太陽能開題報(bào)告

單向太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課題的目的及研究意義1.課題的目的及意義常規(guī)化石燃料的無節(jié)制使用和二十世紀(jì)七十年代發(fā)生的兩次石油危機(jī)，使得人們?cè)絹碓教K醒地認(rèn)識(shí)到化石燃料資源遲早會(huì)枯竭耗盡。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)已探明可丌采的化石能源儲(chǔ)量的統(tǒng)計(jì)和使用這些能源的速度，能夠預(yù)計(jì)，煤能夠應(yīng)用的時(shí)間約為54-81年，石油為15-，天然氣的時(shí)間28-58年，核燃料使用的時(shí)間也不會(huì)超出百年，前一種數(shù)字是預(yù)測(cè)的預(yù)計(jì)，后一種數(shù)字是保守的預(yù)計(jì)。因此找到一條可持續(xù)發(fā)展的涉及太陽能在內(nèi)的可再生能源等的新出路，將是我們避免人類能源短缺與枯竭的急迫任務(wù)。八十年代人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，化石燃料對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染所造成的生態(tài)破壞、地球溫室效應(yīng)等正日趨嚴(yán)重地威脅著人類的生存。能源短缺和環(huán)境污染是現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的兩大問題，制約著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。自20世紀(jì)50年代太陽能電池的空間應(yīng)用到如今的太陽能光伏集成建筑，世界光伏工業(yè)已經(jīng)走過了近半個(gè)世紀(jì)的歷史。由于太陽能資源分布相對(duì)廣泛、蘊(yùn)藏豐富，光伏發(fā)電系統(tǒng)含有清潔、安全、壽命長(zhǎng)以及維護(hù)量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電被認(rèn)為將是21世紀(jì)最重要、最具活力的新能源。在世界各國(guó)特別是美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家先后發(fā)起的大規(guī)模國(guó)家光伏發(fā)展計(jì)劃和太陽能屋頂計(jì)劃的刺激和推動(dòng)下，光伏工業(yè)近幾年保持著年均30%以上的高速增加。其中，以光伏集成建筑為核心的光伏并網(wǎng)發(fā)電市場(chǎng)己經(jīng)超出離網(wǎng)應(yīng)用，近幾年的增加速度都在40%以上，成為世界光伏工業(yè)的最重要發(fā)動(dòng)機(jī)。并網(wǎng)光伏發(fā)電已經(jīng)成為光伏發(fā)電領(lǐng)域研究和發(fā)展的最新亮點(diǎn)。八十年代人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，化石燃料對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染所造成的生態(tài)破壞、地球溫室效應(yīng)等正日趨嚴(yán)重地威脅著人類的生存。能源短缺和環(huán)境污染是現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的兩大問題，制約著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。太陽能作為新能源和可再生能源的一種，是取之不盡、用之不竭的干凈能源。開發(fā)運(yùn)用太陽能，對(duì)于節(jié)省常規(guī)能源、保護(hù)自然環(huán)境、增進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活都有極為重要的意義。國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀分析由于我國(guó)光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)的研究仍然處在起步階段，技術(shù)水平相對(duì)國(guó)外尚有一定差距。就并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)并網(wǎng)型逆變器而言，合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所、燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所等科研單位和大學(xué)在這首先進(jìn)行了有關(guān)的研究，并且在“九五”、“十五”期間，國(guó)家科技部投入相稱數(shù)額的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行開發(fā)工作。除此之外，北京索英電氣技術(shù)有限公司和合肥陽光電源有限公司也在推出了適合并網(wǎng)光伏系統(tǒng)用的逆變器。北京索英電氣技術(shù)有限公司的三相光伏并網(wǎng)逆變器，采用日本的智能功率模塊IPM作為主回路功率器件，運(yùn)用該公司先進(jìn)的并網(wǎng)控制技術(shù)，含有構(gòu)造簡(jiǎn)樸、效率高、性能優(yōu)良、電磁干擾小和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。全新的的全數(shù)字化DSP控制，簡(jiǎn)化控制回路，提高了系統(tǒng)控制性能。多項(xiàng)先進(jìn)的并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)，確保向電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)送電，還能夠追蹤太陽能電池板的最大功率點(diǎn)，檢測(cè)電網(wǎng)的狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的調(diào)節(jié)。