（电力电子与电力传动专业论文）独立光伏系统逆变电源研制.pdf

东南大学颀士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，p h o t o v o l t a i cp o w e rt e c h n o l o g yh a sw i d e s p r e a da p p l i c a t i o n ，a l o n gw i t ho u rc o u n t r y n e we n e r g yl a we n a c t e d ，p h o t o v o l t a i cp o w e rs y s t e mw i l lh a v eb r o a d e rd e v e l o p m e n ts p a c ei no u rc o u n t r y r e v e r t e ri sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n ti n p h o t o v o l t a i cs y s t e m ，i t sp e r f o r m a n c eh a sg r e a ti n f l u e n c eo n p h o t o v o l t a i cs y s t e ma p p l i c a t i o n a tp r e s e n t ，t h ed o m e s t i cp u r es i n ew a v eo u t p u ti n v e r t e rm a i n l yu s e s5 0 h z t r a n s f o r m e rf o rr a i s i n gt h eo u t p u tv o l t a g e ，w i t hl a r g es i z e ，h e a v yw e i g h ta n dh i g h e rp r i c e ，m a k i n gi t d i f f i c u l tt oa d a p tt ot e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n ta n dm a r k e td e m a n d t h e r e f o r e ，t h i sa r t i c l ed e v e l o p e da n i n v e r t e rb yu s i n gt h e ”p u s h p u l lc i r c u i t + h i g hf r e q u e n c yt r a n s f o r m e r + s i n g l e _ p h a s ef u l l b r i d g ei n v e r t e r ” d e s i g np r o p o s a l ，w h i c hh e l pt or e d u c es y s t e mv o l u m ea n di n c r e a s es y s t e me f f i c i e n c y t h ee n t i r es y s t e m c o n s i s t so f h a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n e d ，h a r d w a r ed i v i d e si n t od c d cp a r ta n dd c a cp a r t i nd c - d cd e s i g np a r t ，t h i sa r t i c l eu s e st h e v o l t a g ef e e d b a c ka n dc u r r e n tf e e d b a c k ，a v o i d st h e h i g l i - f r e q u e n e yt r a i l s f o r m e rm a g n e t i cb i a ss a t u r a t e dq u e s t i o n ，a tt h es a m et i m ei n c r e a s e st h es y s t e m s t a b i l i t ya n dt h ed y n a m i cs p e e do fr e s p o