数字式光伏电池阵列模拟器的研制
2011-03-17 16:30:18 来源：OFweek太阳能光伏网
介绍太阳能电池的工作原理及其数学模型的基础上，选择半桥变换器作为主电路拓扑，研制了一台光伏电池阵列模拟器。控制部分采用TMS320F2812 DSP作为模拟器控制电路的主控制器，将数字PI控制算法应用在数字式光伏电池阵列模拟器中。在闭环实验下，模拟器的静态工作点与所模拟的太阳能电池的输出特性相吻合，并能够动态模拟负载变化的工作情况。证明了所设计的模拟器能够用于光伏发电系统实验。
1 引言
太阳能作为一种新型的可再生资源受到越来越广泛的重视，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池阵列由于实验受到日照强度、环境温度的影响，导致实验成本过高，研发周期变长。光伏电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期，提高研究效率及研究结果的可信性。
本文设计的光伏电池阵列模拟器以半桥电路为基础，基于DSP控制，并加入了PI控制改善系统动态性能和稳态精度。
2 太阳能电池的工作特性
太阳能电池在有光照条件下，光生电流会流过负载，从而产生负载电压。这时太阳能电池的等效电路如图1所示。其中，RS为串联电阻，Rsh为旁漏电阻，也称跨接电阻，它是由体内的缺陷或硅片边缘不清洁引起的。显然，旁路电流Ish 和二极管的正向电流ID (通过PN结总扩散电流)都要靠IL提供，剩余的led光电流经过RS，流出太阳能电池而进入负载。
根据文献资料[1]，利用厂家提供的短路电流Isc，开路电压VOC，最大功率点处的电流Im和最大功率点处的电压Vm这四个参数可以得到太阳能电池板便于工程计算的模型：
这样，就把太阳能电池板的I-V特性曲线转换为简单的、便于工程计算的形式。
3 光伏电池阵列模拟器设计
模拟器的目的是要能模拟一定光照下，随负载变化的太阳能电池板的电特性，包括最大输出功率，输出I-V特性，以及不同日照下的变化。其应该完成以下三个方面的要求：
(1) 系统能够按照光伏阵列的输出特性完成输出，当外电路负载一定时，系统能够在工作点上保持稳定的输出；
(2) 当外接负载发生变化时，模拟器能够以合乎要求的速度变化到新工作点并能稳定在该点；
(3) 能够输出要求的功率；
本文设计的光伏阵列模拟器的系统结构框图如图2所示，整个系统主要由功率电路和采集控制电路两部分构成。功率电路采用半桥拓扑，用以完成直流变换，经整流滤波后，产生合适的输出电压。检测电路实时采集输出电压、电流，并送给DSP控制电路。DSP依据采集到的值，产生合适的占空比信号控制半桥两个IGBT开关。隔离驱动电路用于驱动IGBT开关，并实现与控制电路的隔离。如果想要模拟一条新的太阳能电池板I-V曲线，只需在软件中重新设定该曲线的和，这四个参数就可以了。
由于半桥母线电压为100V，单个管子承受耐压应该在100V以上，系统最大输出电流为3.5A。综合以上因素后，我们选择Infinion公司生产的IGBT单管IKW40N120T2，其耐压1200V，可通过的均值电流40A，且该单管价格便宜，开通、关断时间极短，开通压降只有1.7V，因此，开关损耗较小，是较理想的选择。
在本系统中，一共需要四路采集，分别是半桥高低端电压采集，输出电压电流采集。这四路信号都要设定过压或过流保护。采集电流信号使用电流传感器，采集电压信号使用电阻分压的形式。本设计的采集电路使用差分信号传输，并基于三级采集电路设计：首先使用全差分放大器LTC1992进行单端到差分信号的转换；然后使用模拟线性光耦HCPL7840进行信号隔离；最后使用仪用运放INA121将信号进行适当放大。
4 控制算法实现
4.1 寻找负载工作点的算法设计
光伏模拟器主要是跟踪负载的工作点，使得模拟器在不同负载情况下的输出能满足光伏阵列的输出特性。静态工作点的确定是模拟器的关键，如何在一特定负载下快速寻找到期望工作点，并使电源工作在这个点上。当负载变化，或是环境条件变化时，又如何找到新的工作点，并快速且精确的控制电源运行在这个工作点上，是模拟器控制算法所要解决的核心问题。
当负载电阻确定后，想要确定工作点处的电压电流，需要代入式(1)进行计算，但公式复杂，且涉及指数运算，在程序实现上十分麻烦，而且也会影响系统响应的速度。从我们研究太阳能电池的输出I-V特性曲线可以看到，在短路电流点附近，电池板接近恒流，输出I-V曲线在这一段接近一条直线；在开路电压点附近，电池板接近恒压，输出I-V曲线在这一段也接近一条直线。所以我们用四条直线来对电池板输出I-V曲线进行拟合，如图3所示。
只要我们采集输出电压电流，得到负载电阻，其伏安特性曲线是一条通过原点的直线，这一直线与上面某一条直线必然交于一点，这一点就是我们系统的理想工作点。然后再根据这一点的电压和半桥公式就能得到系统需要发出的占空比。
4.2 PI控制算法在模拟器中的应用
为了提高系统速度和减少静态误差，在控制系统中应用了PI控制算法，本设计的控制结构见图4。根据上文的控制策略，从测得的输出电压电流，可以得到输出负载RL，进而得到参考电压Vref，它与实际输出电压相减送入PI控制器中，PI输出控制调节占空比，进而使实际输出电压与Vref一致。
依据振荡法，对PI参数进行了整定。先让积分常数为零，比例系数KP 由小增加到0.03时，示波器观察输出压开始出现等幅振荡，振荡周期为0.014s，则，Kr《0.03，Pr《0.014。
进而得到：
表1 变负载时的输出电压
将上述得到的理论、代入程序中，运行测得输出几乎与理论值一致，偏差基本都在0.3V以内，证明了我们整定的参数是成功的。
4.3 软件主程序流程图
系统的控制工作是由软件部分完成的。软件系统的工作主要有两点：一是采集数据；二是完成占空比的计算。主程序模块中主要是进行系统初始化工作及等待处理中断，其中系统初始化主要包括ADC模块的初始化和事件管理器EVB 模块的初始化。主程序流程图见图5。
5 实验结果
基于前面各章对硬件设计、算法、软件编程等方面的研究，设计了一台光伏电池阵列模拟器，其技术参数为：
5.1 模拟器系统的静态效果
为了验证系统输出是否能模拟出一条理想的太阳能电池的输出I-V特性曲线，需要测试RL取不同值时，输出的工作点情况。依据四折线法，RL确定后，就能确定理论的输出电压。依照以上方法进行了一组不同负载实验，测试的数据如表1所示。
由表1可以看到，系统输出电压在69.4V以上时，系统工作在最大功率点附近和开路电压附近，这时系统输出精度基本都在1%以下。说明我们设计的光伏电池阵列模拟器能够在变负载时，比较精确的模拟出太阳能电池阵列的输出
I-V特性曲线
5.2 模拟器系统的动态效果
