太阳能功率优化器升压系统的研究与实现
- 格式:docx
- 大小:834.16 KB
- 文档页数:51
光伏发电系统中的模型分析与优化随着全球环境问题的日益加剧和人们对可持续发展的追求,光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式越来越受到人们的关注和重视。
光伏发电系统是通过太阳能电池板将光能转换为电能供应给用户的一种设备,但如何提高光伏发电系统的能量转换效率和稳定性是目前亟待解决的重要问题之一。
为了实现光伏发电系统的优化,需要对光伏发电系统进行模型分析和优化设计。
模型分析和优化是指通过科学的数据分析和模拟计算,找到光伏发电系统的隐含问题和瓶颈,提高其性能表现和系统稳定性。
下面就为大家介绍光伏发电系统中的模型分析与优化方法。
一、光伏发电系统的模型分析光伏发电系统模型分析是指对光伏发电系统的构成和工作原理进行详细的分析和解释。
主要包括:1、光伏电池的工作原理及特性光伏电池是光伏电池板的核心部分,其工作原理是通过半导体材料的PN结来实现太阳能的电能转换。
当太阳光照射光伏电池时,光子将激发半导体材料中的自由电子,从而形成光生电流。
在不同光强度下,光伏电池的输出电流与电压都存在一定的特性,这一特性将影响整个光伏发电系统的工作效率和稳定性。
2、光伏电池板的特性和参数光伏电池板是将光伏电池按一定规则排列而成的设备,其特性参数主要有功率、电压、电流和效率等。
在不同环境条件下,光伏电池板的特性参数可能会发生一些变化,比如温度变化会对光伏电池板的输出电压和电流产生一定的影响。
3、光伏发电系统的运行原理和工作流程光伏发电系统包括光伏电池板、充电控制器、蓄电池和逆变器等等,其运行原理是将太阳能转换为电能通过充电控制器进行充电,再将蓄电池的电能通过逆变器转换为交流电以供用户使用。
在不同的负载条件下,光伏发电系统的输出功率和电流也会不同,这需要通过模型分析来进行精准的预测和优化。
二、光伏发电系统的优化设计光伏发电系统的优化设计是指通过不断对光伏发电系统的模型分析和实验测试,寻找优化方案以提高系统的能量转换效率和稳定性。
主要包括:1、光伏电池板选型和布局光伏电池板的性能和布局对光伏发电系统的发电能力和效率都有着重要的影响,在设计过程中需要根据实际需求和环境条件,选择最合适的材料和布局方式,保证光伏电池板的工作效率和输出稳定性。
《新型管板式太阳能PV-T集热器光热特性研究与优化》篇一新型管板式太阳能PV-T集热器光热特性研究与优化一、引言随着人类对可再生能源需求的不断增长,太阳能技术作为绿色、环保的能源来源受到了广泛关注。
管板式太阳能PV/T集热器是近年来新兴的一种高效集热设备,其集成了光伏发电与热利用的双重功能,具有广阔的应用前景。
本文旨在研究新型管板式太阳能PV/T集热器的光热特性,并提出优化措施,以提高其能量转换效率和稳定性。
二、新型管板式太阳能PV/T集热器概述新型管板式太阳能PV/T集热器是一种将光伏发电与热利用相结合的集热设备。
其基本结构包括光伏电池板、透明盖板、吸热管、工作流体以及连接部件等。
该设备通过吸收太阳光,实现光电转换和热能转换,具有较高的能量转换效率和良好的稳定性。
三、光热特性研究1. 实验方法为研究新型管板式太阳能PV/T集热器的光热特性,我们采用实验与仿真相结合的方法。
首先,搭建实验平台,采集不同光照条件下的数据。
然后,建立数学模型,通过仿真分析光热转换过程中的能量损失及影响因素。
2. 实验结果实验结果显示,新型管板式太阳能PV/T集热器的光热转换效率受多种因素影响,如光照强度、光谱分布、环境温度等。
在最佳条件下,集热器的光热转换效率可达到较高水平。
然而,在实际应用中,由于环境条件的变化,光热转换效率会受到一定影响。
四、光热特性优化措施为提高新型管板式太阳能PV/T集热器的光热转换效率,我们提出以下优化措施:1. 优化材料选择:选用高透光率、高导热系数的材料,以提高光吸收和热量传递效率。
2. 改进结构设计:通过优化管板式结构,减少光线在集热器内部的反射损失,提高光能利用率。
3. 智能控制:引入智能控制系统,根据环境条件自动调整集热器的工作状态,以实现最佳的光热转换效率。
4. 增强耐候性:提高集热器的耐候性能,以适应各种气候条件,保证长期稳定运行。
五、结论通过研究新型管板式太阳能PV/T集热器的光热特性及优化措施,我们发现优化材料选择、改进结构设计、智能控制和增强耐候性等措施可以有效提高集热器的光热转换效率。
光伏发电系统的组件选型与性能优化研究简介:光伏发电系统作为一种可再生能源发电方式,具有独特的优势,被广泛应用于城市供电、农村电网建设、农业灌溉和离网电力等领域。
光伏发电系统中的组件选型与性能优化是确保系统高效运行和持续稳定发电的关键因素。