n s e t h ec o n t r o l l e ri su c 3 8 4 6c u r r e n tm o d ec o n t r o lc h i p t h i s p a p e ra l s od i s c u s s e st h eh i g h - f r e q u e n c yt r a n s f o r m e rd e s i g n ，t h ef i l t e rc o m p o n e n t sp a r a m e t e r sc h o i c e si n d e t a i l i nd c a cd e s i g np a r t ，t h i sa r t i c l eu s e st h ei n t e g r a t e dp o w e rm o d u l e ，s i m p l i f i e st h ed r i v ec i r c u i t d e s i g n t h es y s t e ma n t i j a m m i n ga b i l i t yi si n c r e a s e db e c a u s ei p mh a su n d e r _ v o l t a g ep r o t e c t i o na n ds h o r t c i r c u i tp r o t e c t i o nb u i l t _ i n t h ec o n t r o lc h i pi si n e x p e n s i v e ，s u p e r i o rp e r f o r m a n c ea r m 7s e r i e sc o n t r o l l e r l p c 2 1 3 2 ，p r o d u c e st h es p w m w a v ea n dm o n i t o r ss y s t e mc o n d i t i o n i ns o f t w a r ed e s i g n ，t h i sa r t i c l eu s e st h et r a n s i e n tv o l t a g ef e e d b a c ka n dt h ep ic o n t r o la l g o r i t h m ，t h u s r e s u l th i g hq u a l i t yo u t p u tv o l t a g ew a v e f o r m ，r e d u c e st h eh a r m o n i c sc o n t e n to fo u t p u tv o l t a g e t h ep a p e r e l a b o r a t e st h eo v e r a l lf r a m e w o r ko f s o f t w a r ed e s i g na n dp r o d u c e ss u b p r o g r a mc o d e f i n a l l y , t h ep a p e rg i v e st h ee x p e r i m e n t a lw a v e f o r mo fs i n g l e - p h a s ei n v e r t e rp r o t o t y p ew i t h1 0 k v a r a t e dp o w e r k e y w o r d p h o t o v o l t a l cp o w e rs y s t e m ，s w i t c hp o w e rs o u r c e ，p u s h - p u l lc i r c u i t ，i n t e g r a t e dp o w e r m o d u l e ，i n v e r t e r , s i n u s o i d a lp u l s e - w i d t hm o d u l a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也 不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同1 j 作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：盗毒k 夔日期：2 口! 