设计光伏电池阵列模拟器的最终目的是要用于光伏逆变系统实验，因此，只在静态情况下描出太阳能电池板输出I-V特性曲线是不够的，还需要用实验检测系统的响应速度，即动态特性。
影响本系统动态响应时间的因素主要有两个：一是输出电容的电压惯性；二是系统软件算法的执行时间。我们做了两个实验，一是负载突变时，看输出电压的变化；二是直接接光伏逆变系统，让逆变器按照最大功率点跟踪算法(MPPT)去测试模拟器的性能。如果逆变器能跟踪到最大的功率，则说明我们的模拟器达到了设计指标。
我们将负载电阻进行突变，输出电压也会变化。图6是在模拟开路电压为40V时，负载电阻由21.6 Ω突变到49.5 Ω时，输出电压由31.6V跳变到36.1V 时的动态响应波形。由图6可以看到，输出电压可以在约8ms的时间里完成变化响应，但是，这个速度到底够不够，还要看接上实际逆变器后的效果。
在逆变器前端是BOOST电路，用以实现MPPT算法。BOOST电路输入端与我们设计的模拟器相连后，输出端接一电阻。首先让模拟器工作，测量此时输出为开路电压。然后，BOOST电路开始工作，执行MPPT算法。实验测量，BOOST输入电压由开路电压90V逐渐减小，最终在最大功率点电压80V处基本稳定，证明找到了模拟电池的最大功率点。
6 结论
本文在研究了太阳能电池的数学模型的基础上，结合电力电子技术和控制技术，给出了一个基于微控制器和DC/DC环节的光伏阵列模拟器的设计。实验证明，模拟器样机可以有效的模拟光伏阵列的输出，输出特性可以比较准确的模拟光伏阵列，输出电压、电流较稳定。
1.1 引言 太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件，一个单体太阳能电池的单片为一个PN结，工作电压约为0.5V，工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。因而需根据使用要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后，组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件（太阳能电池板）。其功率一般为几瓦至几十瓦，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。 当应用领域需要较高的电压和电流，而单个组件不能满足要求时，可把多个组件通过串连或并联进行连接，以获得所需要的电压和电流，从而使得用户获取电力。根据负荷需要，将若干组件按一定方式组装在固定的机械结构上，形成直流发电的单元，即为太阳能电池阵列，也称为光伏阵列或太阳能电池方阵。一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压（电流）及各个组件的参数有关。 太阳能电池片并、串联组成太阳能电池组件；太阳能电池组件并、串联构成太阳能电池阵列。 1.2 光伏组件 1.2.1组件概述 光伏组件（俗称太阳能电池板）是将性能一致或相近的光伏电池片（整片的两种规格125*125mm、156*156mm），或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池，按一定的排列串、并联后封装而成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，把他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管（防止电流回输）然后输出。电池串联的片数越多电压越高，面积越大或并联的片数越多则电流越大。如一个组件上串联太阳能电池片的数量是36片，这意味着这个太阳能组件大约能产生17伏的电压。 1.2.2电池的连接与失配 失配的影响:失配损失是由于电池或者组件的互联引起的，这些电池或者组件没有相同的特性或者经历了不同的条件。在PV组件和方阵中，在某种条件下失配问题是一个严重的问题，因为一个组件在最差情况的输出是由其中的具有最低输出的太阳电池决定。例如，当一个太阳电池被遮挡而组件中的其它的太阳电池并没有被遮挡时，一个处于“良好”状态的太阳电池产生的功率可以被低性能的太阳电池耗散，而不是提供给负载。这可以导致非常高的局部电力耗散，并且由此而产生的局部加热可以引起组件不可恢复的损伤。 太阳能电池在串、并联成电池组件时，由于每片太阳能电池电性能不可能绝对一致，这就使得串、并联后的输出总功率往往小于各个单体太阳能电池输出功率之和，称作太阳能电池的失配。在太阳能组件的制造以及组建安装为阵列的过程中，失配问题总会存在，并或多或少的影响太阳能电池的性能。这是因为：1，
前言 太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，由于它集开发利用绿色可再生能源、改善生态环境、改善人民生活条件于一体，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术，因而越来越受到人们的青睐。随着世界光伏市场需求持续高速增长、我国《可再生能源法》的颁布实施以及我国光伏企业在国际光伏市场上举足轻重的良好表现，我国光伏技术应用呈现了前所未有的快速增长的态势并表现出强大的生命力。它的广泛应用是保护生态环境、走经济社会可持续发展的必由之路。 太阳能发电的利用通常有两种方式，一种是将太阳能发电系统所发出的电力输送到电网中供给其他负载使用，而在需要用电的时候则从电网中获取电能，称谓并网发电方式。另一种是依靠蓄电池来进行能量存储的所谓独立发电方式，它主要用于因架设线路困难市电无法到达的场合，应用十分广泛。
1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统，安装在客户工厂的屋顶上，用于演示光伏阵列采取跟踪模式和固定模式时发电的情况，待客户参考后再设计一套发电量更大的系统，向工厂提供生产生活用电。本系统建成后将为客户产品做出很好的宣传，系统会直观的显示采用跟踪系统后发电总量的提升情况。 1.2光伏发电系统的要求 因本系统仅是一个参考项目，所以这里就只设计一个2.88kWp的小型系统，平均每天发电5.5kWh,可供一个1kW的负载工作5.5小时。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 江阴市位于北纬31°40’34”至31°57’36”，东经119°至120°34’30”。气候为亚热带北纬湿润季风区，冬季干冷多晴，夏季湿热雷雨。年降水量1041.6毫米，年平均气温15.2℃。具有气候温和、雨量充沛、四季分明等特点。其中4月-10月平均温度在10℃以上，最冷为1月份，平均温度2.5℃；最热月7月份，平均温度27.6℃。
