本組成和特性2.1太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)概述一般來說，太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列、控制器、蓄電池組和逆變器等部分。太陽能電池陣列是整個系統(tǒng)能源的來源，它把照射到其表面的太陽能轉(zhuǎn)化為電能;控制器是整個系統(tǒng)的核心部件之一，其運(yùn)行狀態(tài)決定著系統(tǒng)的

17、運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)在控制器的管理下運(yùn)行;蓄電池的功能在于儲存太陽能電池陣列受光照時所發(fā)出的電能并在無光照時向負(fù)載供電;逆變器是將直流電變換為交流電的設(shè)備，由于太陽能電池陣列和蓄電池發(fā)出的是直流電，因此當(dāng)系統(tǒng)向交流負(fù)載供電時，逆變器是不可缺少的。常用的太陽能離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1.1所示。2.2太陽能電池(dinch)2.2.1太陽能電池(dinch)原理及分類在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的最小單元是太陽能電池單體。太陽能電池單體實際上是一個PN結(jié)，PN結(jié)在光照下會產(chǎn)生電動勢，這種效應(yīng)稱為光生伏特效應(yīng)。當(dāng)PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時，PN結(jié)處有一個耗盡層，耗盡層中存在著勢壘電場，電場方向由N區(qū)指向

18、P區(qū)。當(dāng)PN結(jié)受到光照時，硅原子受光激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對，在勢壘電場的作用下，空穴向P區(qū)移動，電子向N區(qū)移動，從而P區(qū)就有過剩的空穴，N區(qū)就有過剩的電子，這樣便在PN結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反的光生電動勢。光生電動勢的一部分抵消勢壘電場，另一部分使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，從而在P區(qū)與N區(qū)之間產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。若在太陽能電池單體兩側(cè)(lin c)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就有“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。由上可知，太陽能電池單體將光能轉(zhuǎn)換成電能的工作原理可概括為以下四個過程:(l)太陽能電池單體吸收光子，在PN結(jié)兩側(cè)(lin c)產(chǎn)生稱為“光生(un shn)載流子”的電子一空穴(kn

19、xu)對，兩者的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電;(2)在太陽能電池單體PN結(jié)光生載流子，通過擴(kuò)散作用到達(dá)空間電荷區(qū);(3)到達(dá)空間電荷區(qū)的光生載流子被勢壘電場分離，電子被分離到N區(qū)，空穴被分離到P區(qū);(4)被勢壘電場分離的電子和空穴分別被太陽能電池單體的正、負(fù)極收集，若在太陽能電池單體正負(fù)極之間接入負(fù)載，則有光生電流流過，從而獲得電能實際中使用的太陽能電池是若干個太陽能電池單體經(jīng)過串并聯(lián)并封裝后形成的太陽能電池組件，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合可以形成太陽能電池陣列，以滿足負(fù)載功率要求。太陽能電池多為半導(dǎo)體材料制造，種類繁

20、多，形式各樣，下面按照太陽能電池的材料進(jìn)行分類介紹:(l)硅太陽能電池:指以硅為基體材料的太陽能電池，如單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池等，多晶硅太陽能電池又有片狀多晶硅太陽能電池、鑄錠多晶硅太陽能電池、筒狀多晶硅太陽能電池和球狀多晶硅太陽能電池等多種。硅太陽能電池特點(diǎn)是由于硅資源豐富，可以大規(guī)模生產(chǎn)，性能穩(wěn)定且光電轉(zhuǎn)化效率高，是目前應(yīng)用最多的太陽能電池。但其制造過程復(fù)雜，成本高。目前市場上使用最多的是單晶硅太陽能電池，轉(zhuǎn)換率為17%左右，多晶硅轉(zhuǎn)換效率為14%左右，非晶硅電池轉(zhuǎn)化效率為6%左右。(2)化合物半導(dǎo)體太陽能電池:指由兩種或兩種以上元素組成的具有半導(dǎo)體特性的化合

21、物半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池，如碲化鎘太陽能電池、砷化鎵太陽能電池、硒銦銅太陽能電池、磷化銦太陽能電池等?；衔锇雽?dǎo)體太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率高，抗輻射性好，可在聚光條件下使用等特點(diǎn)，但碲化鎘太陽能電池帶有毒性，易對環(huán)境造成(zo chn)污染，一般用于特定場合，如空間飛行器和航空系統(tǒng)。(3)有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池:指用含有一定數(shù)量(shling)的碳-碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池。該種電池雖然轉(zhuǎn)換率低，但價格便宜、輕便、易于大規(guī)模制造。(4)薄膜太陽能電池:指用單質(zhì)元素、無機(jī)化合物或有機(jī)材料等制作的薄膜為基體材料的太陽能電池。目前主要有非晶硅薄膜太陽能電池、多晶