本文将深入探讨光伏发电系统组件的选型原则和性能优化策略,以期为相关生产商和运维人员提供有益的参考。
一、光伏发电系统组件选型原则1. 光伏组件选型原则光伏组件是光伏发电系统中最重要的部分,其选型应注意以下原则:1) 高效率与稳定性:选择具有高转换效率和长期稳定性的光伏组件,以确保系统发电效率和能量产出。
2) 耐候性:考虑光伏组件的耐候性能,以适应各类环境条件,尤其是恶劣天气。
3) 价格性能比:综合考虑光伏组件的价格、性能和寿命,对价格进行合理权衡,确保投资回报。
4) 制造商信誉:选择知名度高、市场占有率大、拥有高良好声誉和优质售后服务能力的光伏组件制造商。
2. 逆变器选型原则逆变器是光伏发电系统中的关键设备,其选型应注意以下原则:1) 能效比高:选择具有高转换效率和低功耗的逆变器,以提高系统整体效率。
2) 高可靠性:考虑逆变器的可靠性和稳定性,尽可能减少故障和损坏的风险,降低维护成本。
3) 适配性强:考虑逆变器的适应能力,以满足不同功率、电压等要求。
4) 制造商支持:选择有实力的逆变器制造商,提供优质的售后服务和技术支持。
3. 支架选型原则支架是光伏组件的支撑结构,其选型应注意以下原则:1) 强度和稳定性:选择能够承受组件重量和风载荷的支架,确保系统的结构安全稳定。
2) 耐腐蚀性:考虑支架的防腐性能,适应各种环境条件,延长使用寿命。
3) 调整灵活性:选择支架具备调整倾斜角度的功能,以优化系统发电效果。
4) 成本效益:综合考虑支架的价格、性能和寿命,找到性价比最佳的选择。
二、光伏发电系统性能优化策略1. 组建最佳阵列布局光伏组件布局的合理性直接影响到系统发电效率和功率输出。
太阳能光伏发电系统性能评估与优化一、引言太阳能光伏发电系统是一种利用太阳能将光能转化为电能的可再生能源系统。
随着对清洁能源需求的不断增加,太阳能光伏发电系统的性能评估与优化变得尤为重要。
本文旨在探讨太阳能光伏发电系统的性能评估方法,并提出一些优化方案。
二、太阳能光伏系统性能评估方法1. 效率评估太阳能光伏系统的效率是评估其性能的重要指标。
通过计算光电转换效率、系统效率和能量利用效率等指标,可以评估系统在将太阳能转化为电能的过程中的能量损耗程度。
2. 稳定性评估稳定性是太阳能光伏发电系统长期运行的关键。
通过测量系统的电流输出、电压输出、最大功率点跟踪效果和温度变化等参数,可以评估系统在不同环境下的稳定性表现。
3. 经济性评估经济性是衡量太阳能光伏发电系统是否具备商业化应用潜力的重要指标。
通过计算系统的投资回收期、内部收益率和成本效益比等指标,可以评估系统的经济可行性。
三、太阳能光伏系统性能优化方案1. 系统设计优化在系统设计阶段,可以通过选择合适的太阳能光伏组件、逆变器和电池等关键部件,以及优化电路布局和系统配置,来提高系统的输出效率和稳定性。
2. 最大功率点跟踪算法优化最大功率点跟踪算法是太阳能光伏系统中的重要控制策略。
传统的最大功率点跟踪算法如P&O算法和Incremental Conductance 算法存在一定的局限性,可以考虑使用基于模型预测控制、模糊控制或人工智能等方法来优化最大功率点跟踪算法,提高系统的能量转换效率。
3. 温度管理优化太阳能光伏系统的运行温度对系统性能有重要影响。
可以通过合理的散热设计、选择合适的材料和加装遮阳设备等方式来降低电池温度,提高系统效率和稳定性。
4. 多能源互补优化太阳能光伏发电系统可以与其他可再生能源系统如风能发电、储能系统和传统能源系统如发电机组进行互补使用。
通过合理配置这些能源系统,可以提高系统的可靠性、稳定性和经济性。
四、结论太阳能光伏发电系统的性能评估与优化是实现系统高效、稳定和可持续运行的关键。
光伏发电系统的建模与优化研究第一章绪论随着能源消耗的不断增加以及环境污染的加重,全球对于可再生能源的需求不断提升。
光伏发电作为一种颇具发展潜力的新能源形式,其前景日益广阔。
光伏发电系统是由光伏组件、逆变器、电池组等组成,其通过将太阳能转化为电能来为人们的生活提供便利与舒适,也承担着推动全球经济社会可持续发展的重要责任。
然而,由于光伏发电系统本身具有不确定性、时变性等特点,因此要想保障其运行的效益和稳定性就必须对其建模、分析和优化。
本文就光伏发电系统的建模和优化研究进行探讨。
第二章光伏发电系统的建模在光伏发电系统的建模过程中,需要对光伏组件、逆变器、电池组等进行具体参数的确认,又需要估算发电系统的性能,最终得出尽可能精确的系统模型。
2.1 光伏组件建模在光伏组件的建模中,需要将其电特性与光特性明确,这一步的建模旨在通过寻找适当的趋势关系或代数公式将其电压、电流以及电功率之间的相互作用全部表达出来。
常用的光伏组件电特性模型包括等效电路模型、单二极管模型、改进指数模型等。
2.2 逆变器建模逆变器是用来将光伏发电系统输出的直流电转换为交流电的关键部件。