微电网直流平台设备 光伏PV模拟器（1） 产品特点： ■功率容量:600W--1500kW■可模拟太阳能电池板输出特性(国内首创)■可模拟不同光照和温度下I-V曲线■通过填充因子（Fill Factor）可模拟多种太阳能电池的输出特性■可模拟太阳能电池板被遮罩时的I-V曲线■可测试静态和动态下的MPPT情况■MPPT工作点实时显示于上位机软件上■具有恒功率模式 ■具有恒内阻模式，对内阻进行设定■具有强大的图形化上位机软件■稳压精度高、纹波电压低 ■采用16bit高速ADC,快速精确测量■采用ARM、DSP双CPU控制■应用全桥移相软开关技术
■动态稳定性用Matlab仿真优化■采用高速DSP进行PID运算,直接输出PWM■变压器采用非晶铁芯，具有高饱和磁感应强度、高导磁率、高电感量、低损耗、体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、频率特性优良、温度稳定性高的特性 ■快速存储9组数据（电压，电流，功率）■具有过压、过流、过温、短路保护功能■电压、电流、时间设定，数字式按键输入，精确度高；■具有RS232C通讯接口（RS485,GPIB为可选）■产品通过CE认证■符合EN50530/Sandia/CGC-GF004标准 原理图：
可编程直流负载（2） ■采用触摸屏+PLC方式进行控制，具有本控与PC控制两种方式，提供相应上位机操作软件。 ■采用不锈钢合金电阻制造 ■可根据功率检测要求，可以按键组合投放，设定放电功率。 ■检测各种发电设备以及放电设备的工作效率、满负载运行最大输出功率及带载能力。 ■模拟各类复杂工作环境，功率的突加突卸，检测放电设备的实际带载能力和效率 ■采用精准的高精度负载材质能真正模拟实际负载的带载力和负载微变适应能力 ■急停和温度保护，超载，短路，过温设备自动切断 ■上限下限电压设定，根据能量自动降至范围电压点（限程控机） ■温度保护设定，温度0~100°可以设定，同时检测实时温度情况 ■可编程界面0~30组功率电流任意设置，最小执行操作时间1ms可循环999999次（限程控机） ■负载的最小分辨率为1W，可精确模拟发电或产品通断能力 ■可以将测量数据上传到电脑并实现对检测过程数据的过程过程记录存储功能（限程控机） ■具有面板操作或远程控制两种操作方式（限程控机） ■具有过温保护功能和温度设定以及温度监测 ■可定制不同时间常数负载 ■应用于发电机、UPS、开关、熔断器、电器附件、变压器、温升试验、低压电气的出厂检验、生产调试、模拟恶劣负载环境、科研开发、军工等精确测试场所 ■采按钮控制或开关切换（触摸屏控制含RS232通讯接口) ■可测量电压、电流、功率
基于PSCAD 的光伏阵列建模 钱海艇 河海大学电气工程学院，南京市（210098) E-mail ：Qht916@https://www.doczj.com/doc/6e12083363.html, 摘 要：根据常用的光伏电池数学模型、光伏电池与温度和光强数值函数关系以及光伏阵列输出特性与光伏电池串－并联函数关系等原理，在PSCAD 环境下，采用新方法构建了光伏阵列仿真模型。文中通过引入不同厂家的光伏电池参数和动态气象数据，进行了光伏电池特性曲线拟合、光伏阵列耦合负载发电以及并网发电等仿真试验。同时给出相关仿真试验结果，经分析表明该模型适合光伏发电系统的仿真试验。 关键词：光伏电池特性；光伏阵列；PSCAD；动态气象数据；光伏发电； 中图分类号：TK514 0. 引言 随着光伏发电技术的发展，大规模光伏发电正面向全球化、商业化的发展。由于变化的气象环境对光伏电池电力输出的影响，在设计光伏发电系统过程中，进行仿真分析、寻求可靠的运行参数是必须的。从而，在理论研究的基础上，构建可靠实用的光伏阵列仿真模型，进而分析光伏发电系统的可行性、可靠性、经济效益最优化以及运行效率最高化等，都是非常必要的研究。 目前，国内外有很多文献是关于光伏发电系统仿真建模，但多数是根据电子学原理，给出复杂的数值仿真模型[1 ～3]。而且，大多数文献都是按照稳态理论来建模的，能够充分考虑光强和温度因素的据少。且多数在构建光伏阵列模型时都是简单的串、并联，没有考虑其对 输出的影响。 本文提出的光伏阵列仿真模型不仅考虑到串－并联对输出的影响，还可以根据不同的气象数据和运行环境数据，模拟光伏电池在不同环境下的运行模式和状况。而且，可以根据不同种类光伏电池的特性参数，设定运行模式。仿真试验的结果表明，该模型便于工程应用，能满足多数工程项目物理模拟的精度要求。 1. 光伏电池及光伏阵列模型 1.1 光伏电池特性及模型 针对光伏电池特性的研究和文献国内外有很多[1～5]，理论和技术均已成熟。根据光电学 原理，光伏电池数学模型可分为单指数模型和双指数模型，文献[3 、4]中已经有详细的说明。按照文献[5]对光伏电池等值电路模型的分类有三种，其中最为精确，应用最广的是第三种， 如式（1）所列。 ()0exp 1s s L sh V IR q V IR I I I R AKT ++=?????????????????? ? （1） 根据工程应用要求实用性和精确性相结合的特点，根据文献[6]的近似方法可以得到式 （2）。其中有两个近似系数K 1、K 2可以由式（3）和（4）确定。 (){}12exp 1 sc sc oc I I K I V K V =?×????? （2）
太阳能电池组件及方阵的设计方法案例图文说明 上面已经说过，太阳能电池组件的设计就是满足负载年平均每日用电量的需求。所以，设计和计算太阳能电池组件大小的基本方法就是用负载平均每天所需要的用电量（单位：安时或瓦时）为基本数据，以当地太阳能辐射资源参数如峰值日照时数、年辐射总量等数据为参照，并结合一些相关因素数据或系数综合计算而得出的。 在设计和计算太阳能电池组件或组件方阵时，一般有两种方法。一种方法是根据上述各种数据直接计算出太阳能电池组件或方阵的功率，根据计算结果选配或定制相应功率的电池组件，进而得到电池组件的外形尺寸和安装尺寸等。这种方法一般适用于中小型光伏发电系统的设计。另一种方法是先选定尺寸符合要求的电池组件，根据该组件峰值功率、峰值工作电流和日发电量等数据，结合上述数据进行设计计算，在计算中确定电池组件的串、并联数及总功率。这种方法适用于中大型光伏发电系统的设计。下面就以第二种方法为例介绍一个常用的太阳能电池组件的设计计算公式和方法，其他计算公式和方法将在下一节中分别介绍。 1．基本计算方注 计算太阳能电池组件的基本方法是用负载平均每天所消耗的电量(Ah)除以选定的电池组件在一天中的平均发电量(Ah)，就算出了整个系统需要并联的太阳能电池组件数。这些组件的并联输出电流就是系统负载所需要的电流。具体公式为： 负载用电10A,负载工作8小时。（220V ） ） 组件日平均发电量（）负载日平均用电量（电池组件并联数Ah Ah = 其中, 组件日平均发电量=组件峰值工作电流(A)×峰值日照时数(h)。 假设告知负载日耗电（KWh ），如何计算负载日平均用电量（Ah ）。 再将系统的工作电压除以太阳能电池组件的峰值工作电压，就可以算出太阳能电池组件的串联数量。这些电池组件串联后就可以产生系统负载所需要的工作电压或蓄电池组的充电电压。具体公式为： 组件峰值工作电压 系数）系统工作电压（电池组件串联数 1.43V ?= 系数1.43是太阳能电池组件峰值工作电压与系统工作电压的比值。例如，为工作电压12V 的系统供电或充电的太阳能电池组件的峰值电压是17～17.5V ；为工作电压24V 的系统