笸：生； 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相 一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或 部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：谴墓盎导师签名擞日期挫止竺， 第一章绪论 1 1 太阳能光伏发电技术 第1 章绪论 进入2 l 世纪，人类面l 临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方 面常规能源的匮乏，另一方面石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。 人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。 太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能盲接转化为电能的发电技术，它是可再生能源和i 新能源的重 要组成部分，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术i o ”。 1 1 1 太阳能光伏发电的优点 太阳光辐射能经太阳能电池转换为电能，再经过能窜存储、能管变换控制等环节，向负载提供 合适的直流或者交流电能。与常规发电平 其他绿色能源发电技术相比，太刚能光伏发电技术有以卜 不可比拟的优势1 0 2 3 0 ： ( 1 ) 是真正的无污染排放、不破坏环境的可持续发展的绿色能源； ( 2 ) 能量具有广泛性，随处可得，不受地域的限制； ( 3 ) 由于无机械转动部件而运行可靠，故障率低； ( 4 ) 维护简单，可以无人值守； ( 5 ) 应用场合广泛和灵活，既可以独立于电网运行，也可以与电网并网返行： 鳓无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合； 仃) 建站周期短，规模大小随意，发电效率不随发电规模的大小而变。 太阳能光伏发电系统由于安全可靠、无噪声，无污染、维护简单、使用寿命跃、规模灵活，既 可一家一户地分散供电，也可大规模集中供电或并网运行，应用几乎不受地域条件的限制，资源量 又非常丰富，因而始终受剑青睐，被誉为2 1 世纪的土要发展能源。 1 1 2 光伏发电应用现状及前景 ( 1 1 世界光伏发电应用现状及前景 由于太阳能发电技术在能源、环境和人类辛 会未来发展中的重要地位，各发达国家纷纷投入巨 额资金竞相研究开发，并积极推进其产业化进程。8 0 年代以来，光伏产业一盲保持1 0 1 5 的增长 速度。从1 9 9 7 到2 0 0 1 年，世界光伏产业年平均增长率达3 5 5 ，2 0 0 4 年光伏电池组什的生产量达 到11 9 4 m w ，比2 0 0 3 年的7 4 4 2 6 m w 增长了6 0 6 4 t j 。 1 9 9 7 年，美国提出了“百万太阳能屋顶计划”，即准备到2 0 1 0 年美国将为1 0 0 万个家庭安装太 阳能屋顶，总容量在1 0 0 0 m w - 3 0 0 0 m w 之间，该计划加速和促进了美国光伏产业的快速发展，并计 划把发电成本降到6 美分k w h 。日本政府在1 9 9 7 年4 月剑1 9 9 8 年3 月的安装了9 4 0 0 套用琐光伏 系统总计3 7 k w ，并计划到2 0 1 0 年安装7 6 0 0 m w 的光伏发电系统。欧盟的“可再生能源向皮 s ” 规定到2 0 1 0 年生产3 7 0 0 m w 光伏系统供欧盟地区使用，另有3 0 0 0 m w 出口。在光伏发电领域，印 度是发展中国家的排头兵，截至1 9 9 8 年底，印度的光伏系统安装容蕈为3 5 m w ，计划1 9 9 8 ，2 0 0 2 安 装1 5 0 m w 0 1 1 1 3 0 1 “i 。 东南大学硕t 学位论文 目前，单晶硅电池的实验室转换效率达到2 4 7 ，多晶硅电池的实验室最高效率达到2 0 3 ，商 业化晶体硅光伏电池的效率也从1 0 - 1 3 0 d 是高到1 3 - 1 7 。各国政府正在投入巨资，研究进一步提 高光电转换效率，扩大生产，降低成本。光伏企业的规模已达到5 0 1 0 0 m w a ，并i e 在向1 0 0 - 4 0 0 m w a 规模扩大。