合肥陽光的正弦波并網(wǎng)充放電裝置雖不是專門為并網(wǎng)光伏設(shè)計(jì)，但是也可應(yīng)用在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中。從這兩種成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品能夠看出，國(guó)內(nèi)對(duì)并網(wǎng)光伏逆變器的研究比較多的采用最大功率跟蹤和逆變部分相分離的兩級(jí)能量變換構(gòu)造，并且市場(chǎng)產(chǎn)品的種類還相對(duì)單一，系統(tǒng)構(gòu)建死板。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國(guó)還沒有真正地投入商業(yè)化運(yùn)行的應(yīng)用，現(xiàn)在所建并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)都為示范工程。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心并網(wǎng)型逆變器還重要依賴進(jìn)口或者合作研究的方式獲得，造成并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的造價(jià)升高、依賴性強(qiáng)，從而制約了并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展和推廣。因此掌握并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的核心并網(wǎng)型逆變器技術(shù)對(duì)推廣并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。國(guó)外的研究現(xiàn)狀分析國(guó)外并網(wǎng)型逆變器已經(jīng)是一種比較成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品，例如在歐洲光伏專用逆變器市場(chǎng)中就有SMA,Fronius,Sputnik,SunPower和西門子等眾多的公司含有市場(chǎng)化的產(chǎn)品，其中SMA在歐洲市場(chǎng)中占有的50%的份額。除歐洲外，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、新西蘭以及亞洲的日本在并網(wǎng)型逆變器方面也都己經(jīng)產(chǎn)品化。以SMA和西門子為例介紹現(xiàn)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的發(fā)展?fàn)顩r。SMA光伏并網(wǎng)逆變器現(xiàn)在含有三大系列產(chǎn)品:支路逆變器、集中逆變器和多支路逆變器，其中以SWR和SB兩個(gè)系列應(yīng)用最為廣泛。該產(chǎn)品含有以下特點(diǎn):高效率、高功率因數(shù)、低THD;基于微解決器的自動(dòng)功率點(diǎn)調(diào)節(jié)，即:基于軟件實(shí)現(xiàn)的最大功率跟蹤:根據(jù)電網(wǎng)狀況調(diào)制工作狀態(tài)，工作狀態(tài)自動(dòng)切換;通過LED顯示重要工作狀態(tài);故障自診療;測(cè)量數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)通過總線傳輸至PC機(jī):多臺(tái)逆變器能夠任意組合構(gòu)建系統(tǒng)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便、擴(kuò)展更加方便。多支路逆變器是SMA最新推出的產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用最大功率跟蹤和并網(wǎng)逆變兩級(jí)能量變換構(gòu)造，多個(gè)不同支路共用同一種逆變環(huán)節(jié)，中間設(shè)立有內(nèi)部直流母線，能夠使系統(tǒng)的靈活性大為提高;輸出端無工頻變壓器隔離，采用最新的電網(wǎng)阻抗檢測(cè)和交、直流剩余電流檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。與SMA相比較，西門子并網(wǎng)光伏逆變器則采用主從式構(gòu)建系統(tǒng)，由主逆變器和若干個(gè)從逆變器來組建顧客規(guī)定容量的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，靈活性和系統(tǒng)擴(kuò)展等均沒有SMA的強(qiáng)。西門子SITOPSolar重要分為隔離和非隔離兩種支路逆變器，兩級(jí)能量變換，最大功率跟蹤和逆變部分集成在一種機(jī)箱內(nèi);功率因數(shù)高;基本單級(jí)式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的研究數(shù)據(jù)本地集中顯示;實(shí)時(shí)發(fā)電電能顯示;RS232串口連接PC或者調(diào)制器:能夠外接輻射計(jì)和組件溫度傳感器。除SMA和西門子外，美國(guó)的Xantrex的SunTieXR系列并網(wǎng)逆變器也是根據(jù)光伏市場(chǎng)需要推出的產(chǎn)品，系列覆蓋了中、大功率范疇，也可將多臺(tái)中功率的逆變器并聯(lián)構(gòu)成系統(tǒng)，并且逆變器中也集成了最大功率跟蹤環(huán)節(jié)?？偠灾?，現(xiàn)在國(guó)外光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的研發(fā)重要集中在最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)集成的單級(jí)能量變換上，功率重要為幾百瓦到五千瓦的范疇，控制電路重要采用數(shù)字控制，重視系統(tǒng)的安全性、可靠性和擴(kuò)展性，均含有多個(gè)完善的保護(hù)電路。理論根據(jù)、設(shè)計(jì)任務(wù)、技術(shù)方案及進(jìn)度安排理論根據(jù)：太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）構(gòu)成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配備逆變器。各部分的作用為：