计 算 机 系 统 应 用 https://www.doczj.com/doc/6e12083363.html, 2014 年 第23卷 第 1 期 86软件技术·算法 Software Technique ·Algorithm 光伏电站阵列单元优化设计软件的开发与实现① 王昊轶1, 郭志彤2, 王一波1, 李 健1 1(中国科学院电工研究所 可再生能源发电系统研究部, 北京 100190) 2 (辽宁省电力有限公司 发展策划部, 沈阳 110006) 摘 要: 针对我国光伏电站工程设计过程中如何提高阵列单元设计效率的实际问题, 研究了通过开发计算机软件来解决这一问题的方法, 并详细论述了该软件的设计与实现过程. 通过对光伏发电系统设计过程的分析, 确定了软件的功能定位及其主要功能, 采用面向对象的设计方法完成了软件设计, 在Visual C++2010环境下完成软件的开发. 该软件通过工程设计人员的试用, 具备较好的人机界面, 将设计人员从繁重的工程计算中解脱出来, 大大的提高了设计效率. 关键词: 光伏发电系统; 计算机辅助设计; 光伏电站设计 Developing of PV Plants Array Unit Optimization Design Software WANG Hao-Yi 1, GUO Zhi-Tong 2, WANG Yi-Bo 1, LI Jian 1 1(Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) 2 (Liaoning Electric Power Company Limited, Shenyang 110006, China) Abstract : This paper discussed the design and implementation of PV array design software in detail. By the analysis of photovoltaic power generation system design process, it determined the function orientation and the main function of software. The software was designed with the help of the object-oriented design method. Under the environment of Visual c++2010, it was completed. The software has the good man-machine interface and greatly improves the design efficiency. Key words : PV system; CAD; PV design 1 引言 随着光伏组件成本的下降及光伏上网电价的调整, 光伏发电在我国能源结构中的比例逐渐加大, 在我国西部太阳能资源一类地区正在建设容量在几十兆瓦及以上的大型光伏电站. 一个大型光伏电站通常由若干方阵组成, 每个方阵由若干阵列单元组成, 因此光伏阵列单元是光伏电站的基本组成单元, 也是工程设计人员在进行电站设计时的基本设计单元[1-3]. 光伏阵列单元的设计是否合理, 直接影响整个电站的运行性能. 但是光伏阵列单元的设计需要综合考虑天文、气象、电气、机械等多领域的计算, 因此完全凭借设计人员的经验很难达到满意的设计性能. 为了提高工程设计人员的设计效率和电站的设计 ① 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)(2011AA05A303) 收稿时间:2013-06-25;收到修改稿时间:2013-08-14 性能, 国外学者开发出了一些相关软件如PVsys, PVsol 等, 文献[4,5]对这些软件的功能进行了介绍. 但是这些软件主要面向欧洲和美国的光伏电站设计, 采用的气象数据和设计规范与我国有所差异. 因此作者通过与我国电站设计工程人员交流沟通, 参考我国电气设计相关标准及文献[1-3,6-8], 完成了大型并网光伏电站工程设计与仿真分析软件. 本文详细论述了该软件中的一个子系统“光伏电站阵列单元优化设计软件”的设计方法和实现. 2 软件的功能定位 大型光伏电站工程设计与仿真分析系统是一套覆盖光伏电站工程设计全过程的大型工程设计软件, 其
家用分布式光伏系统设计 摘要：太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。 目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在建筑物屋顶的光伏发电项目，方便接入就近接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。从发电入网角度出发，根据家庭用电情况可以给出系统施工要求、设计方法以及光伏组件、逆变器的选择等。 关键词：太阳能分布式光伏发电系统 1.前言 太阳能是一种重要的，可再生的清洁能源，是取之不尽用之不竭、无污染、人类能够自由利用的能源。太阳每秒钟到达地面的能量高达50万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍。从长远来看，太阳能的利用前景最好，潜力最大。近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产和市场开拓方面都获得了长足发展，成为快速、稳定发展的新兴产业之一。 本文简单地阐述了家用分布式光伏发电系统设计方法和施工要求，仅供参考。 2.太阳能光伏发电应用现状 太阳能转换为电能的技术称为太阳能光伏发电技术（简称PV技术）。太阳能光伏发电不仅可以部分代替化石燃料发电，而且可以减少CO2和有害气体的排放，防止地球环境恶化，因此发展太阳能光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。目前发达国家如美国、德国、日本的光伏发电应用领域从航天、国防、转向了民用，如德国的“百万屋顶计划”使许多家庭不仅利用太阳能光伏发电解决了自家供电，而且这些家庭还办成了一所所私人的“小型电站”，能够源源不断地为公用电网提供电能。 近几年，我国光伏行业发展也非常迅速。国家对光伏发电较为重视，国家和地方政府相继出台了一些列的补贴政策以促进光伏产业的发展，国家发改委实施“送电到乡”、“光明工