随着光伏产业规模的扩大和光伏电池效率的提高，世界光伏电池组竹的生产成本h 降了 1 3 。2 0 0 2 年世界上主要厂家的光伏组件成本已经下降到2 4 美元w p ，平均售价在3 4 美元，w p 。预 计2 0 1 0 - 2 0 1 5 年光伏组件成本可以下降到i 美f f , w p t o z j i 。 ( 2 ) 我国光伏发电应用的现状及前景 我国于1 9 5 8 年开始太刚能电池的研究，1 9 5 9 年第一块有实用价值的太阳能电池诞生，1 9 7 1 年 首次应用太阳能电池到我国发射的第二颗人造卫星上，并于1 9 7 3 年开始地面麻用1 9 7 9 年开始生 产单晶硅太阳能电池，使太阳能电池成本明显f 降，打开了地面应用的市场。8 0 年代，我国政府开 始给光伏产业以支持，做了一些示范上程：如太刚能无人值守微波中继站，部队通信系统，水闸和 石油管道阴极保护系统，小型户用系统，村庄供电系统等。8 0 年代中期，随着光伏电池生产线的引 进，光伏电池价格的大副下降，市场大为开拓。9 0 年代以后，光伏电池应用领域已经扩展到通信、 交通、石油、气象、国防、农村电气化和民用等国民经济各个领域，光伏电池刚量也以每年2 0 速 度递增。2 0 0 4 年我国太阳能电池产量首次超过印度，达到5 0 m w 。 2 0 0 2 年，在国家计委启动的西部省份“送电到乡”1 程推动f ，当年光伏发电组件安装晕比上 一年翻4 5 倍。截至到2 0 0 3 年底，我国光伏发电类装机容茸约达5 5 m w 。但相比蓬勃发展的世界光 伏工业，我国光伏产业仍处于起步阶段。由于光伏发电价格高，人规模的应用仍然受到限制，目前 我国光伏发电应用以特殊领域和边远无电地区供电为主。预计在今后的十几年中，太阳能电池的走 向将发生很大的转变，到2 0 1 0 年以前中国太阳能电池多用于独立光伏发电系统，从2 0 1 l 剑2 0 2 0 年， 中国光伏发电的市场主流将从独立发电系统转向并网发电系统“。 在中国可再生能源开发战略规划( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) ( 草案) 中，提出了中国朱来发电能力的规 划目标：到2 0 1 0 年可再生能源总装机容量达到6 0 x i c k w ，其中太阳能光伏发电装机总容最达到 4 5 l0 4 k w ，是2 0 0 3 年太阳能光伏发电装机总容鼍的8 1 8 倍；到2 0 2 0 年可再生能源总装机弈荤达 到1 2 1 1 0 8 k w ，其中太阳能光伏发电装机总容量达到1 0 x1 0 k w ，是2 0 1 0 年太r i 能光伏发电装机 总容量的2 2 2 倍”“。 总之，随着我国可再生能源法的颁布，各种减免税政策和补贴政策的出台，将为光伏发电市场 的发展提供良好的基础。光伏发电的应用领域将逐步由边远地区和农村的补充能源向全社会的替代 能源过渡。 1 2 光伏发电系统 1 2 1 光伏发电的基本原理 太阳能电池的原理是基于半导体的光生伏特效应。当适当波长的光照射到半导体系统上，系统 吸收光能后两端产生电动势，这种现象就称为光生伏特效应。如图1 一l 所示，当光照射到由p 犁和 n 型两种不同导电类攀的同质半导体材料构成的p n 结上时，在一定条件卜，光能被半导体吸收后， 产生电子一空穴对。由于p n 结势垒区存在较强的内建静电场，在内建电场的作用f 。光生的电子 和空穴被分离，各向相反方向作漂移运动，于是p n 结两端出现正负电荷的积累，形成“光生电压”， 这就是p n 结的光生伏特效应。如果在内建电场的两侧引出电极，f 接上负载，则负载就有“光生电 流”流过，只要光照不停止，就会不断有电流流过电路i uj j i u “。 2 第一章绪论 十 队 ，士一 勃 光子入射y + _ ( 能量b y ) + - r = 飘p +， + 一(乾量h v ) 图1 1 光生伏特效应原理图 以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶碎太阳能电池，多品砗太阿j 能电池，邗晶礴太 阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅具有电池转换效率高，稳定性好的优点，但成本较高；非晶硅 生产效率高，成本低廉，但转换效率较低，且效率衰减的比较快，不稳定；多品群具有稳定的转换 效率且性价比最高，是目前光伏发电系统应用中最理想的材料；薄膜晶体石丰可以降低生产成本，是 最具前景的太阳能电池，但目前还处于实验阶段，未龟产。 