光伏电源系统的研究与设计.pdf

山东大学硕士学位论文
摘要
地球上矿物能源的存量在日益减少,人们对环境保护问题的重视程度也在
不断提高,寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。电能是当今最普遍的一
种能源利用形式,可再生能源发电由于无需消耗矿物能源而洁净无污染,并可
持续利用,所以发展可再生能源发电成为一个必然选择,其中光伏发电是最有
前景的技术之一。虽然光伏发电具有很多优点,但目前光伏电源的成本比较高,
阻碍了它的普及。利用先进技术提高其效率和可靠性是减少成本的一个有效途
径,本文针对此问题对光伏电源进行了研究,并提出了相应的实现方法和改进
措施。主要内容如下
介绍了目前国内外光伏发电的现状和发展前景,并对光伏电源的结构组成和
分类作了简单介绍,对光伏电源建立了一个总体认识。
由于系统的关键设备是光伏电池,其特性对这个系统的性能影响很大,所以
本文从光伏电源利用方面研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性。重点
研究了光伏电池的输出特性和其影响因素,并得出相应的结论。
由于地球的自转,太阳在天空中的位置是不断变化的。为此本文采用了电池
板自动跟踪技术,通过由微机和步进电机组成的司服驱动系统使电池板始终
朝向太阳。本文所提出的方法实现简单,通过两个光敏三极管来监测太阳的
移动和定位电池板的朝向,微机通过判断两个管子传出的信息来决定继电器
的开关,使步进电机转动或停止,达到了跟踪的目的。在天黑后,能够使电
池板重新朝向东方,实现了日循环运行。
光伏电池发电输出是非线性的,存在输出最大功率跟踪问题。本文研究了最
大功率点跟踪方法,并提出了改进方法。为使光伏电池工作于最大输出功率
点上,获得高效功率输出,采用转换装置实现最大功率跟踪。功率变
换电路采用新型软开关技术零电压转换技
术,提高了系统的效率和动态性能。用仿真软件对其进行了仿真。
铅酸蓄电池也是光伏电源中的重要部分,本文就此研究了其工作特性,对其
在光伏电源中出现的问题和解决措施进行了探讨。为了使铅酸蓄电池能够更
好的与光伏电源相结合,在光伏电源充放电系统中引入动态功率跟踪匹配法。
通过动态地决定参与充放电的蓄电池数量来维护蓄电池,并最大程度地利用
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光伏电池所发出的电能。
研究了光伏电源中逆变系统的特点,将其与作了比较。探讨了联网式系
统存在的“孤岛效应”问题,探讨了其危害性,研究了探测方法和保护措施。
对变结构法进行了仿真研究,证明了其有效性。
关键词光伏电源电池板自动跟踪最大功率跟踪
铅酸蓄电池动态功率跟踪匹配零电压转换
移相全桥变换〔孤岛效应
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山东大学硕士学位论文
第一章绪论
光伏电源的现状及发展前景
随着社会生产的日益发展,对能源的需求量在不断增长,全球范围内的能
源危机也日益突出。传统的能源,尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更
是有限,不合理地使用传统能源,它们在世纪内就会濒临枯竭,产生能源危机,
还会造成全球的环境问题。大量使用化石能源已经开始造成全球变暖,燃煤会
通过煤渣和烟尘放出大量有化学毒性的重金属和放射性物质。随着化石能源的
减少,其价格也会提高,这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。
据测算,全世界能源消耗的大部分被家庭所占,改善家庭的能源消耗方式便可
改善全球的环境质量,节约大量的化石能源,用于化工等他用,而不只是当作
燃料使用。一元钱的石油经过深加工,可以创出十元到几十元的产值。把它们
只当燃料烧掉,是十分可惜的。因此自然能发电技术的应用受到越来越普遍的
重视,洁净廉价的太阳能正适合于作为可再生的替代能源。太阳能利用可分为
热利用和光伏发电两种方式,热利用主要在采暖领域较多,形式比较单一而
光伏发电可以把太阳能转换为当今最普遍的能源利用形式—电能,从而具有
热利用不可比拟的优势,同时太阳能发电系统与其他发电系统相比具有许多优
点它的能源取之不尽用之不竭,而且清洁无污染没有动作部件,
不会产生噪声,运行更可靠轻便,易安装维护分布极其广泛,
凡是太阳光能照到的地方就能发电无论规模大小,其发电效率几乎是相
同的能在用电的现场发电。另外,光伏电池还有其需要注意的一些特点
地面阳光照度较弱,要获得大功率输出,就要使用大量电池板由
于输入是太阳光,输出受气象条件的强烈影响输出电能为直流电