1.1 引言 太阳电池是将太直接转换为电能的最基本元件，一个单体太阳能电池的单片为一个PN结，工作电压约为0.5V，工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。因而需根据使用要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后，组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件（太阳能电池板）。其功率一般为几瓦至几十瓦，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。 当应用领域需要较高的电压和电流，而单个组件不能满足要求时，可把多个组件通过串连或并联进行连接，以获得所需要的电压和电流，从而使得用户获取电力。根据负荷需要，将若干组件按一定方式组装在固定的机械结构上，形成直流发电的单元，即为太阳能电池阵列，也称为光伏阵列或太阳能电池方阵。一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压（电流）及各个组件的参数有关。 太阳能电池片并、串联组成太阳能电池组件；太阳能电池组件并、串联构成太阳能电池阵列。 1.2 光伏组件 1.2.1组件概述 光伏组件（俗称太阳能电池板）是将性能一致或相近的光伏电池片（整片的两种规格125*125mm、156*156mm），或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池，按一定的排列串、并联后封装而成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，把他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管（防止电流回输）然后输出。电池串联的片数越多电压越高，面积越大或并联的片数越多则电流越大。如一个组件上串联太阳能电池片的数量是36片，这意味着这个太阳能组件大约能产生17伏的电压。 1.2.2电池的连接与失配 失配的影响:失配损失是由于电池或者组件的互联引起的，这些电池或者组件没有相同的特性或者经历了不同的条件。在PV组件和方阵中，在某种条件下失配问题是一个严重的问题，因为一个组件在最差情况的输出是由其中的具有最低输出的太阳电池决定。例如，当一个太阳电池被遮挡而组件中的其它的太阳电池并没有被遮挡时，一个处于“良好”状态的太阳电池产生的功率可以被低性能的太阳电池耗散，而不是提供给负载。这可以导致非常高的局部电力耗散，并且由此而产生的局部加热可以引起组件不可恢复的损伤。 太阳能电池在串、并联成电池组件时，由于每片太阳能电池电性能不可能绝对一致，这就使得串、并联后的输出总功率往往小于各个单体太阳能电池输出功率之和，称作太阳能电池的失配。在太阳能组件的制造以及组建安装为阵列的过程中，失配问题总会存在，并或多或少的影响太阳能电池的性能。这是因为：1，
太阳能电池板方阵安装角度计算 由于太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长。利用太阳光发电就是一种使用太阳能的方式，可是目前建设一个太阳能发电系统的成本还是较高的，从我国现阶段的太阳能发电成本来看，其花费在太阳电池组件的费用大约为30～40％，因此，为了更加充分有效地利用太阳能，如何选取太阳电池方阵的方位角与倾斜角是一个十分重要的问题。 1.方位角 太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为0°）时，太阳电池发电量是最大的。在偏离正南（北半球）30°度时，方阵的发电量将减少约10％～15％；在偏离正南（北半球）60°时，方阵的发电量将减少约20％～30％。但是，在晴朗的夏天，太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后，因此方阵的方位稍微向西偏一些时，在午后时刻可获得最大发电功率。在不同的季节，太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。方阵设置场所受到许多条件的制约，例如，在地面上设置时土地的方位角、在屋顶上设置时屋顶的方位角，或者是为了躲避太阳阴影时的方位角，以及布置规划、发电效率、设计规划、建设目的等许多因素都有关系。如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时，请参考下述的公式。至于并网发电的场合，希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位角。方位角＝（一天中负荷的峰值时刻（24小时制）－12）×15＋（经度－116）10月9日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移的关系曲线。在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的。 2.倾斜角 倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角，并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关，当纬度较高时，相应的倾斜角也大。但是，和方位角一样，在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角（斜率大于50％-60％）等方面的限制条件。对于积雪滑落的倾斜角，即使在积雪期发电量少而年总发电量也存在增加的情况，因此，特别是在并网发电的系统中，并不一定优先考虑积雪的滑
