姚文勝　李博　俞得淼　于嘉慧　劉晉浦

[摘 要]隨著工業(yè)文明的不斷發(fā)展，全世界面臨的最棘手的問(wèn)題是能源與環(huán)境，開(kāi)發(fā)利用新能源材料及相應(yīng)的技術(shù)，將是解決這一問(wèn)題最有效的方法。而太陽(yáng)能相比常規(guī)能源而言，作為綠色環(huán)保的新能源，具有“取之不竭，用之不盡”的特點(diǎn)，因此太陽(yáng)能將在資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中扮演重要的角色；文章首先介紹了分布式光伏發(fā)電的研究背景及意義，闡述了其基本原理，并對(duì)其各組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明。

[關(guān)鍵詞]分布式；光伏發(fā)電；儲(chǔ)能系統(tǒng)；設(shè)計(jì)研究

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.06.071

1 研究背景及意義

能源一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，因?yàn)樗粌H關(guān)系到社會(huì)的發(fā)展，還會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響。由于科技的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能取得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；發(fā)展太陽(yáng)能有著極其重要的意義；我國(guó)便于集中式發(fā)電站的發(fā)展地區(qū)主要集中在西部，但是這些地區(qū)的用電負(fù)荷低，就地消耗電能的能力較東部地區(qū)弱，如果對(duì)其他地區(qū)進(jìn)行供給，需要長(zhǎng)距離的輸送。但我國(guó)的電力輸送能力有限，加之光伏發(fā)電本身具有一定的波動(dòng)性，這使得大規(guī)模的輸送變得更加困難，為解決這種不平衡的現(xiàn)象，在東部經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)發(fā)展分布式光伏系統(tǒng)有巨大的意義。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理

分布式光伏發(fā)電作為近幾年提出的“微電網(wǎng)”的一部分，基本原理是利用太陽(yáng)能電池組的光生伏打效應(yīng)，通過(guò)逆變器將電池所產(chǎn)生的電能直接轉(zhuǎn)換成為可直接使用的交流電。其主體步驟為：①在太陽(yáng)能電池在吸收一定能量的光子以后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電子本身帶負(fù)電，而空穴帶正電；②電極性相反的光生載流子被太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的靜電場(chǎng)分離開(kāi)；③光生載流子和空穴分別被太陽(yáng)能電池的正負(fù)極所吸收，從而在外電路中產(chǎn)生電流，進(jìn)而形成電能；下面對(duì)系統(tǒng)部分進(jìn)行逐個(gè)分析設(shè)計(jì)。

2.1 逆變器的分析設(shè)計(jì)

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器作為一個(gè)不可或缺的重要原件，會(huì)以消耗一定的電能來(lái)維持自身的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于整個(gè)逆變器的效率而言，就是輸入功率與輸出功率之間的比較，在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器就是需要將太陽(yáng)能的直流電轉(zhuǎn)換成為交流電，對(duì)于太陽(yáng)能電池的效率發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。驅(qū)動(dòng)升壓部分采用TL494芯片進(jìn)行DC-DC升壓PWM控制；EG8010是一款數(shù)字化、功能比較完善自帶死區(qū)控制的純正弦波逆變發(fā)生器芯片，可以應(yīng)用于DC-DC-AC功率變換架構(gòu)，內(nèi)部集成SPWM正弦波發(fā)生器，符合光伏發(fā)電逆變器的技術(shù)要求。

2.2 控制器控制策略分析

眾所周知，光伏發(fā)電系統(tǒng)受到太陽(yáng)的光照強(qiáng)度以及周圍溫度的影響，導(dǎo)致電力輸出的變化很大，所以需要根據(jù)太陽(yáng)能電池所能產(chǎn)生的電能輸出功率，找到最大功率的轉(zhuǎn)換效率，即最大功率點(diǎn)后，就可以對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行更充分的利用。最大功率跟蹤就是通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)整個(gè)電池板的輸出，判斷最大功率，通過(guò)調(diào)節(jié)，達(dá)到計(jì)算在最大功率輸出條件下的條件。