（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。

（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)含有溫度賠償?shù)墓π?。其它附加功效如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。

（三）蓄電池：普通為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳輔電池或鋰電池、其作用是在光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。

（四）逆變器：太陽能的直接輸出普通都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。太陽能電站是運(yùn)用太陽能電池組件將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是地球的清潔能源和可再生能源。

光伏發(fā)電含有許多常規(guī)發(fā)電和其它發(fā)電方式所不及的優(yōu)點(diǎn)，如：安全、可靠、無噪聲、無污染、能隨時(shí)隨處可得，不受地區(qū)限制，無需消耗燃料，無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)便，能夠無人職守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無需架設(shè)輸電線路等。設(shè)計(jì)任務(wù)、技術(shù)方案本設(shè)計(jì)完畢單相太陽能發(fā)電系統(tǒng)逆變部分設(shè)計(jì),重要性能指標(biāo)以下:1．輸入?yún)?shù)電壓：DC180V2．輸出參數(shù)電壓：AC220V頻率：50Hz功率：5KW頻率誤差：≤0.5%電壓誤差：≤0.3%逆變部分總體方案選擇合理的方案是設(shè)計(jì)的首要任務(wù),下面分析逆變部分的構(gòu)成及工作原理。逆變部分重要功效是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)輸出的180V直流電經(jīng)逆變、濾波、升壓等環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)?20V的工頻交流電壓,并能通過控制單元調(diào)節(jié)其輸出波形及頻率。圖為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變器電路。電路構(gòu)造為光伏蓄電池陣列———DC直流濾波升壓———RC橋式正弦波振蕩器工頻逆變———運(yùn)算放大器升壓———濾波———并入電網(wǎng)或負(fù)載。在該電路中,光伏蓄電池陣列的直流輸出電壓,先經(jīng)DC直流濾波升壓后,再由運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩器電路轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl50HZ的交流電壓,然后經(jīng)運(yùn)算放大器升壓為220V的交流輸出電壓,再經(jīng)濾波器濾波得到220V的工頻電壓輸出并入電網(wǎng)或負(fù)載。由以上分起振電壓。正弦波振蕩電路是用來產(chǎn)生一定頻率和幅度的交流信號(hào)的.它的頻率范疇很廣,能夠從一赫下列到幾百兆赫以上,輸出的功率能夠從幾毫瓦到幾十千瓦,輸出的交流電能是從電源的直流電能轉(zhuǎn)換而來。由運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩器可將低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl50HZ的低壓交流電,電路的振蕩頻率f0=1/2πRC,其中R=R2=R3,C=C1=C2,起振的幅值條件為Rf/R1≥2,其中Rf=R4+R5+(R6//rD),rD為二極管正向?qū)娮?。運(yùn)算放大器將逆變后的工頻交流電壓升壓為工頻220V的交流輸出電壓。單相太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變部分重要分為主電路和控制電路兩大部分。其中，主電路涉及逆變電路、濾波電路、變壓電路?？刂齐娐飞婕膀?qū)動(dòng)電路、控制單元、電壓采樣電路。其工作過程簡(jiǎn)述以下:由太陽電池方陣(或蓄電池)送來的直流電進(jìn)入逆變主回路，經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換成交流方波，再經(jīng)濾波器濾波后成為正弦波電壓,最后由變壓器升壓后送至用電負(fù)載。逆變主回路中功率開關(guān)管的開關(guān)過程，是由單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制的。逆變電路部分的工作參量，經(jīng)由不同功效的檢測(cè)回路變換為可被識(shí)別的電信號(hào)后送入控制單元進(jìn)行比較、分析與解決。根據(jù)判斷成果，控制單元對(duì)逆變各回路的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排參考文獻(xiàn)、電力電子技術(shù)王兆安黃俊主編機(jī)械工業(yè)出版社；、電力電子器件及其應(yīng)用李序葆趙永健編著機(jī)械工業(yè)出版社1996.2、電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用手冊(cè)王兆安張明勛主編中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)編著北京：機(jī)械工業(yè)出版社，、太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用趙爭(zhēng)鳴劉建政孫曉瑛袁