并网光伏发电系统方阵的最佳安装倾角采用专业系统设计软件进行优化设计来确定，它应是系统全年发电量最大时的倾角。当倾角确定后我们要保证每个光伏阵列在冬至日上午九时到下午三时无阴影遮挡（北半球）。 太阳电池阵列间距的设计计算： 在北半球，对应最大日照辐射接收量的平面为朝向正南，阵列倾角确定后，要注意南北向前后阵列间要留出合理的间距，以免前后出现阴影遮挡，前后间距为：冬至日（一年当中物体在太阳下阴影长度最长的一天）上午9：00到下午3：00，组件之间南北方向无阴影遮挡。 固定光伏组件方阵的支架系统安装的前后最小间距D，如下图所示： 简化的计算公式如下： 式中：φ为纬度(在北半球为正、南半球为负)；H为光伏方阵阵列或遮挡物与可能被遮挡组件底边高度差。 同时在太阳能电池方阵排列布置还需要考虑地形，地貌的因素，要与当地自然环境有机的结合。同时设计要规范，并兼顾光伏电站的景观效果，在整个方阵场设计中尽量节约土地。太阳电池方阵的布置设计包括阵列倾角设计，方位角设计，阵列间距设计，需根据具体情况来进行计算。 关于跟踪系统阵列之间的间距计算相对复杂，由于跟踪支架系统的巡日条件和跟踪角度范围与其厂家产品有关，且每家不尽相同。故对其计算无实际意义。但有一点是一致的，就是我们都必须满足一天中不得小于6小时的照射时间窗口。需要说明的是上述时间为地方时。例如在计算中使用的太阳赤纬都是以天文年
历为准的，而天文年历所给出的参数都是世界时0时的值，但时角又是以地方时为依据的，而日常的钟表所显示的时间都是北京时。这里需要注意的是：北京时早8点时，乃是世界时0点，由于地球自西向东转动，所以，凡是在北京以东的地方，其地方时均比北京时要晚，即8点多，而北京以西的地方则尚未到8点。 经度订正是时间转换所必需的。在我国明确规定，东经为正，西经为负；但在美国则刚好相反。具体换算公式是：地方时（即太阳时）=北京时+E-4*（120-L）其中：E为地球绕日公转时进动和转速变化而产生的修正，单位为分；L为当地的经度
光伏组件与阵列设计
1.1 引言 太阳电池是将太阳光直接转换为电能的最基本元件，一个单体太阳能电池的单片为一个PN结，工作电压约为0.5V，工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。因而需根据使用要求将若干单体电池进行适当的连接并经过封装后，组成一个可以单独对外供电的最小单元即组件（太阳能电池板）。其功率一般为几瓦至几十瓦，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。 当应用领域需要较高的电压和电流，而单个组件不能满足要求时，可把多个组件通过串连或并联进行连接，以获得所需要的电压和电流，从而使得用户获取电力。根据负荷需要，将若干组件按一定方式组装在固定的机械结构上，形成直流发电的单元，即为太阳能电池阵列，也称为光伏阵列或太阳能电池方阵。一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电压（电流）及各个组件的参数有关。 太阳能电池片并、串联组成太阳能电池组件；太阳能电池组件并、串联构成太阳能电池阵列。 1.2 光伏组件 1.2.1组件概述 光伏组件（俗称太阳能电池板）是将性能一致或相近的光伏电池片（整片的两种规格125*125mm、156*156mm），或由激光机切割开的不同规格的太阳能电池，按一定的排列串、并联后封装而成。由于单片太阳能电池片的电流和电压都很小，把他们先串联获得高电压，再并联获得高电流后，通过一个二极管（防止电流回输）然后输出。电池串联的片数越多电压越高，面积越大或并联的片数越多则电流越大。如一个组件上串联太阳能电池片的数量是36片，这意味着这个太阳能组件大约能产生17伏的电压。 1.2.2电池的连接与失配 失配的影响:失配损失是由于电池或者组件的互联引起的，这些电池或者组件没有相同的特性或者经历了不同的条件。在PV组件和方阵中，在某种条件下失配问题是一个严重的问题，因为一个组件在最差情况的输出是由其中的具有最低输出的太阳电池决定。例如，当一个太阳电池被遮挡而组件中的其它的太阳电池并没有被遮挡时，一个处于“良好”状态的太阳电池产生的功率可以被低性能的太阳电池耗散，而不是提供给负载。这可以导致非常高的局部电力耗散，并且由此而产生的局部加热可以引起组件不可恢复的损伤。 太阳能电池在串、并联成电池组件时，由于每片太阳能电池电性能不可能绝对一致，这就使得串、并联后的输出总功率往往小于各个单体太阳能电池输出功率之和，称作太阳能电池的失配。在太阳能组件的制造以及组建安装为阵列的过程中，失配问题总会存在，并或多或少的影响太阳能电池的性能。这是
课程设计报告 题目太阳能节能灯的设计与分析 系别物理与电子工程学院 年级 2011级专业光伏技术与产业 班级光伏111 学生姓名宋梦丹 学号050411139 指导教师薛春荣 设计时间2013-12
产品简介 【使用优点】 无需电线，按一下底部的开关，白天晒太阳，晚上自动亮光，环保，不用交电费！灯体造型美观大方，轻巧灵活多样，动感十足，太阳能充满电能亮8小时以上。 【安装及使用方法】 把灯罩向左旋开，拨动开关，把灯具插地，放置在阳光下 【技术参数】 ?品牌: MODAS ?型号: MD9548 ?颜色分类: 白色（MD9548W） ?灯具是否带光源: 带光源 ?光源类型: LED ?太阳能板：0.08W（2V 40MA） ?电源：600MAH 1.2V NI-MH ?光源：1*LED(15000MCD) ?产品尺寸：6.7*6.7*36.7CM ?一盒重量：260g 【工作原理】 通过顶部的太阳能板转换成电能，白天光通过太阳能板转换成电能储存在充电电池中，等到晚上天黑时，太阳能板不再对电池充电，灯就自动亮起来。 原理分析 太阳能光伏发电LED照明系统组成高效节能的太阳能光伏发电LED照明系统包括太阳能电池组、DC-DC变换器、最大功率跟踪控制、储存电能的蓄电池组和LED照明控制、LED光源等部分。 太阳能LED自动照明系统的基本原理，是在有光照的情况下，太阳能电池板把光能转变成电能对蓄电池充电，并将电能储存在蓄电池中。夜晚，蓄电池中的电能为半导体发光二极管LED充电发光起到照明的效果。系统采用全自动工作方式，无须人工介入，可以采用声、光或延时控制方式，做到“人在灯亮，人走灯灭”（指楼道、走廊等）或“天黑即亮，延时关灯”（指道路、庭院、景点等）或每日24小时“常明不灭”（指地下停车场、隧道等）。对连续阴雨天，系统可根据