逆变器的建模旨在将其输入功率、输出电流等参数进行明确,以确保光伏发电系统的发电量更加准确、可靠。
2.3 电池组建模电池组建模也是光伏发电系统建模的重点之一,它主要是利用关键的电池性质确定其运行参数关系。
在实际的运行中,电池组的输出电压、容量和充放电特性等因素对系统的性能影响很大。
第三章光伏发电系统的优化在建立好光伏发电系统的模型之后,在系统实际运行过程中,可以进行控制以及优化。
具体措施如下:3.1 追踪最大功率点追踪最大功率点是指在光伏系统的运行过程中,将逆变器的工作点尽可能向光伏组件当时的最大功率点移动,从而使系统的发电量不断提升。
实现这一操作需要使用专门的最大功率点追踪控制器等。
3.2 优化阵列结构对于具有较高光衰特性的组件,适当提高组件的光补偿度是一种优化光伏发电系统的有效手段。
摘要光伏电站运行过程中,光伏阵列端容易出现部分光伏组件衰减严重、组件中旁路二极管损坏、电势诱导衰减(Potential Induced Degradation,PID)、阴影遮挡、组件倾角不一致、表面脏污等现象,给光伏电站的发电收益带来了较大的影响。
这些现象可能导致局部几个组件串电压偏低、电压不匹配的现象,从而导致整个逆变光伏阵列输出功率出现大幅度的削减,产生光伏组串的“木桶效应”。
本论文研究并采用一种组串功率优化器,将存在问题的组串与正常的组串隔离,使所有组串相关输出功率不受影响。
同时通过应用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术,让其均工作在各自的最大输出功率状态,保证光伏阵列整体输出功率的最大化。
第一章,首先介绍了功率优化器的研究现状及发展前景,同时阐述了目前光伏运维的现状和难点,讨论了将本论文的研究创新应用于运维技改的现实意义。
第二章,介绍了光伏电池的数学模型及其在MATLAB/Simulink下的仿真输出特性。
同时,对光伏的MPPT控制原理及其常用的3种算法作了分析和比较,最终确定了以扰动观测算法作为本文的研究对象。
第三章,介绍了光伏系统在实际运行中由于光伏组件引起的功率输出失配现象,并对失配影响因子进行了分析研究,论证了基于MPPT技术的组串功率优化器在大型光伏电站运维技改中应用的可行性。
第四章,首先介绍了功率优化器的设计总则,阐述了产品软、硬件设计开发的方案。
同时,介绍了软件开发的环境,并给出了开发流程图。
最后,利用光伏模拟电源和光伏并网逆变器搭建了实验平台,对开发的样机进行了实验测试。
最后,本论文对组串功率优化器的安装及应用效果进行了介绍和分析。
针对一个装机容量为10MWp的光伏电站,在其出现PID后,研究了本文提出的功率优化器对其组串间电压失配的改善作用。
关键词:PID,光伏组串,功率优化器,MPPT,扰动观测法,运维技改ABSTRACTABSTRACTDuring the operation of photovoltaic (PV) power station, there are various defects occurring in PV array in their lifetime, such as, huge power degradation, by-pass diodes failure, potential induced degradation (PID), local shadow, tilted angles mismatch, surface soiling, etc. It brings high challenge to the yield production and benefit of the PV power station. These defects can reduce the voltage of some local PV strings and lead to mismatch with normal PV strings, which results in a significant reduction in the power output of the whole PV array. It calls as “Barrel Effect” of the PV string in term. This paper introduces a special PV string power optimizer to separate the problematic strings from the normal strings. Then the problematic strings and normal strings can keep independent each other and work