22、硅薄膜太陽能電池、化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池、納米薄膜太陽能電池和微晶硅薄膜太陽能電池等。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率(xio l)相對較高、成本降低(尤其是大大降低了晶體硅類太陽能電池的硅材料用量)、且適合規(guī)模生產(chǎn)，因此薄膜太陽能電池是未來太陽能電池的一個重要發(fā)展方向。2.2.2太陽能電池(dinch)輸出特性(一)標(biāo)準(zhǔn)測試(csh)條件下太陽能電池的輸出特性：太陽能電池的輸出特性是指太陽能電池在一定的溫度和日照強(qiáng)度下所表現(xiàn)(bioxin)出來的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對應(yīng)關(guān)系，常簡稱為I-F特性。由于日照強(qiáng)度、電池溫度等都會影響太陽能電池的特性，因此需要定義標(biāo)準(zhǔn)測試條件用于地面測試太陽能電

23、池性能。我國應(yīng)用的準(zhǔn)測試條件定義為日照強(qiáng)度為1000W/，太陽能電池溫度為25，太陽輻射光譜為AMI.5。一般的太陽能電池組件生產(chǎn)商均提供上述標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的五個參數(shù)。當(dāng)太陽能電池輸出電壓比較小時，隨著電壓的變化，輸出電流的變化很小，太陽能電池近似為一恒流源，當(dāng)太陽能電池輸出電壓超過一定的臨界值時，太陽能電池輸出電流急劇下降，太陽能電池可近似為一恒壓源。太陽能電池的輸出特性是非線性的，既非恒流源也非恒壓源(在最大功率點(diǎn)左側(cè)為近似恒流源段，在最大功率點(diǎn)右側(cè)為近似恒壓源段)，且在一定的電池溫度和日照強(qiáng)度下有唯一的最大輸出功率點(diǎn)。(二)溫度和日照強(qiáng)度對太陽能電池輸出特性的影響太陽能電池的I-V特性曲

24、線與日照強(qiáng)度和電池溫度有關(guān)，分別為不同日照光強(qiáng)和不同電池溫度時，太陽能電池的輸出特性曲線。當(dāng)溫度一定時，太陽能電池短路電流Isc隨日照強(qiáng)度的增加而增加，并與日照強(qiáng)度成正比，太陽能電池開路電壓Uo隨日照強(qiáng)度的增加稍有增加，但增加很小，當(dāng)日照強(qiáng)度一定時，電池溫度升高，太陽能電池開路電壓Uo降低，而太陽能電池的短路電流Isc有輕微的增加。2.3鉛酸蓄電池儲能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲能系統(tǒng)的好壞直接(zhji)影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng)設(shè)計

25、的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載使用。一般來講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲存起來，晚上再通過放電器把儲存在蓄電池里的電能放出來使用。其中常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池和鎳氫蓄電池。目前中國用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶外系統(tǒng)采用鎳鎘蓄電池外，絕大多數(shù)是采用鉛酸蓄電池。在小型(xioxng)的太陽能草坪燈和便攜式太陽能供電系統(tǒng)中使用鎳鎘或鎳氫蓄電池比較多。2.3.1鉛酸蓄電池充電(chng din)控制方

26、法在太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量(dinling)的大小，同時也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電荷量的大小決定著太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法，(一)恒流充電(chng din)恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適

27、合于多個鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進(jìn)行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長時間的充電模式。這種充電方式的不足之處在于:鉛酸蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長。(二)恒壓充電法恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在充電末期只有很小的電流通過，這樣充電過程中就不必調(diào)整電流。相對恒流電來說，此法的充電電流自動減少，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低。這種充電方法不足之處在于:在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過深，

28、充電電流會很大，不僅危及充電器的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過流而受到損傷;如果鉛酸蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，不適合串聯(lián)(chunlin)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補(bǔ)償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方法在小型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因為這種系統(tǒng)中來自太陽能電池陣列的電流不會太大，而且這種系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多。(三)兩階段(jidun)充電法這種方法是為了克服恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)而結(jié)合的一種充電策略。它首先對鉛酸蓄電池采用(ciyng)恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。采用這