数字式光伏电池阵列模拟器的研制 2011-03-17 16:30:18 来源：OFweek太阳能光伏网 介绍太阳能电池的工作原理及其数学模型的基础上，选择半桥变换器作为主电路拓扑，研制了一台光伏电池阵列模拟器。控制部分采用TMS320F2812 DSP作为模拟器控制电路的主控制器，将数字PI控制算法应用在数字式光伏电池阵列模拟器中。在闭环实验下，模拟器的静态工作点与所模拟的太阳能电池的输出特性相吻合，并能够动态模拟负载变化的工作情况。证明了所设计的模拟器能够用于光伏发电系统实验。 1 引言 太阳能作为一种新型的可再生资源受到越来越广泛的重视，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池阵列由于实验受到日照强度、环境温度的影响，导致实验成本过高，研发周期变长。光伏电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期，提高研究效率及研究结果的可信性。 本文设计的光伏电池阵列模拟器以半桥电路为基础，基于DSP控制，并加入了PI控制改善系统动态性能和稳态精度。 2 太阳能电池的工作特性 太阳能电池在有光照条件下，光生电流会流过负载，从而产生负载电压。这时太阳能电池的等效电路如图1所示。其中，RS为串联电阻，Rsh为旁漏电阻，也称跨接电阻，它是由体内的缺陷或硅片边缘不清洁引起的。显然，旁路电流Ish 和二极管的正向电流ID (通过PN结总扩散电流)都要靠IL提供，剩余的led光电流经过RS，流出太阳能电池而进入负载。 根据文献资料[1]，利用厂家提供的短路电流Isc，开路电压VOC，最大功率点处的电流Im和最大功率点处的电压Vm这四个参数可以得到太阳能电池板便于工程计算的模型：
这样，就把太阳能电池板的I-V特性曲线转换为简单的、便于工程计算的形式。 3 光伏电池阵列模拟器设计 模拟器的目的是要能模拟一定光照下，随负载变化的太阳能电池板的电特性，包括最大输出功率，输出I-V特性，以及不同日照下的变化。其应该完成以下三个方面的要求： (1) 系统能够按照光伏阵列的输出特性完成输出，当外电路负载一定时，系统能够在工作点上保持稳定的输出； (2) 当外接负载发生变化时，模拟器能够以合乎要求的速度变化到新工作点并能稳定在该点； (3) 能够输出要求的功率； 本文设计的光伏阵列模拟器的系统结构框图如图2所示，整个系统主要由功率电路和采集控制电路两部分构成。功率电路采用半桥拓扑，用以完成直流变换，经整流滤波后，产生合适的输出电压。检测电路实时采集输出电压、电流，并送给DSP控制电路。DSP依据采集到的值，产生合适的占空比信号控制半桥两个IGBT开关。隔离驱动电路用于驱动IGBT开关，并实现与控制电路的隔离。如果想要模拟一条新的太阳能电池板I-V曲线，只需在软件中重新设定该曲线的和，这四个参数就可以了。 由于半桥母线电压为100V，单个管子承受耐压应该在100V以上，系统最大输出电流为3.5A。综合以上因素后，我们选择Infinion公司生产的IGBT单管IKW40N120T2，其耐压1200V，可通过的均值电流40A，且该单管价格便宜，开通、关断时间极短，开通压降只有1.7V，因此，开关损耗较小，是较理想的选择。 在本系统中，一共需要四路采集，分别是半桥高低端电压采集，输出电压电流采集。这四路信号都要设定过压或过流保护。采集电流信号使用电流传感器，采集电压信号使用电阻分压的形式。本设计的采集电路使用差分信号传输，并基于三级采集电路设计：首先使用全差分放大器LTC1992进行单端到差分信号的转换；然后使用模拟线性光耦HCPL7840进行信号隔离；最后使用仪用运放INA121将信号进行适当放大。 4 控制算法实现 4.1 寻找负载工作点的算法设计 光伏模拟器主要是跟踪负载的工作点，使得模拟器在不同负载情况下的输出能满足光伏阵列的输出特性。静态工作点的确定是模拟器的关键，如何在一特定负载下快速寻找到期望工作点，并使电源工作在这个点上。当负载变化，或是环境条件变化时，又如何找到新的工作点，并快速且精确的控制电源运行在这个工作点上，是模拟器控制算法所要解决的核心问题。 当负载电阻确定后，想要确定工作点处的电压电流，需要代入式(1)进行计算，但公式复杂，且涉及指数运算，在程序实现上十分麻烦，而且也会影响系统响应的速度。从我们研究太阳能电池的输出I-V特性曲线可以看到，在短路电流点附近，电池板接近恒流，输出I-V曲线在这一段接近一条直线；在开路电压点附近，电池板接近恒压，输出I-V曲线在这一段也接近一条直线。所以我们用四条直线来对电池板输出I-V曲线进行拟合，如图3所示。
关于太阳能电池阵模拟器的设计 1 引言 太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。目前，在航天电源领域内，绝大多数卫星电源均使用太阳能电池作为其动力核心。卫星电源的性能直接影响到卫星的性能和工作寿命，对卫星的正常运行和使用也有重大的影响。因此，为了提高电源系统的性能和可靠性，对卫星电源系统进行仿真和测试评估具有十分重要的意义。 卫星的空间工作条件恶劣且复杂，温度范围大，日照条件变化迅速，且太阳能电池方阵处于高能粒子辐射下，在地面上无法采用实际的太阳能电池方阵来再现卫星在空间轨道中的工作状态，因此需要采用太阳能电池模拟器（Solar Array Simulator，简称SAS）来模拟太阳能电池阵在空间的工作状况。SAS是卫星电源模拟器的重要组成部分，其主要任务是真实地遵循太阳能电池方阵在各种复杂空间条件下的实际输出特性曲线，在卫星的地面测试阶段代替太阳能电池方阵为卫星上的各分系统供电。 2 太阳能电池的数学模型 根据太阳能电池原理和图1 所示的实际测量结果建立了多种模型，用于太阳能电池的测试和应用研究。事实证明，这些模型具有足够的工程精度。 2.1 单指数模型 图2 示出太阳能电池的等效电路。 Iph 取决于太阳能电池各工作区的半导体材料性质和电池几何结构参数以及入射光强、表面反射率、前后表面复合速度、材料吸收系数等。由于器件的瞬时响应时间相比于绝大多数光伏系统的时间常数显得微不足道，因此分析中可忽略结电容。设定图中所示的电压、电流为正方向，由固体物理理论和全电路欧姆定律即可推出目前常用的单指数形式的太阳能电池模型： 式中 I0———二极管反向饱和电流 q———电子电荷 I———电池的输出电流 K———波尔兹曼常数 T———绝对温度 A———二极管品质因子（曲线因子），一般A=1～2： 2.2 双指数模型 在单指数模型中，在不同的电压范围内，决定IVD 的因素也不同。当电压较高时，IVD 主要由电中性区的注入电流决定；当电压较低时，IVD 主要由空间电荷区的复合电流决定。为了提高模型精度，可以综合考虑这两种情况，在等效电路中用两个参数不同的二极管来产生这两个电流，。
第3章光伏阵列基本原理及工作特性 3.1 光伏电池的工作原理 光伏发电首先要解决的问题是怎样将太阳能转换为电能。光伏电池就是利用半导体光伏效应制成，它是一种能将太阳能辐射直接转换为电能的转换器件。由若干个这种器件封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列。光伏阵列是光伏发电系统的关键部件，其输出特性受外界环境影响较大。 太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池。光伏电池是以光生伏打效应为基础，可以把光能直接转换成电能的一种半导体器件。所谓的光生伏打效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势的效应。在气体，液体和固体中均可产生这种效应。在固体，特别是半导体中，光能转换成电能的效率相对较高。 图3-1 光生伏打效应 当光照射在距光伏电池表面很近的PN结时，只要入射光子的能量大于 E，则在P区、N区和结区光子被吸收会产生电子半导体材料的禁带宽度 g –空穴对。那些在结附近N区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散。只要少数载流子离PN结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处。在P区与N区交界面的两侧即结区，存在一个空间电荷区，