at respective maximum power output status based on maximum power point tracking (MPPT) technology.The first chapter presents the research status and development prospect of power optimizer. Simultaneously, the current development and difficulties of PV operation and maintenance (O&M) are introducing. Further, the significance and value of the research in this thesis are discussing.The second chapter introduces PV output characteristics and MPPT simulations by MATLAB/Simulink. Three popular algorithms are introducing particularly about respective characteristic. Through simulating comparison, this thesis studies relevant MPPT simulation of PV modules string with perturbing and observing method.The third chapter introduces power mismatch phenomenon caused by PV modules defects during the whole system operation period. Meanwhile relevant research and analysis on the whole power output are implementing. The results implicate that the great application value of string power optimizer based on MPPT technology in PV O&M for large-scale PV plant.The forth chapter mainly performs detailed analysis on the design of hardware and software and the implementation of string power optimizer. The function of circuit modules and the tool of software are introducing, and the design idea and operation process of the software are analyzing. Finally, PV simulation power supply and on-grid inverter constructs the experimental platform. The tests on the developed prototype comply with the design requirement.The last chapter does relevant analysis about actual application results of PV string power optimizer in large-scale PV plant. Especially, one example of 10MWp PV plant application puts forward with PID issue, where power optimizer of PV string can eliminate voltage mismatch and maximize power output.Key words: PID; PV string; Power optimizer; MPPT; Perturbing and observing method; O&M and technical renovation.