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1、东营变频器维修 http:/ http:/ 1:典型太阳能发电系统的俯视图。图 1 所示是一个典型太阳能发电系统的俯视图。显然，安装在北半球的太阳能电池板需要面向南方，而在实际安装过程中，为了让下午的太阳光线能够照射在太阳能电池板上，屋顶安装的太阳能电池板通常都是面向西南方向。典型太阳能电池板的输出功率是 24V 直流。多块太阳能电池板先是串联在一起，然后通过逆变器并入电网。民用和商用电是 115V 交流或 230V 交流。230V 交流电力系统的峰值电压是 325V.单个太阳能电池板串联在一起组成阵列，向逆变器输入 350V 交流，为电网送电。太阳能电池板的电压、电流和功率特性东营变频器维修
2、 http:/ http:/ 2:太阳能电池的典型电路原理图。图 2 中我们可以看到，在太阳能电池内有一个 PN 结，因此可将其视为一个二极管。流经该二极管的电流被称之为暗电流，与流经标准二极管的电流没有什么不同。电流发生器的输出电流与二极管电流方向相反，大小与太阳能电池吸收的光能成正比。串联电阻 Rs 代表导通损耗，大小与输出电流的平方成正比。并联电阻 Rp 表示因太阳能电池板边缘绝缘不好而导致的泄漏电流引起的功率损耗。本节稍后讨论 Rs 和Rp 对太阳能电池板输出特性的影响。我们可从二极管的基本表示法得出，太阳能电池电流是电压的函数，功率是电压的函数。图 3 所示是在没有光线条件下太阳能电
3、池的电流-电压特性。图 4 所示是有光线条件下太阳能电池的电流-电压特性。图 3:没有光线条件下太阳能电池的电流-电压特性。东营变频器维修 http:/ http:/ 4:有光线条件下太阳能电池的电流-电压特性。因为太阳能电池产生功率，所以我们习惯把电流-电压曲线上下颠倒过来看，如图 5 所示。东营变频器维修 http:/ http:/ 5:把图 4 中的电流-电压曲线上下颠倒过来看。电池到电池板的进化太阳能电池板是由先串联然后再并联的单个太阳能电池组成。同样地，太阳能电池板阵列是由先串联然后再并联的单个太阳能电池板组成。太阳能电池串联是为了提高输出电压，太阳能电池并联是为了提高输出电流。因此
4、，如果每块电池的正向压降是 0.5V,额定光能产生 100mA 电流，则 50 块电池串联可形成一串 25V 的电池组。然后，再把这串电池组中的 60 个电池并联，可产生一个 25V、6A 的太阳能电池板。如果每个太阳能电池板的输出功率是 150W,在屋顶上安装 50 块太阳能电池板可输出 7.5kW 电能。太阳能电池板的四个重要参数：Voc 是当 Iout = 0 时的开路电压。 Pout = 0Isc 是当 Vout = 0 时的短路电流。Pout = 0Vmp 是当峰值功率被提取时的输出电压。Imp 是当峰值功率被提取时的输出电流。如图 6 所示，红色曲线表示电流与电压的函数关系，绿线表
5、示功率与电压是函数关系，电流-电压曲线上还标明了最大功率点。图 6:红色曲线表示电流与电压的函数关系，绿线表示功率与电压是函数关系。在太阳能电池(或太阳能电池板)等效电路上，当 Vout = 0 时，电流-电压曲线的斜率受并联电阻 Rp的影响 .最理想的是，太阳能电池板的 Rp = ，且斜率为零。当 Vout = Voc 时，功率-电压曲线的斜率受串联电阻 Rs 的影响。最理想地是，Rs = 0,且斜率无限大。从太阳能电池板输出最大功率东营变频器维修 http:/ http:/ 点的变化与辐照度和温度有关。当辐照度降低时，Isc 电流也随着变低。随着 Isc 降低，MPP 向低压转移。当温度升
6、高时，Vmp和最大功率都会降低。Voc、Isc、Vmp、Imp 和温度影响都列在太阳能电池板厂商的数据手册内。亟待解决的难题是，当太阳能电池板的环境变化时，需要动态跟踪这些参数的变化，不管外部环境因素如何，确保太阳能电池板始终工作在最大功率点上。既然太阳能电池板的等效电路可表示为有串联电阻和并联电阻的电流源，则 Thevenin 等效电路可表示为只有一个串联电阻的电压源。要想将最大功率从电压源输送到负载，负载电阻必须与电压源的电阻相等。图 7 所示是斜率正确的负载线路电阻 R2 与 I-V 曲线相交于最大功率点。图 7:斜率正确的负载线路电阻 R2 与 I-V 曲线相交于最大功率点。 由洗车想
7、到的原理洗车是一个解释为什么需要最大输出功率的实例。我们知道，在用花园浇水用的水管代替高压水枪洗车时，如果挡泥板上覆盖一层厚厚的坚硬泥土，就必须用大拇指堵住管口提高水流的冲涮力才能冲净挡泥板。用拇指堵住管口的作用相当于阻抗匹配装置，可以从水管主管释放最大的压力。如果把拇指从管口移开，水的流量(电流)就会变大，但是水压(电压)则会降低，冲洗力量减弱。把管口几乎完全堵住，虽然可以换得更大的水压，但几乎失去了水流和冲洗力量。只有水管开口大小最佳时，才能产生理想的水压和流量，获得最大的冲洗力量。把这个原理应用到太阳能电池上，我们得到一个内置 MPPT 功能的直流-直流升压转换器，这是一个主动式功率优化