也称为耗尽区。在耗尽区中，正负电荷间形成电场，电场方向由N 区指向P 区，这个电场称为内建电场。这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向P 区。同样，如果在结区附近P 区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向N 区结区内产生的电子–空穴对在内建电场的作用下分别移向N 区和P 区。如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在PN 结附近，使P 区获得附加正电荷，N 区获得附加负电荷，这样在PN 结上产生一个光生电动势。若果外电路与负载连接，处于通路状态，PN 结产生的光生电动势就开始供电， 产生从P 区流出，N 区流入的电流，从而带动负载工作。 3.2光伏电池等效电路 I 图3-2光伏电池等效电路 上图是光伏电池的等效电路模型图。它由理想电流源ph I 、并联二极管D 、并联电阻sh R 和串联电阻s R 组成。 ph I ——光伏电池经由光照射后所产生的电流； sh R ——材料内部等效并联电阻，旁路电阻； s R ——材料内部等效串联电阻； I ——光伏电池输出电流； oc U ——光伏电池输出电压； D I ——暗电流，无光照情况时，有外电压作用下PN 结内流过的单向电流； 电流源ph I 大小受光伏电池所处的外部环境如光照强度、温度等的影响；
1.引言 目前，在全球能源供应紧张和环境问题日益严重的情况下，经济和社会的可持续发展受到了巨大挑战，发展和利用清洁而安全的可再生能源受到了广泛重视。虽然目前已经实现利用的可再生替代能源种类较多，但从可用总量上看，水能、风能、潮汐能都太小，不足以满足人类需求。太阳能作为一种资源丰富，分布广泛且可永久利用的可再生能源，具有极大的开发利用潜力。特别是进入21世纪，太阳能光伏发电产业发展非常迅速。太阳能光伏发电在不远的将来不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体，将给能源发展带来革命性的变化。根据欧洲联合委员会研究中心（JRC）的预测，到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，其中太阳能发电占到60%以上，充分显示出其重要的战略地位。 太阳能光伏组件支架是固定太阳能电池板的重要部件，在获得太阳能电池板最大发电效率的前提下，保证支架的安全可靠性是光伏组件厂家需要考虑和研究。根据不同形式的太阳能光伏发电的需要，支架系统一般分为单立柱太阳能支架、双立柱太阳能支架、矩阵太阳能支架、屋顶太阳能支架、墙体太阳能支架、追踪系统系列支架等若干规格型号，同时按照不同的安装方式又分为地面安装系统、屋顶安装系统和建筑节能一体化支架安装系统。 2.光伏组件支架设计 2.1 光伏组件支架结构 目前商品化的太阳能光伏组件安装支架大多不可以调节角度，采用跟踪方式进行太阳能发电又浪费大量人力物力，投入产出比受到一定程度的局限。本文设计了一种可根据不同纬度地区而调节角度的光伏系统支架，（如图1所示）该支架系统可以根据需要调节水平角度，不但适应于地面光伏电站的使用，同时还可以在屋顶光伏电站使用，在安装过程中可以快速调整支架的安装角度，避免了常规光伏组件支架不能够迅速调整安装角度的缺点，同时该组件支架采用高碳钢结构，表面经过热镀锌材料，具有成本低，强度高，选材耐腐蚀强，可以
便携式光伏阵列IV曲线测试仪 便携式光伏阵列IV曲线测试仪已经成功应用于光伏电站验收，光伏发电站监造，光伏发电系统的年检、光伏发电站日常维护检测。是鉴衡认证中心应用于光伏电站金太阳认证的唯一指定检测工具，还应用于中国质量认证中心、中国电力科学研究院等与多家光伏检测签约实验室。便携式光伏阵列IV曲线测试仪产品详细介绍如下： 一、便携式光伏阵列IV曲线测试仪背景介绍 光伏电站投入运行之前必须经过严格检测后验收，国家GBT 18210-2000 《晶体硅光伏（PV）方阵I-V 特性的现场测量》给出了相应的技术要求。在投入运行后的20年内，电站运营方也要不断对光伏电站各子阵列的I-V特性进行测试，查找故障隐患，以便日常维护及维修。 光伏系统根据其对功率的需求配备或大或小的光伏阵列，这一光伏阵列是由太阳电池组件按串联、并联规则组合在一起的。如果各串联的太阳电池组件的工作特性由于离散性而导致不一致，在工作点的电流会不同，则必然会带来效率的损失；同理，如果太阳电池组件并联，则由于离散性，其相同工作电压条件下的最佳效率点会不一致，也会出现效率的损失。这种由于太阳电池组件特性曲线之间失配而带来的损失，称为“联结损耗"。由于“联结损耗"的存在，使得由众多太阳电池联成的阵列效率总是低于单个电池的发电效率。太阳电池的I-V特性曲线本身具有很强的实时性，易于受环境因素的影响，对于温度、照度的变化敏感。所以太阳电池安装环境条件的多变性，必然会使得太阳电池在不同环境条件下的实际发电量和负载工作点大相径庭。厂家提供的太阳电池组件的特征参数都是基于标准测试条件，而这些特征参数并不能反映太阳电池的实际工作情况。 由此可以看出，如果仅仅依靠厂家提供的太阳电池组件的特征参数进行系统设计，往往很难达到理想的设计效果。例如光伏电站，其所配用的光伏阵列容量可以通过计算得出，但事实证明许多理论计算配置的系统是不合理的，有时甚至是失败的，其原因就是由于光伏系统中的光伏阵列存在组合效率损失，并在不同日照强度、环境温度下的特性有很大差异。 所以在光伏发电站安装、光伏发电站监造、光伏发电站验收、光伏发电站年检时，一定要使用大功率的光伏阵列I-V特性测试仪对光伏阵列进行检验检测、核实光伏组件工作性能及安装合理性。 二、便携式光伏阵列IV曲线测试仪工作原理 PV-8150K主机内置有满足大功率、高电压、时间常数τ精确计算的充放电的专用电容器，动态电容充电现场测试方法是根据电容的特性，将内置电容器当成光伏阵列的可变负载，通过对光伏阵列给电容充电整个过程进行电流和电压采样，来测试并用专用软件将数据处理成光伏阵列的伏安特性曲线。其测量工作原理如下图所示。