俞凱

摘要：當(dāng)前形勢(shì)下隨著人類對(duì)能源需求量的持續(xù)增加，使得能源危機(jī)的實(shí)際影響范圍逐漸擴(kuò)大，在此背景下，為了降低不同能源實(shí)踐應(yīng)用中的環(huán)境污染問題發(fā)生率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，則需要注重清潔新能源—太陽(yáng)能的高效利用，并落實(shí)好太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)研究工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑光伏一體化（BIPV）系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。在此期間，應(yīng)加強(qiáng)直流模塊使用，使得BIPV系統(tǒng)運(yùn)行中的能量傳輸效率得以提高，并保持該系統(tǒng)良好的擴(kuò)容效果，提升其潛在應(yīng)用價(jià)值?；诖耍疚木椭绷髂K在BIPV系統(tǒng)中的研究與實(shí)現(xiàn)展開論述。

關(guān)鍵詞：BIPV系統(tǒng)；直流模塊；傳輸效率；擴(kuò)容效果；能源結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）02-0045-02

注重直流模塊在BIPV系統(tǒng)中的研究，并加強(qiáng)其實(shí)現(xiàn)分析，有利于完善該系統(tǒng)運(yùn)行過程中的服務(wù)功能，使得其運(yùn)行效率及質(zhì)量能夠逐漸提高，保持其良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。因此，需要結(jié)合直流模塊的功能特性及BIPV系統(tǒng)的實(shí)際要求，注重二者的配合使用，使得直流模塊支持下的BIPV系統(tǒng)能量傳輸效果得以改善，滿足其擴(kuò)容需求的同時(shí)為該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 直流模塊式BIPV系統(tǒng)概述

作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn)之一，建筑光伏一體化（BIPV）系統(tǒng)實(shí)踐過程中的研究水平逐漸提升，為建筑能耗問題處理提供了參考依據(jù)。BIPV系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池與建筑物的有效結(jié)合，促使建筑物所需的電力資源能夠在太陽(yáng)能光伏陣列的支持下得以滿足。在BIPV系統(tǒng)應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，注重簡(jiǎn)單型、模塊型及集成型這三種不同結(jié)構(gòu)形式的配合使用，且在性能可靠的太陽(yáng)能電池板、主控制器、人機(jī)交互界面等不同要素的支持下，確保該光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用效果良好性。

所謂的直流模塊式BIPV系統(tǒng)，是指在小功率直流模塊、大功率逆變模塊及輔助控制單元共同作用下形成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中具有效率高、確保太陽(yáng)能電池板以最大功率輸出、可靠性高、擴(kuò)容效果好等優(yōu)勢(shì)，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。同時(shí)，直流模塊式BIPV系統(tǒng)運(yùn)行中具有這些特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)中的各直流模塊具備最大功率追蹤（MPPT）功能，使得太陽(yáng)能電池應(yīng)用中的最大功率輸出狀況改善，減少能量損失的同時(shí)有利于提高光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效率；（2）因該系統(tǒng)中的直流模塊式結(jié)構(gòu)的抗局部陰影效果顯著，且光伏組件的性能可靠，使得該光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中能夠結(jié)合建筑物的實(shí)際情況在不同的位置進(jìn)行安裝；（3）在模塊化設(shè)計(jì)方式的支持下，減少了直流模塊數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源的互補(bǔ)應(yīng)用；適用范圍廣、獨(dú)立運(yùn)行特點(diǎn)顯著、有利于實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，且能夠滿足直流模塊故障的實(shí)時(shí)診斷分析，并進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，降低該系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中的運(yùn)行成本?；谥绷髂K式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 基于直流模塊的BIPV系統(tǒng)中的最大功率跟蹤方法研究

2.1 最大功率跟蹤的原理

為了確?；谥绷髂K的BIPV系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)運(yùn)行中最大功率跟蹤（MPPT）方法的高效利用，則需要加強(qiáng)該方法的原理分析。求原理為：在光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池陣列發(fā)電效率最大化，則需要將尋找太陽(yáng)能電池組件的工作點(diǎn)添加到系統(tǒng)控制過程中，進(jìn)而根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境情況，對(duì)太陽(yáng)能電池陣列的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，最終達(dá)到太陽(yáng)能電池盡可能地以最大功率輸出的目的。這一過程即為MMP的原理。

