面對能源危機和環(huán)境污染的雙重壓力，研究開發(fā)新能源，以滿足人類未來對能源的需要是迫切的。風(fēng)能、太陽能、海洋能、地?zé)岬刃履茉粗饕侵浮Ｌ枱崮馨ㄌ枱崮芎?a href="http://m.missway.cn/" target="_self">太陽能光伏發(fā)電，其中太陽能光伏發(fā)電因其獨特的優(yōu)點而被全社會公認為當(dāng)今世界最具發(fā)展?jié)摿颓熬暗男履茉醇夹g(shù)。與傳統(tǒng)能源及其它新能源相比，光伏發(fā)電具有以下獨特優(yōu)勢：太陽能資源非常豐富，儲藏量大，取之不盡，使用時不間斷，并且不需運輸；光電發(fā)電原理為光生伏特效應(yīng)法，不涉及機械能轉(zhuǎn)換為電磁能過程，無噪聲，并不影響周邊居民的日常生活；太陽能發(fā)電干凈、潔凈、環(huán)保、無污染；光伏組件壽命更長，工作穩(wěn)定，性能可靠，維修費用少等。綜上所述，太陽能發(fā)電必將成為當(dāng)今乃至未來比較理想的發(fā)電方式。
光電發(fā)電系統(tǒng)是一種利用太陽能電池的光生伏特應(yīng)能，把太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種新的發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)其運行方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要可以分為獨立式、并網(wǎng)式和混合式。在這些系統(tǒng)中，并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)，根據(jù)其拓撲結(jié)構(gòu)的不同，可分為單級式、雙級式和多級式兩種。
1獨立的PV系統(tǒng)。
光伏系統(tǒng)不能與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，這就是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立PV系統(tǒng)由光伏電池、DC/DC控制器、DC/AC逆變器、蓄電池等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，主要應(yīng)用于偏遠山區(qū)、島嶼、基站等，下面對各部分的功能做一個簡單的介紹。
(1)光電池。
PV電池的作用就是把太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能供負荷使用或儲存在蓄電池中備用。太陽光電電池按它的發(fā)展可分為三代，目前正從第一代以硅片技術(shù)為基礎(chǔ)的晶硅電池向以半導(dǎo)體薄膜電池技術(shù)為基礎(chǔ)的第二代薄膜電池過渡，以提高轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本為目標(biāo)。結(jié)晶硅太陽電池可分為單晶硅和多晶硅太陽能電池，其特點是轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、穩(wěn)定性好；但生產(chǎn)過程中會對環(huán)境造成污染，而且成本較高；薄膜電池工藝簡單，成本較低，但其穩(wěn)定性差、壽命短、效率低、開發(fā)速度慢。當(dāng)前用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池大多采用單晶硅光伏電池。
光電電池是將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件，它的輸出功率是光強、溫度的非線性函數(shù)，其工作機理相當(dāng)于一個半導(dǎo)體LED。PV元件模型主要分為物理模型和工程模型，物理模型能較準確地反映光伏電池的物理特性，然而，這種方法建模時需要光伏電池的內(nèi)部物理參數(shù)，工程模型是將其簡化和轉(zhuǎn)換為輸出特性，結(jié)果表明，該模型與制造商提供的PV元件參數(shù)相一致，模型簡單，應(yīng)用廣泛。
圖中顯示了光伏電池的典型元等值模型。
(2)DC/DC轉(zhuǎn)換器。
DC/DC轉(zhuǎn)換器在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的基本功能是實現(xiàn)逆變器、逆變器、逆變器、逆變器、逆變器。
由于外部環(huán)境因素的改變，光伏組件的內(nèi)阻也隨之改變，為使負荷獲得最大功率，可通過在光伏組件與負荷之間加入阻抗變換器來實現(xiàn)負載阻抗匹配。該變換器也就是DC/DC變換器，在DC/DC變換電路中，通過改變電源開關(guān)在DC/DC變換電路中的占空比，從而實現(xiàn)等效負載阻值的大小。選取Boost轉(zhuǎn)換器來完成PVMPPT流程。采用Boost變換器實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT控制原理圖如圖所示。
如圖所示，PV組件的輸出電壓是Upv，輸出電流是Ipv，等效負載電阻是Rpv，負載電阻是R，輸出電壓是UR。設(shè)置電力電子開關(guān)器件是理想的元件，根據(jù)電力電子技術(shù)知識可得出：
從上面式可知，當(dāng)工況改變后，通過MPPT控制器的作用，實時調(diào)整占空比D，可實現(xiàn)PV電池內(nèi)阻與等效負載電阻的匹配，從而完成PVMPPT過程。現(xiàn)有的MPPT算法主要包括恒壓力算法、擾動算法、電導(dǎo)率增量法以及在此基礎(chǔ)上的改進算法。近幾年，為了提高系統(tǒng)的魯棒性和控制精度，將以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊邏輯控制為代表的智能算法引入MPPT。多種MPPT算法各有優(yōu)缺點，并有相應(yīng)的適用場合。
3)DC/AC逆變器。
其作用是把太陽能光伏電池和蓄電池提供的直流電逆轉(zhuǎn)變成正弦交流電，供交流負載使用。
(4)蓄水池。
蓄電池的作用是把太陽能光伏電池發(fā)出直流電儲存起來，供負荷使用。
2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
PV并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是指發(fā)電輸出端與電網(wǎng)相連而非直接加載的系統(tǒng)，即PV電池經(jīng)反變后在相應(yīng)的控制下，輸出滿足并網(wǎng)要求的交流光伏發(fā)電系統(tǒng)。本系統(tǒng)中逆變器和獨立PV系統(tǒng)功能并不一起使用，它既要實現(xiàn)逆變，又要實現(xiàn)并網(wǎng)。另外，根據(jù)光伏系統(tǒng)拓撲的不同，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可劃分為單級、雙級與多級光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，最常見的是單級式，雙級光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
單級并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，僅采用一級功率轉(zhuǎn)換裝置，此時功率轉(zhuǎn)換器需要實現(xiàn)并網(wǎng)逆變控制、最大功率跟蹤等控制功能，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，但電路簡單，器件少，損耗小，用于大功率光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。
雙級DC/DC轉(zhuǎn)換電路由兩級功率轉(zhuǎn)換器組成，其中一級DC/DC環(huán)節(jié)實現(xiàn)最大功率跟蹤控制和直流電壓轉(zhuǎn)換，二級DC/AC環(huán)節(jié)實現(xiàn)了二次DC/AC環(huán)節(jié)的逆變控制和并網(wǎng)控制。這一系統(tǒng)將實現(xiàn)控制功能分配給兩個環(huán)節(jié)，使得控制方法相對簡單，但是提高了效率損失，通常用于中小功率等級的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
三是混合光電系統(tǒng)。
目前，除光伏系統(tǒng)外，還有一些其它類型的發(fā)電設(shè)備，如風(fēng)能、內(nèi)燃機、燃料電池等。而風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)則更具典型性，其結(jié)構(gòu)框圖見圖。
風(fēng)電機組與光伏電池可并發(fā)發(fā)電，從資源角度考慮，可實現(xiàn)晝夜互補性、季節(jié)性互補性，極大地提高了系統(tǒng)供電的可靠性。
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