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1、毕 业 论 文学生姓学生姓名名牛小幻学学 号号学院学院天津轻工职业技术学院专专 业业光伏发电题题 目目离网光伏供电系统研究潘建潘建 讲师讲师指导老师指导老师（姓 名） （专业技术职称/学位）（姓 名） （专业技术职称/学位） 2012年5月摘摘 要：要：本文介绍了太阳能光伏发电的系统的基本组成和特性，说明了太阳能电池最大功率跟踪的原理以及一些常用的方法，并比较了他们的优缺点。本文研究一种带有双向变换器功能的离网光伏发电系统，通过对目前太阳能独立光伏发电系统常用 DC/DC 拓扑结构的研究，总结了各种 DC/DC 拓扑结构的优缺点。添加了逆变电路使系统能够向交流负载供电，并对逆变电路通过 MAL
2、TAB 进行了仿真。关键词：关键词：离网光伏发电，逆变电路，DC/DC 变换器，最大跟踪率目录目录1 绪论 .1111.1 太阳能光伏发电的背景 .41.2 太阳能光伏发电研究现状与发展趋势 .52 光伏发电系统介绍 .62.1 离网光伏发电系统 .82.1.1 铅酸蓄电池 .92.1.2 太阳能电池最大功率点跟踪 .112.2 并网光伏发电系统 .123 太阳能离网光伏发电系统分析 .133.1 离网光伏供电系统的主电路图.133.2 电路工作原理 .143.2.1 离网光伏供电系统常用 DC/DC 变换器拓扑结构.143.2.2 带双向变换器的太阳能独立光伏发电系统 .153.2.3 逆变
3、电路 .163.3 参数设计 .173.3.1 BOOST 电路参数 .173.3.2 蓄电池电池和太阳能电池列阵参数 .183.3.3 双向 BUCK-BOOST 变换器参数.194 离网型光伏发电系统的仿真.20总结.21参考文献.22致 谢.231 绪论绪论1.1 太阳能光伏发电的背景太阳能光伏发电的背景自人类社会诞生以来，能源一直是人类生存和发展的重要物质基础。随着社会的发展，能源在社会发展中的重要性越来越突出，尤其是近年来各国日益22呈现出来的能源危机问题，更加明显地把能源置于社会发展的首要地位。根据BP 世界能源统 2005的统计数据，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产 4
4、0 多年，天然气和煤炭则分别可以供应 67 年和 164 年。而我国的能源资源储量情况更是危机逼人，按 2000 年底的统计，探明可开发能源总储量约占世界总量的 10.1%。我国能源剩余可开采总储量的结构为:原煤占 58.8%，原油占 3.4%，天然气占 1.3%，水资源占 36.5%。我国能源可开发剩余可采储量的资源保证程度为 129.7 年。自从工业革命以来，约 80%温室气体造成的附加气候强迫是由人类社会活动引起的，其中 CO2 的作用约占 60%，而化石能源的燃烧是 CO2 的主要排放源。1随着化石能源的逐步消耗以及化石能源的开发和利用所造成的环境污染和生态破坏问题，开发和利用能够支撑
5、人类社会可持续发展的新能源和可再生能源成为人类急切需要解决的问题。新能源与可再生能源是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能以及海洋能等一次能源。研究和实践表明，新能源和可再生能源资源丰富、分布广泛、可以再生且不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。新能源和可再生能源的开发利用不仅可以解决目前世界能源紧张的问题，还可以解决与能源利用相关的环境污染问题，促进社会和经济可持续性发展。根据国际权威机构的预测，到 21 世纪 60 年代，全球新能源与可再生能源的比例，将会发展到世界能源构成的 50%以上，成为人类社会未来能源的基石和化石能源的替代能源
6、。目前世界大部分国家能源供应不足，不能满足经济发展的需要，各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升温。20 世纪 90 年代以来，以欧盟为代表的地区集团，大力开发利用可再生能源，连续 10 年可再生能源发电的年增长速度都在 15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家通过立法方式，促进可再生能源的发展，1999 年以来可再生能源年均增长速度均达到 30%以上。西班牙 2003 年风力发电装机占到全机总量的 4%，德国在过去 11 年间，风力发电增长 21 倍，2003 年占全的 3.1%。瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达 15%以上。2我国
7、拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用，近十年来的高长使我国迫切需要加大对新能源和可再生能源的开发利用，以解决能源题，保障能源供应安全。近年来，由于各级政府和社会各界的高度重视可再生能源的开发和33利用方面取得了较快发展，并于 2005 年 2 月 28 日通过了再生能源法 ，该法已于 2006 年 1 月 1 日起实施，这对于我国可再生能具有十分重要的意义。31.2 太阳能光伏发电研究现状与发展趋势太阳能光伏发电研究现状与发展趋势当今世界各国特别是发达国家对于太阳能光伏发电十分重视，针对其制定规划，增加投入，大力发展。20 世纪 80 年代以来，即使是在世界经济从总体上处于衰退和低谷的时期