1 2 2 光伏发电系统的分类 从结构特征上看，太阳能光伏发电系统可分为三种基本类犁：独立运行、并网型和混合犁光伏发 电系统。 ( 1 ) 独立运行光伏发电系统 独立运行光伏发电系统的结构如图l - 2 所示，在独立运行系统中，蓄电池作为储能单元一般是 不可以少的，它将由日照时发出的剩余的电能储存起来供日照不足或没有日照时使j j 。为了延长蓄 电池的寿命，直流控制中应具有一个调节和保护环节来控制蓄电池的充放电过稃的速率和深度。 图1 2 独立运行光伏发电系统 ( 2 ) 并网型光伏发电系统 在有公用电网的地区，光伏发电系统可以同电网连接，这要求逆变器具有同电网连接的功能， 系统组成如图1 3 所示，并网犁光伏系统的优点是系统可以省去蓄电池而将电网作为自己的储能单 元。当日照很强时，系统将所发的多余电能经并网逆变器变为符合所接电网电能质鹫要求的交流电 回馈入电网，而当需要用电时再从电网输出电能。省去蓄电池后光伏发电系统的造价可以人幅度降 低。 图1 3 并网犁光伏发电系统 ( 3 ) 混合型光伏发电系统 混合型光伏发电系统是在系统中增加一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池容冒不 3 东南大学硕士学位论文 足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，义可以经整流后给蓄电池补充充电， 如图1 4 所示。在混合系统中，还可以由两种可再生能源发电技术构成混合系统。最常见的是风，光 互补系统。 1 3 课题内容 图i 4 混合型光伏发电系统 在国内光伏逆变器行业，户用光伏发电系统具有标准化和兼容性等优点，市场潜力非常大。然 而市场上专用于光伏发电的逆变电源产品却不胜理想。很多价格便宜的产品均是方波输出，或者修 正的正弦波输出，应用场合受剑很大限制。而纯正弦波输出的逆变电源产品中，很多生产厂家仍然 在推广工频变压器形式输出，体积大且价格较贵。所以，本文同绕光伏发电系统的组建展开，重点 研究了如何虑阁电力电子技术开发一个高性能、纯正弦波输出的独立光伏发电系统逆变电源。 本论文具体研究内容如下： 1 研究了组建独立光伏发电系统所做的工作，对系统容晕设计进行了讨论。 2 独立光伏发电系统逆变电源整体架构，拓扑结构和控制方案分析。 3 根据系统设计目标，用高频技术研制了i k w 纯止弦波输出逆变电源。对土电路、控制电路、 滤波电路及器件参数选择几个设计中的主要环节做了详细介绍。 4 运用软件设计完成系统的大部分功能，在产生s p w m 波形的同时，实现对系统的监控和各 种保护，使得系统安全可靠运行。 1 4 论文结构 为条理清晰，本论文各章内容概述如下： 第1 章绪论，阐述了光伏发电的优点、国内外应川现状及发展前景。介绍了光伏发电原理和系 统分类、课题内容和论文的组织结构。 第2 章介绍独立光伏发电系统的构成和组建，对光伏发电系统的容晕匹配进行了设计。分析并 比较了现有的逆变电源总体构架，拓扑结构和逆变控制方案，确定了本系统逆变电源设计方案。逆 变电源采用先升压得到高压直流后再逆变的主电路结构。 第3 章直流升压电路设计，对推挽电路原理进行了分析，并讨论了解决磁偏饱和的措施。分荆 介绍了电路设计及参数选择计算。其中重点介绍了控制电路的实现，电压隔离反馈电路的实现，并 对电路中变压器、功率管和滤波电路的参数进行了详细合理的设计。 第4 章逆变电路设计，逆变电路采用单相全桥逆变电路。介绍了采用i p m 集成功率模块的优 点，给出控制电路硬件结构。介绍了实现数字s p w m 控制的方法，以及各种保护措施的实现。 第5 章系统软件设计，概括了软件设计总体思想。给出了主稃序和中断服务子手芊序框图，以及 各主要功能的程序框图。重点讨论了数字p i 控制调节的实现和s p w m 波形的生成，f 对软仆设计 4 第一章绪论 中要注意的几个问题进行了描述。 第6 章试验结果和展望，给出了论文所取得的成果和不足及今后工作方向。 东南大学硕士学位论文 第二章独立光伏系统方案设计 2 1 独立光伏发电系统的组成 独立运行太阳能光伏发电系统的典型结构框图如上1 2 图所示，主要由太阳能电池方阵，蓄电 池组，控制器和逆变器四部分构成。 ( 1 ) 太阳能电池方阵 光伏电池是组成太阳能光伏发电系统最基本的单位。但单体光伏电池发出的电能很小，工作电 压约o 4 5 - 0 5 v ，工作电流2 0 - 2 5 m a c m 2 ，而且是直流电，在人多数情况f 很难满足实际廊蹦的需要。 