2.3 太陽(yáng)能光伏部分設(shè)計(jì)計(jì)算

通過(guò)安裝地點(diǎn)的氣象部門獲取當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、太陽(yáng)能資源數(shù)據(jù)和其氣候數(shù)據(jù)。由于太陽(yáng)光的自然特性，根據(jù)歐洲委員會(huì)發(fā)布的EN 50461—2006標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)太陽(yáng)能電池輸出功率在一定條件下將太陽(yáng)能電池的輸出功率定義為“太陽(yáng)能電池輸出功率”。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，“太陽(yáng)能電池輸出功率”是一個(gè)非常重要的物理量；在這部分設(shè)計(jì)中，最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法應(yīng)該是光伏組件能夠在光照最惡劣的情況下滿足負(fù)載需要，也就是在太陽(yáng)輻射最差的條件下，也能夠使蓄電池充滿電。

上文已經(jīng)提到，影響光伏組件發(fā)電能力的因素有很多，因此在計(jì)算分析中，光伏組件的日平均發(fā)電量可以采用公式Q=η1×η2×η3×η4×η5×Wp×Tp計(jì)算；其中，Q為日平均發(fā)電量，Wp為太陽(yáng)能組件最大輸出功率，Tp為系統(tǒng)所安裝地區(qū)峰值日照數(shù)，η1、η2、η3、η4、η5分別為逆變器損耗、溫度損失因子、灰塵遮蔽損耗、充放電損耗、輸配電損耗。

由光伏組件構(gòu)成的光伏方陣提供給系統(tǒng)控制器的電能可以采用公式計(jì)算。

Qsum=（0.78×0.9）Wp

對(duì)于光伏電池板往往需要串聯(lián)光伏組件，來(lái)保證輸出電壓基本等于蓄電池浮充電壓，以系統(tǒng)的正常運(yùn)行和蓄電池的最長(zhǎng)使用壽命計(jì)算公式

Ns=VRVOC=VF+VD+VCVOC計(jì)算。

2.4 蓄電池組的設(shè)計(jì)計(jì)算

分布式微網(wǎng)系統(tǒng)必須配備獨(dú)立的儲(chǔ)能系統(tǒng)才能保證系統(tǒng)的正常進(jìn)行，以保證能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的順利進(jìn)行和系統(tǒng)對(duì)負(fù)載能量輸出的穩(wěn)定性，蓄電池組是系統(tǒng)的核心儲(chǔ)能元件，在此設(shè)計(jì)中我們選擇封閉式閥控鉛酸蓄電池；蓄電池容量的合理選擇對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。在計(jì)算中需要綜合考慮蓄電池獨(dú)立工作可放電深度、自放電率等多種因素，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般采用下式進(jìn)行計(jì)算。

BC=A×Q1×N1×T0CC，其中，BC為蓄電池的容量，A為引入的安全系數(shù)，Q1為日耗電量，T0為溫度系數(shù)，CC為蓄電池的放電深度，N1為系統(tǒng)的自給天數(shù)。

3 光伏供電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

光伏供電系統(tǒng)主要通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，由光伏組件、追光傳感器、光伏陣列運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、連接線等構(gòu)成，系統(tǒng)能夠在用戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列對(duì)光的人工控制即對(duì)光伏陣列移動(dòng)方向的人工控制，系統(tǒng)的自啟動(dòng)以及系統(tǒng)的急停等安全措施；在本系統(tǒng)需要添加的部分是對(duì)模擬光源啟動(dòng)和關(guān)閉的控制，對(duì)模擬光源的模擬光線改變即模擬光源運(yùn)動(dòng)方向的控制；光伏供電系統(tǒng)是由光伏控制供電單元、光伏輸出監(jiān)控單元、光伏陣列控制單元、光伏PLC單元、接線單元這五個(gè)單元所組成。

4 結(jié) 論

我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)，技術(shù)還在不斷的摸索之中，太陽(yáng)能所具有的優(yōu)點(diǎn)是不可抹殺的。面對(duì)我國(guó)土地資源和電力負(fù)荷的不平衡，分布式光伏發(fā)電是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用的最佳方式，也是解決中國(guó)的動(dòng)力和出發(fā)點(diǎn)；所以我們應(yīng)該大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展和建設(shè)“美麗中國(guó)”的奮斗目標(biāo)而不懈努力。

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