8、，太阳能光伏发电产业也一直以 10%-15%的递增速度在发展。490 年代后期，发展更为迅速，成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。国外太阳能光伏发电现状与发展趋势：到 2004 年，世界太阳能光伏发电装机总容量达到 964.9MW，到 2005 年底，达到 4961.69MW。己经商业化、实用化的太阳能光伏电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、聚光电池、带状硅电池以及薄膜电池等几类。在国际市场上目前太阳能光伏电池的价格大约为 3.15 美元/W，并网系统价格为 6 美元/w，发电成本为 0.25 美元/(kwh)。光伏电池的发电转化效率也不断提高，晶体硅光电池转化率达到 15%，单
9、晶硅光电池转化率是 23.3%，砷化镓光电池转化率是 25%，在实验室中特制的砷化嫁光电池转化率己达 35%-36%。太阳能光伏电池/组件使用寿命大大增长，可使用 30 多年。目前，太阳能光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。专家们预测到 2050 年，太阳能光伏发电在发电总量中将占 13%-15%，到 2100 年将约占 64%。我国太阳能光伏发电现状与发展趋势：20 世纪 90 年代以来是我国太阳能光伏发电快速发展的时期，在这一时期我国光伏组件生产能力逐年增强，成本不断降低
10、，市场不断扩大，装机容量逐年增加，2004 年累计容量达 35MW，约占世界份额的 3%。10 多年来，我国太阳能光伏产业长期平均维持了全球市场 1%左右的份额。到 2020 年前，我国太阳能光伏发电产业将会得到不断的完善和发展，成本将不断下降，太阳能光伏发电市场发生巨大的变化:2005-2010 年，我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统，发电成本到 2010 年将约为 1.20 元/(kWh);2010-2020 年，太阳能光伏发电将会由独立光伏发电系统转向并网发电系统，发电成本到 2020 年将约为440.60 元/(kwh)。到 2020 年，我国太阳能光伏产业的技术水平有望达到世界
11、先进行列。52 光伏发电系统光伏发电系统介绍介绍太阳能是一种能量巨大的可再生能源，据估算，太阳能传送到地球上每 40秒钟就有相当于 210 亿桶石油的能量传送到地球，相当于全球一天的能源。在目前的几种新能源技术中，太阳能以其突出的优势被定位为的未来能源，有无尽的潜力。目前太阳能利用的方式有:太阳能光伏发电，太阳能热利用，太阳能动力利用，太阳能光化利用，太阳能生物利用和太阳能光-光利用。其中太阳能光伏发电以其优异的特性近年来在全世界范围得到了快速发展，被认为是当前具有发展前景的新能源技术，各发达国家均投入巨资竞相研究开发，并产业化进程，大力开拓太阳能光伏发电的市场应用。太阳能光伏发电是利用太阳能
12、电池将太阳光能转化为电能的一种发太阳能电池单元是光电转化的最小单位，将太阳能电池单元进行串并联可以做成太阳能电池组件，其功率一般为几瓦到几百瓦，这种太阳能电池组件可以单独作为电源使用的最小单元，可以将太阳能电池组件进行进一步的串并联，构成太阳能电池方阵，以满足负载所需要的功率输出。6太阳能光伏发电之所以发展如此迅速，是因为其具有以下优点(l)取之不尽，用之不竭。地球表面所接受的太阳能约为 1.071014GWh/年，是全球能量年需求的 35000 倍，可以说是一种无限的资源。(2)无污染。光伏发电本身不消耗工质，不向外界排放废物，无转动部件，不产生噪声，是一种理想的清洁能源。(3)资源分布广泛
13、。不同于水电受水力资源限制，火电受到煤炭资源及运输成本等影响，光伏发电几乎不受地域的限制，理论上讲在任何可以得到太阳能的地方都可以利用太阳能进行发电。(4)建设周期短，建造灵活方便，运行维护费用低。光伏发电系统可以按照需要将光伏组件灵活地串并联，达到所需功率，所以其建设周期短，扩容方便;安装于房顶，沙漠，还可与建筑相结合，从而节约占地面积，节省安装成本;太阳能光伏发电所消耗的太阳能无需付费，一年中往往只需在遇到连续阴雨天最长的季节前后去检查太阳能电池组件表面是否被污染，接线是否可靠以及蓄电55池电压是否正常等，因而太阳能光伏发电的运行费用很低。(5)光伏建筑集成。光伏产品与建筑材料集成是目前国际上研究及发展的前沿，这种产品不仅美观大方，还节省发电站使用的土地面积和费用。(6)分布式。光伏发电系统的分布式特点将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，更具有明显的意义。太阳能光伏发电系统按是否与电网连接可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。太阳能光伏发电系统结构如图 1.1 所示，该系统中的能量能进行双向传输。在有太阳能辐射时，由太阳能电池阵列向负载提供能量;当无太阳能辐射或太阳能电池阵列提供的能量不够时，由蓄电池向系统负载提供能量。该系统可为交流负载提供能量，也可为直流负载提供能量，当太阳能电池阵列能量过剩时，可以将过剩能量存储起来或把过剩能量