为满足负载要求的输出功率，一般都将电池组串并成太阳能电池组件。按照国际电 委员会i e c ： 1 2 1 5 ：1 9 9 3 标准，市场上的光伏电池组件一般采用3 6 片或7 2 片多品砖太刚能电池进行串联以形成 1 2 v 和2 4 v 各种类型的组件。用户可以根据需要选择电池组什组合连接成为太研i 能电池方阵。 ( 2 ) 蓄电池组 太阳能发电系统只能在日间有阳光的时候才能发电，而多数情况人们主要在夜间大每_ h j 电，所 以需要存储太阳能电池方阵发出的电能并随时向负载供电。光伏系统对蓄电池组的要求是：1 、自放 电率低：2 、使用寿命长； 3 、深放电能力强；4 、充电效率高；5 、少维护或免维护；6 、r 。作 温度范围宽；7 、价格低廉。配套2 0 0 a h 以上的铅酸蓄电池，一般选用嗣定式或1 业密封免维护铅 酸电池：配套2 0 0 a h 以下铅酸蓄电池。一般小型密封免维护钳酸电池。 ( 3 ) 控制器 控制器是光伏发电系统的核心部件之一，主要用于实现整套系统地充、放电管理。太阳能光伏 阵列发出的直流电能，经过控制器对蓄电池充电，在蓄电池朱充满时，控制器的作用是展人限度地 对蓄电池充电，当蓄电池被充满时，控制太阳能充电电能，使蓄电池处f 浮充状态。当蓄电池放电 至接近蓄电池过放点电压时，控制器将发出蓄电池电阜不足报警并切断蓄电池的放电同路，以保护 蓄电池。随着光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制器、逆变器以及监测系 统集成的趋势，如a e s 公司的s p p 和s m d 系列的控制器就集成了上述三种功能。 ( 4 ) 逆交器 光伏电池阵列所发出电能为肓流电，而大多数用电设备需交流供电，所以系统中需要逆变器将 直流电转换为交流电。对逆变器的基本要求是：i 、能输出一个电压稳定、频率稳定的交流电，无论 是输入电压发生波动还是负载发生变换，都要能达到一定的电压精度；2 、具有一定的过载能力，一 般能过载1 2 5 0 o - 1 5 0 ：3 、输出电压波形含的谐波成分应尽域少；4 、具有短路、过载、过热、过电 压、欠电压等保护功能和报警功能，且具有快速的动态响应。 2 2 光伏发电系统容量设计 光伏系统容量设计的目的是要计算出系统在全年内能可靠f 作所需要的太瞎i 电池组f ， 和蓄电池 的数量，同时在满足系统工作最大可靠性的基础上尽量减少系统成本。本论文设计目标是要组建一 个1 k w 的光伏发电系统，本文根据文献【2 的原理来进行容量设计。 6 第二章独立光伏系统方案设计 2 2 1 蓄电池设计方法 设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常i 。作。为了茸化评估太阳 光连续低于平均值的情况，需要引进一个参数：自给犬数，即系统在没有任何外来能源的情况卜负 载仍然能正常工作的天数【u 。一般来说，自给天数由两个冈素决定：负载对电源的要求稃度和光伏 系统安装处的最大连续阴雨天数。通常，负载对电源要求不是很严格的应用场合，自给大数取3 5 天；负载要求很严格的府用场合取7 1 4 天。 蓄电池容量的设计由下面公式来确定叫j ： 蓄电池容量定放电率) = 妖篇瑟蔷翥篇丽 ( 2 - 1 ) a 最大允许放电深度：一般来说，浅循环蓄电池的最大允订放电深度为5 0 ，而深循环蓄电 池的最大循环放电深度为8 0 。如果在严寒地区，考虑剑防冻问题设计时要适当减小这个值，扩 大蓄电池容量，以延长蓄电池的使用寿命。如图2 - 1 为铅酸蓄电池最低温度最大放电深度曲线| 璺| 【”。 6 。 萎。 曩 一2 。 o 1 6 0 枷蓄电池最低掘度2 0 。c 0 图2 1蓄电池最低温度最大放电深度曲线图 b 温度修正因子：当温度降低时，蓄电池容量会减小。温度修正是为了保证蓄电池容量大于按 照2 5 标准情况算出来的容量，从而满足实际负载的用电需求。温度修上i 二冈子要在指定放电率f 根 据供应商提供的数据来选择。 c 指定放电率是考虑到慢的放电率将会从蓄电池得到更多的容犀。蓄电池容鼋随着放电率改变 而改变，放电率降低时容量会相应增加。一般取平均放电率，计算公式为 平均放电率( 小时) = 旦丝雩耋三暴铲 ( z 2 ) 以一个小型光伏发电系统为例，负载每天耗电为5 k w h 天，负载平均j 。作时间l o h 。系统所处 地平均最低温度为一1 0 0 c ，选择自给天数为5 天，蓄电池选用深度循环电池，放电深度为8 0 。