小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)控制電路的設計文獻綜述

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1、文獻綜述小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)控制電路的設計1前言部分隨著科學技術日新月異的飛速發(fā)展，對能源的需求在不斷增長。然而供應常規(guī)電力所用的室友燃料的儲量是有限的，即使儲量最豐富的煤炭最多也只能維持二三百年。就連近代發(fā)展起來的核能發(fā)電的原料鈾也是有限的，而且還存在安全和污染的難題。因此，研究新一代取之不盡而又沒有公害的新能源勢在必行。太陽能是人類最早認識并加以利用的能源之一。早在3000年前人們就懂得聚焦太陽能來取火。在二十一世紀的今天，在經歷建立在化石能源基礎之上的工業(yè)革命之后，隨著世界經濟的發(fā)展進入21世紀以來，各國

2、對能源的消耗以日俱增。眾多不可再生能源的消耗殆盡和環(huán)境污染問題的日益嚴重，已成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的兩個關鍵性因素。人類開始將目光轉向可再生能源的發(fā)展。太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比利用最大,是最理想的可再生能源[1]。經濟界權威人士在綜合分析了科學技術的發(fā)展和突破、全球環(huán)境的制約，以及經濟和政治等諸方面的因素后指出：如果說20世界是石油實際，21世界已將進去新能源世界。我國有著十分豐富的太陽能資源。據估算，陸地表面每年接收的太陽輻射能約為58×1019KJ，約相當于1700億t標準煤

3、的熱值。全國各地年太陽輻射總量達3340-8400MJ/·a,全國年平均光照小時數為2200h、平均太陽能電力為1700TW·h。我國西北地區(qū)、西南地區(qū)、南方的廣東省、海南省及沿海島嶼等廣大地區(qū)的太陽輻射總量很大，具有得天獨厚的開發(fā)利用太陽能的優(yōu)越資源條件。太陽能作為一種可再生的新能源，越來越引起人們的關注，尤其是可再生能源法正式頒布和環(huán)保政策的出臺，顯示了國家對可再生能源發(fā)展的重視，為太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展提供了政策保證。太陽能電池發(fā)電，又稱光伏發(fā)電，光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導體電子器件有效地吸收太陽光輻

4、射能，并使之轉變成電能的直接發(fā)電方式[2]。它具有使用壽命長、安全可靠、操作簡單、維護簡單、不易損壞、適合無人管理等特點，是一種理想的替代能源。在邊遠無電農村的少量供電，并網太陽能電站等都有很大的應用范圍。國內在這方面相對還比較落后。隨著煤炭、石油等現有能源的頻頻告急和生態(tài)環(huán)境的惡化，人類不得不盡快尋找新的清潔能源和可再生資源，其中包括水能、風能和太陽能，而太陽能以其儲量巨大、安全、清潔等優(yōu)勢成為最主要能源之一[3～5]。因此，太陽能的利用，特別是太陽能光伏發(fā)電，越來越受到重視。光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導

5、體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發(fā)電方式。太陽能電池單元是光電轉化的最小單位，將太陽能電池單元進行串并聯(lián)并封裝后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是可以單獨作為電源使用的最小單元，可以將太陽能電池組件進行進一步的串并聯(lián)，構成太陽能電池方陣，以滿足負載所需要的功率輸出[6]。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）和太陽跟蹤控制系統(tǒng)組成，如圖1。其中控制系統(tǒng)一般由控制電路來完成的[7]。它主要實現以下功能：(1)轉換采樣電路的模擬信號，

6、計算出太陽能電池陣列的輸出電壓、輸出電流以及輸出功率，再將數據輸出給顯示電路；2)根據太陽能電池陣列的輸出電壓調整太陽能電池陣列的工作狀態(tài)使其穩(wěn)定工作在最大功率點；(3)根據采樣到的蓄電池的電壓和充電電流,對其實現恒壓限流充電以及過充過放保護；(4)根據系統(tǒng)工作狀態(tài)實現系統(tǒng)工作狀態(tài)的切換。即當有日照時，太陽能電池陣列向負載供電，多余的電能傳輸給蓄電池，將能量儲存起來；當太陽能電池陣列不足以向負載供電時，蓄電池和太陽能電池陣列同時向負載供電。完美的控制系統(tǒng)可以延長整個光伏系統(tǒng)的使用壽命，提高光能的利用率跟轉換率，

7、節(jié)省維護開資，優(yōu)化資源的利用[8]。圖1光伏系統(tǒng)結構圖2主題部分美國推出了“太陽能路燈計劃”，旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電，根據計劃，每盞路燈每年可節(jié)電800kWh。日本也正在實施太陽能“7萬套工程計劃”，準備普及太陽能住宅發(fā)電系統(tǒng)，主要是裝設在住宅屋頂上的太陽能電池發(fā)電設備，家庭剩余的電量還可以賣給電力公司。歐洲則將研究開發(fā)太陽能電池列入著名的“尤里卡”高科技計劃，推出了“10萬套工程計劃”。日本韓國以及歐洲地區(qū)總共8個國家最近決定攜手合作，在亞洲內陸及非洲沙漠地區(qū)建設世界上規(guī)模最大的太陽能發(fā)

8、電站，他們的目標是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區(qū)的長時間日照資源有效地利用起來，為30萬用戶提供100萬kW的電能。目前，美國擁有世界上最大的光復發(fā)電廠，其功率為7MW；日本也簡稱了發(fā)電功率達1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬座光伏發(fā)電設備，以色列、澳大利亞、新西蘭居于領先地位。2009年全球新裝置的太陽能發(fā)電容量為7.2GW，其中歐盟就占了5.8GW。至于德國，由于第4季需求