2.2 常用的最大功率跟蹤控制方法

結(jié)合基于直流模塊的BIPV系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)其最大功率輸出進(jìn)行控制時(shí)，需要注重恒定電壓法、短路電流檢測(cè)法及擾動(dòng)觀察法的配合使用。具體表現(xiàn)為：（1）在對(duì)MPPT進(jìn)行控制時(shí)，若考慮使用恒定電壓法，則可在溫度保持恒定的前提條件下，采用系統(tǒng)所在區(qū)域光照強(qiáng)度改變的方式，確保太陽(yáng)能電池組件的工作點(diǎn)基本落在同一垂直線上，從而優(yōu)化太陽(yáng)能電池組件的工作性能，滿足其最大功率輸出需求。但是，這種方法實(shí)踐應(yīng)用中由于忽略了電池溫度對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中最大功率點(diǎn)的影響，使得其在MPPT控制應(yīng)用中存在著一定的局限性；（2）基于擾動(dòng)觀察法的MPPT控制。該方法應(yīng)用中是通過改變系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池陣列的輸出電壓或電流，實(shí)現(xiàn)其中系統(tǒng)最大輸出功率改變，進(jìn)而對(duì)其下一步的改不方向做出判斷。這種MPPT控制方法應(yīng)用中具有控制簡(jiǎn)單、參數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著跟蹤速度慢、系統(tǒng)工作狀態(tài)不穩(wěn)定等缺陷，需要技術(shù)人員能夠根據(jù)實(shí)際情況慎重使用該MPPT控制方法；（3）電導(dǎo)增量法支持系的MPPT控制。這種MPPT控制方法應(yīng)用較為廣泛，實(shí)踐應(yīng)用中是通過檢測(cè)太陽(yáng)能電池電壓與輸出功率的特性曲線，進(jìn)而對(duì)其電導(dǎo)變化量進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)運(yùn)行中的太陽(yáng)能電池組件的工作點(diǎn)，得出相應(yīng)的最大輸出功率。該MPPT控制方法具有適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其也有自身的不足之處：敏感性強(qiáng)、影響著系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)電導(dǎo)增量法的依賴性強(qiáng)，實(shí)踐應(yīng)用中的判斷條件可能會(huì)發(fā)生變化等。

2.3 適用于BIPV系統(tǒng)的最大功率跟蹤方法

在恒定電壓法、短路電流檢測(cè)法及擾動(dòng)觀察法所組成的傳統(tǒng)MPPT組合控制方法的作用下，雖然能夠?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中最大功率輸出提供相應(yīng)的支持，但因這些方法都有自身的不足之處，一定程度上影響了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。針對(duì)這種情況，需要在基于直流模塊的BIPV系統(tǒng)運(yùn)行中注重太陽(yáng)能電池陣列特性掃描法使用，即在電流掃描法和短路電流脈沖法的共同支持下，對(duì)系統(tǒng)中的所有光伏組件伏安特性曲線進(jìn)行掃描處理，從而確定光伏組件的最大功率點(diǎn)，或者在額外開關(guān)管的作用下，通過對(duì)太陽(yáng)能電池組件運(yùn)行工況的深入分析，確定其最大功率點(diǎn)。

3 基于直流模塊的BIPV系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究

在提升基于直流模塊BIPV系統(tǒng)運(yùn)行水平、改善其運(yùn)行工況的過程中，需要設(shè)置好與之相關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具體表現(xiàn)為：（1）結(jié)合直流模塊式DC/DC變換器的功能特性，通過對(duì)隔離型與非隔離型變換器的比較分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中DC/DC變換器拓?fù)涞暮侠磉x擇，優(yōu)化其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（2）合理使用全橋DC/DC變換器，使得系統(tǒng)運(yùn)行中輸入的低壓直流點(diǎn)能夠在高頻變壓器、整流橋等構(gòu)件的支持下，得到滿足負(fù)載要求的高壓直流電，從而實(shí)現(xiàn)基于直流模塊BIPV系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合理設(shè)置；（3）注重零電壓及零電流開關(guān)作用下移相全橋DC/DC變換器使用，避免系統(tǒng)運(yùn)行中移相控制時(shí)占空比丟失現(xiàn)象的出現(xiàn)，并減少負(fù)載波動(dòng)所造成的影響，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

4 直流模塊在BIPV系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

在BIPV系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了使直流模塊使用能夠達(dá)到預(yù)期效果，則需要明確直流模塊在BIPV系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)。這些要點(diǎn)包括：（1）在有效的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等要素的共同支持下，落實(shí)好包含驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、功率主回路的直流模塊硬件電路設(shè)計(jì)工作，并在信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的作用下，構(gòu)建出功能強(qiáng)大的直流模塊系統(tǒng)，從而滿足BIPV系統(tǒng)的實(shí)際需要；（2）結(jié)合實(shí)際情況，制定出有效的直流模塊軟件控制方案，并將與之相關(guān)的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作落到實(shí)處，從而實(shí)現(xiàn)直流模塊在BIPV系統(tǒng)中的有效使用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIPV系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行過程中，若能注重直流模塊的有效使用，則有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，確保其性能可靠性。因此，未來(lái)BIPV系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用中應(yīng)給予直流模塊使用更多的關(guān)注，使得該系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平能夠在長(zhǎng)期的實(shí)踐過過程中逐漸提升，擴(kuò)大直流模塊的實(shí)踐應(yīng)用范圍。與此同時(shí)，需要加強(qiáng)基于直流模塊的BIPV系統(tǒng)運(yùn)行效果評(píng)估，以便增強(qiáng)該系統(tǒng)適用性，并優(yōu)化系統(tǒng)控制方式，使得直流模塊在BIPV系統(tǒng)應(yīng)用中能夠達(dá)到預(yù)期效果，并給予該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行更多的支持。

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