29、種充電方式，在充電初期，鉛酸蓄電池不會出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。(四)三階段充電法三階段充電法是在兩階段充電完畢(wnb)后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達(dá)到額定容量時，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池由于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。在浮充時，鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低。在太陽能光伏發(fā)電(fdin)系統(tǒng)中，綜合考慮日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對鉛酸蓄電池充電較為合理。3太陽能電池最大功率(gngl)點(diǎn)跟蹤目前，太陽能電池陣列在太

30、陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價中占很大比重，而且太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率本身就不高，因此有必要研究提高太陽能電池利用效率的方法，以降低系統(tǒng)單位價格的成本，促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤(MaximumPowerPointTracking，簡稱MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。3.1太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤原理由第二章可知，太陽能電池的輸出特性受電池溫度和日照強(qiáng)度等因素的影響，電池溫度主要影響太陽能電池的開路電壓，日照強(qiáng)度主要影響太陽能電池的短路電流。在一定日照強(qiáng)度和溫度下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點(diǎn)，太陽能電池只有工作在最大功率點(diǎn)才能使

31、其輸出的功率最大。3.2太陽能電池(dinch)最大功率點(diǎn)跟蹤方法目前使用的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動(rodng)法、電導(dǎo)增量法以及其它的一些跟蹤方法。（一）恒電壓(diny)法（簡稱CVT）溫度一定時，在不同的日照強(qiáng)度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點(diǎn)基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下太陽能電池陣列最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽能電池陣列輸出最大功率。恒電壓法具有控制簡單，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，比一般太陽能光伏系統(tǒng)可望多獲得20%的電能，較之不帶CVT的直接藕合要有利得多。然

32、而恒電壓法忽略了太陽能電池溫度對太陽能電池陣列最大功率點(diǎn)的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽能電池而言，當(dāng)太陽能電池溫度每升高1時，其開路電壓下降率約為0.35%-0.45%，這說明太陽能電池的最大功率點(diǎn)對應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度。因此對于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)，CVT方式并不能完全跟蹤太陽能電池陣列最大功率點(diǎn)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽能光伏系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點(diǎn)跟蹤方法，但這種方式所帶來的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價，已經(jīng)顯得很

33、不經(jīng)濟(jì)。（二）擾動(rodng)觀察法擾動觀察法的原理是:在每個控制周期用較小的步長改變(gibin)太陽能電池陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對象可以是太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過程稱為“擾動(rodng)”;然后，通過比較干擾周期前后太陽能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過程，如果檢測到輸出功率減少，則改變“干擾”的方向。擾動觀察法的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，被測參數(shù)少，容易實現(xiàn)。但是即使在某一周期太陽能電池陣列運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，由于擾動的存在，下一周期太陽能電池陣列運(yùn)行點(diǎn)又會偏離最大功率點(diǎn)，因此太陽能電池陣

34、列實際是在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，從而導(dǎo)致部分功率損失;其次，難以選擇合適的變化步長，步長過小，跟蹤的速度緩慢，太陽能電池陣列可能長時間運(yùn)行于低功率輸出區(qū)，步長過大太陽能電池陣列在最大功率點(diǎn)附近的振蕩又會加大，跟蹤精度下降，從而導(dǎo)致更多的功率損失;另外，當(dāng)外部環(huán)境突然變化，太陽能電池陣列從一個穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)變換到另一個穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程中，會出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。（三） 增量(zn lin)電導(dǎo)法為了解決(jiju)擾動觀察法導(dǎo)致的功率損失問題，K.H.Hussein在1995年提出了增量電導(dǎo)法。由太陽能電池陣列輸出電氣特性知，太陽能電池陣列的輸出功率-電壓(P-V)曲線是一個單峰曲線，在最大功率點(diǎn)處，功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為零。增量電導(dǎo)法的優(yōu)點(diǎn)是:在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動觀察法小。增量電導(dǎo)法的缺點(diǎn)是:太陽能電池陣列可能存在一個局部的最大功率點(diǎn)，這種算法可能導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定在一個局部的最大功率點(diǎn);如同擾動觀察法一樣，增量電導(dǎo)法的變化步長也是固定的，步長過小會使跟蹤速度變慢，太陽能電池陣列較長時間工作在低功率輸出區(qū);步長太長，又會使系統(tǒng)振蕩加劇，影響(yngxing)跟蹤精度。在實際的光伏系統(tǒng)中，增量電導(dǎo)法的實現(xiàn)對硬件的要求相對較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理