设逆 变器效率为9 0 ，输入直流电压为2 4 v 。则计算的日平均负载需求为5 0 0 0 w h ( 9 0 x 2 4 v ) = 2 3 1 4 8 a h 系统所在地平均最低温度1 0 0 c ，则根据图2 ，1 铅酸蓄电池最人放电深度温度曲线，选放电深度 j 、，1 n k 为7 0 。则由2 - 2 式得平均放电率= 型二旦竺= 7 1 4 小时率。 0 7 0 查文献( 0 2 1 中典型温度放电率一容量变化图，与平均放电率接近的为5 0 小时率。一l o o c 时在该放 电率下温度修正因子为0 8 ，因此蓄电池容鼋为 7 东南大学硕士学位论文 蓄电池容量= 5 x 百2 3 再1 丽4 9 i a h = 2 0 6 6 7 9 a h ( 5 0 小时放电率) 如果选用1 2 v ，2 0 0 a h 的蓄电池，则串联蓄电池数= 2 4 v 1 2 v = 2 ，并联蓄电池数= 2 0 6 6 7 9 a h 2 0 0 a ，h = 1 0 3 ，取整数1 1 。 2 2 2 光伏组件方阵设计 太阳电池组件设计的基本思想是满足年平均日负载的需求。由于太阳能电池的输出受到一些外 在因素的影响，经过修上e 的光伏组件计算公式如f 睇i ： 并联的组件数量= 雨否聂萃习暑蕃著磊警告鲁碥 q 一力 并联的组件数量2 雨否聂萃习茜春苦恭蓍篆等毒磊手i 琵百丽 ( 2 2 ) 串联的组件数量= 黜 ( 2 - 3 ) a 库仑效率：在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，所以太阡1 能 电池组件产生的电流中将有一部分不能转换存储起来而是耗散掉。我们用蓄电池的库仑效率来评价 这种电流损失，不同的蓄电池库仑效率不周，通常认为有5 * o - 1 0 的损失，设计中一般将负载增加 1 0 以应付库仑效率。 b 衰减因子；由于太阳能电池实际一r 作中会受到外界环境的影响。泥十、灰尘的覆薷帚l 组件性 能的衰变都会降低太阳能电池组件的输出。设计中一般将组件的输出阶低1 0 米确保设计的系统正 常工作。 c 组件1 3 输出计算：用峰值小时数的方法来估算太刚能电池组件的输出。该方法是将倾斜面上 的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐射1 0 0 0 w 1 1 1 2 照射的小时数。而组件的日输出= 峰值小时数 组件的峰值电流。如某地区3 0 0 斜面上某月平均每大辐射量为5 0 k w h m 2 ，可以将其写成 5 。0 h x1 0 0 0 w t m 2 。根据文献 3 2 】太阳能电池板技术参数，对于一个典犁的5 0 w 1 1 2 v 太阳能组什，峰 值电流为2 9 a ，则组件的日输出为5 0 h x 2 9 a = 1 4 5 a 1 1 天。 以此来设计上面所述的光伏发电系统，由2 ，2 ，2 3 式得 并联组件数量= 百页百2 函31 面4 五8 a 丽h i 丽= 1 9 7 串联组件数量= ；：黑- - 2 l 烈vj 由此选择5 0 w 1 2 v 太阳能电池并联的组件数量为2 0 块，串联组什数量为2 块。 2 2 3 设计的校核 在设计好系统容量后，一般需要对光伏阵列和蓄电池的设计进行校核，以保证光伏阵列和蓄电 池的协调工作。主要校核蓄电池平均每天的放电深度，保让蓄电池不会过放；投核光伏阵列对蓄电 池的最大充电率，要求太阳辐射峰值时对蓄屯池的最大充屯率要小于蓄电池的最人充电率。否则将 损害蓄电池。计算公式分别如下： 蓄电池日放电深度= 蔼甬= 弄蘸著瓦奄昱蓦差蒜( 2 4 ) 8 第二章独立光伏系统方案设计 最大充电率= 蟊高甍妻善罢蔫淼= 弄簇凳需要雾罢警薯耋器c z s ， 如上所设计的系统，蓄电池日放电深度= 2 3 1 4 8 a h ，( 1 1 2 0 0 a h 产o 1 0 5 1 2 v 时， 电流型控制器将延时关断。 c 电流型控制模式变换器的最优越的特性是可以简单地通过限制误著电压的最人值来限制开关 管电流峰值。若在第l 脚预设电压值u l ，该电压与的p n p 晶体管使误差放人器的输出箱位在u l + o 7 v 。电压误差放大器的输出经二极管和0 5 v 偏压后送至p w m 比较器的反相端，因此，p w m 比 较器的反相输入端就可被箱位在u 1 0 5 v 。电流检测放人器的芳动输入电压u e s 为： u