太陽能光伏電源系統(tǒng)

新能源課程設(shè)計(jì)姓名：班級(jí)：電氣101班學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：韓老師成績評(píng)定：2014年1月3日目錄一.太陽能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成………21．太陽能電池方陣22．充放電控制器23．直流/交流逆變器34．蓄電池組…………3二．光伏電源充放電控制器31．控制器的功能32．控制器的分類43．控重制器的基本電路和工作原理5三．直流－交流逆變器71．逆變器的功能72．光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的技術(shù)要求83．逆變器的主要技術(shù)性能指標(biāo)94．逆變器的分類和電路結(jié)構(gòu)11四.總結(jié)……………..15一．太陽能光伏電源系統(tǒng)的原理及組成太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它由太陽能電池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成，其系統(tǒng)組成如圖1－1所示。圖1－1太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖1．太陽能電池方陣：太陽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。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V,工作電流約為20－25mA/cm2,一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，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。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。2．充放電控制器：充放電控制器是能自動(dòng)防止蓄電池組過充電和過放電并具有簡單測量功能的電子設(shè)備。由于蓄電池組被過充電或過放電后將嚴(yán)重影響其性能和壽命，充放電控制器在光伏系統(tǒng)中一般是必不可少的。充放電控制器，按照開關(guān)器件在電路中的位置，可分為串聯(lián)控制型和分流控制型；按照控制方式，可分為普通開關(guān)控制型(含單路和多路開關(guān)控制)和PWM脈寬調(diào)制控制型(含最大功率跟蹤控制器)。開關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是MOSFET模塊。但PWM脈寬調(diào)制控制器，只能用MOSFET模塊作為開關(guān)器件。3．直流/交流逆變器：逆變器是將直流電變換成交流電的電子設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是不可缺少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。逆變器按輸出波形，又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器，電路簡單，造價(jià)低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器，成本高，但可以適用于各種負(fù)載。從長遠(yuǎn)看，SPWM脈寬調(diào)制正弦波逆變器將成為發(fā)展的主流。4．蓄電池組：其作用是儲(chǔ)存太陽能電池方陣受光照時(shí)所發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池組的基本要求是：(1)自放電率低；(2)使用壽命長；(3)深放電能力強(qiáng)；(4)充電效率高；(5)少維護(hù)或免維護(hù)；(6)工作溫度范圍寬；(7)價(jià)格低廉。目前我國與太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。二．光伏電源充放電控制器：1．控制器的功能：（1）高壓（HVD）斷開和恢復(fù)功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(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）斷開和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關(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：①防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。②防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。③防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護(hù)。④防止負(fù)載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。⑤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２５℃時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。通常鉛酸蓄電池的溫度補(bǔ)賞系數(shù)為－5mv/oC/CELL。3．控制器的分類：光伏充電控制器基本上可分為五種類型：并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調(diào)制型、智能型和最大功率跟蹤型。（1〕并聯(lián)型控制器：當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。因?yàn)檫@種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在１２伏、２０安以內(nèi)的系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒有如繼電器之類的機(jī)械部件。（2〕串聯(lián)型控制器：利用機(jī)械繼電器控制充電過程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級(jí)。比較容易制造連續(xù)通電電流在４５安以上的串聯(lián)控制器。（3〕脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時(shí)，脈沖的頻率和時(shí)間縮短。按照美國桑地亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究，這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。（4〕智能型控制器：采用帶CPU的單片機(jī)（如Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）對光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M(jìn)行切離/接通控制。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過單片機(jī)的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。（5〕最大功率跟蹤型控制器：將太陽電池的電壓U和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽電池此時(shí)的輸出功率是否達(dá)到最大，若不在最大功率點(diǎn)