8、器，设计目的是提高太阳能电池板的输出电压，同时把太阳能电池板的输入电压同步调至Vmp.从而优化或最大化太阳能电池板的输出功率。用户设置转换器的输出电压，扰动和观察 MPPT 算法决定转换器的占空比，占空比就是你潜意识地调节水管的开口大小，直到水管对汽车输出最大的冲洗力。转换器的输入电压(即太阳能电池板的输出电压)是因变量，由下面的公式决定：Vin = Vout * (占空比等于 1)在被施加太阳电池板的输入电压时，SPV1020 的占空比初始值很低， 为 5%.MPPT 算法就是测量输入电压和输入电流，计算功率，然后，提高占空比。测量新的输入电压，计算输入功率。如果新的功率大于上一次功率，则再
9、次提高占空比。这个过程一直持续到新功率没有变化或小于上一次功率为止。如果新功率没有变化，则该功率就是最大功率点。如果新功率小于上一次功率，占空比就会降低;这个过程一直重东营变频器维修 http:/ http:/ 8 所示。扰动与观察算法连续运转，周期是开关周期的 256 倍。默认开关频率为 100kHz.开关周期是 10 微秒，MPPT 算法更新频率是 2.56 毫秒。图 8:转换器工作图。扰动与观察算法采用狩猎方法寻找最大功率点，但是，这的确是阻抗匹配方法。转换器的典型输出为35V 直流，而电网逆变器工作在 350V 直流电压，因此驱动逆变器需要安装 10 块太阳能电池板。每块太阳能电池板驱
10、动一个转换器，每块电池板都执行最大功率点跟踪功率优化算法。把 10 块转换器的输出串联，以产生 350V 直流电压。电网逆变器在转换器输出端产生负载，用 RL 表示。SPV1020 的输入电阻 Rin 与该负载和转换器占空比是函数关系。输入电阻：公式 1输入电阻等于太阳能电池板的输出电阻。东营变频器维修 http:/ http:/ 7.5kW 的太阳能发电系统，系统能效稍后再讨论，这个系统需要整合 30 个250W 太阳能电池板。把十块 35VDC 的太阳能电池板串联在一起，构成一串 350V、2.5kW 的太阳能电池组。把三串 2.5kW 的电池组并联，可向中央逆变器输送 350VDC、7.
11、5kW 的电能，如图 9 所示。图 9:7.5kW 的太阳能发电系统的设计。这个发电方法有重大缺点。中央逆变器对整个阵列执行 MPPT 优化。注意，中央逆变器也叫串联逆变器，因为太阳能电池板是串联在一起。如果在其中一个或几个太阳能电池板上有阴影，受影响的太阳能电池板的输出功率就会降低，最大功率点也随之变化，但是单一中央逆变器或串逆变器无法发现这个问题，从而无法从整个太阳能电池板阵列收集最大的电能。因此，MPPT 优化过程需要在每块太阳能电池板上独立完成。阴影的影响太阳能板上的阴影对系统有很大的负面影响。产生阴影的原因有很多，例如，灰尘、沙土、树叶、鸟群或乌云遮盖了全部或部分太阳能板表面，阻断太
12、阳光线照射太阳能板。阴影导致太阳能板输出功率降低。如受阴影影响的太阳能板属于一串太阳能板，则整串太阳能板的输出都会受到影响。为降低阴影的负面影响，需要给受影响的太阳能板上跨接一个旁通二极管或酷冷旁路开关，如图 10 所示。在正常条件下，输出电流会流经串内的每一块太阳能电池板。如果其中一个板子有阴影，其电流源将会变弱。这时，整串电流将流经太阳能板 Rp,如图 2 所示。Rp 的电阻值很大，因此，有阴影的太阳能板将变得过热。通过给板子并联一个旁通二极管，可为整串电流提供第二条通道，绕开有阴影的太阳能板，防止出现热斑。东营变频器维修 http:/ http:/ 10:降低阴影的负面影响，需要给受影响
13、的太阳能板上跨接一个旁通二极管或酷冷旁路开关。意法半导体的酷冷旁路开关可替代起到旁通二极管作用的肖特基二极管。SPV1001 酷冷旁路开关内置一个 MOSFET 开关，由一个控制电路管理通断状态，在受阴影影响的太阳能板旁边为整串电流提供第二条通道。与肖特基二极管相比，酷冷旁路开关断态时泄漏电流小;通态时压降低，因此可提高系统能效。为每块太阳能电路板提供 MPPT使用微逆变器可改进太阳能发电系统设计。微逆变器的输出功率大约 250W,每块太阳能板都连接一个微逆变器，对单个太阳能板执行 MPPT 优化。图 11 所示是由 30 个微逆变器组成的太阳能系统，每块太阳能板安装一个微逆变器。微逆变器的交
14、流输出并联，按照电网技术指标正确调整交流输出。东营变频器维修 http:/ http:/ 11:由 30 个微逆变器组成的太阳能系统。微逆变器是比较复杂的电子产品。图 12 所示是意法半导体开发的一款微逆变器评估板。图 12:微逆变器评估板。使用主动功率优化器，如 SPV1020,是一个比较简单的实现带有 MPPT 功能的太阳能发电系统的方法。图 13 是完整的太阳能发电系统。东营变频器维修 http:/ http:/ 13:完整的太阳能发电系统在这个图示中，每个太阳能板连接一个主动功率优化器。优化器负责提高太阳能板的输出电压，同时执行 MPPT 功能。太阳能板的输出电压至少 6.5VDC.SPV1020 的输出电压可高达 40VDC.典型值是 35VDC,如图 13 所示。主动功率优化器连续执行扰动与观察算法，直到在功率-电压曲线上发现最大功率点为止，如图 8