目录目 录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 .................................................................................................................................... I II 第一章绪论 . (1)1.1研究背景及意义 (1)1.1.1研究背景 (1)1.1.2研究意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.2.1 光伏发电系统 (3)1.2.2 光伏功率优化器的发展与前景 (5)1.3 中国光伏运维现状 (6)1.4 本论文研究内容 (8)第二章光伏输出特性及MPPT仿真 (10)2.1 光伏电池建模 (10)2.1.1 光伏电池数学模型 (10)2.2 光伏的输出特性仿真 (11)2.2.1 光伏输出特性 (11)2.2.2 输出特性仿真 (12)2.3 MPPT仿真研究 (14)2.3.1 MPPT控制原理 (14)2.3.2 MPPT控制算法 (15)2.3.3 MPPT算法仿真研究 (18)2.3.4变步长扰动观测法仿真 (19)2.4 本章小结 (21)第三章MPPT功率优化器的应用可行性 (22)3.1 光伏系统功率损失影响因子分析 (23)3.1.1 影响因子分类 (23)3.1.2 失配条件下光伏阵列的输出特性分析 (24)3.2 不同MPPT结构下光伏系统发电能效的比较研究 (27)3.2.1 MPPT结构对发电能效的影响分析 (27)东南大学工程硕士论文3.2.2阴影遮挡下直流输出能效的模拟比对 (28)3.3 技改经济可行性分析 (31)3.4 本章小结 (33)第四章组串功率优化器的设计和实现 (34)4.1 功率优化器的总体结构设计 (34)4.1.1 总体设计原则 (34)4.1.2 总体设计框架 (35)4.2 组串功率优化器硬件设计 (35)4.2.1 主电路拓扑结构设计及选择 (36)4.2.2 Boost电路参数计算 (38)4.2.3 主芯片电路 (40)4.2.4 隔离驱动电路设计 (41)4.2.5 采样电路设计 (41)4.2.6 SCI接口电路 (43)4.3 组串功率优化器的软件设计 (43)4.3.1 总体软件设计概述 (43)4.3.2 采样运算流程实现 (44)4.3.3 MPPT控制运算的实现 (45)4.4实验样机测试 (47)4.4.1 实验平台的硬件搭建 (48)4.4.2 实验平台的软件配置 (49)4.4.3 测试结果 (50)4.5 本章小结 (55)第五章组串功率优化器的实际应用 (56)5.1 组串功率优化器的应用及效果验证 (56)5.1.1 应用目的 (56)5.1.2效果验证 (57)5.2应用案例-光伏PID组串性能失配下的发电性能提升 (61)5.2.1 案列介绍 (61)5.2.2 问题排查分析 (61)5.2.3 解决措施 (62)5.2.4 应用效果追踪 (64)5.3本章小结 (65)第六章结论与展望 (66)目录6.1 结论 (66)6.2 展望 (66)致谢 (68)参考文献 (69)附录现场调试图 (73)第一章 绪论第一章 绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景进入二十一世纪以来,随着石油价格不断攀升、常规能源日近枯竭,全球能源危机问题日益受到关注。
光伏发电系统的性能评估与优化方案【光伏发电系统的性能评估与优化方案】光伏发电系统是一种利用太阳能直接转换为电能的方法,已经被广泛应用于能源领域。
为了确保光伏发电系统的高效运行,我们需要对其性能进行评估和优化。
本文将针对光伏发电系统的性能评估与优化方案进行探讨。
首先,我们需要了解光伏发电系统的组成和工作原理。
光伏发电系统由光伏电池组、逆变器、电网连接和监控系统等组成。
光伏电池组是光伏发电系统的核心部件,将太阳能转化为电能。
接下来,我们将重点介绍如何对光伏发电系统的性能进行评估。
光伏发电系统的性能评估可以从以下几个方面进行:光伏电池组的效率评估、光伏电池组的防污染措施、逆变器的效率评估和系统的可靠性评估。
1. 光伏电池组的效率评估:光伏电池组的效率直接影响着光伏发电系统的总体性能。
我们可以通过测量光伏电池组的输出电流、电压和功率数据,以及光照强度和温度等参数的变化,来评估光伏电池组的效率。
2. 光伏电池组的防污染措施:光伏发电系统在运行过程中容易受到积尘、降雨、霜冻等污染物的影响,导致光伏电池组表面的光能吸收能力降低,从而影响系统的发电效率。
为此,我们可以采用清洗、防护覆膜等方式进行防污染处理,并通过定期巡检和维护来确保系统的正常运行。
3. 逆变器的效率评估:逆变器是光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备。
逆变器的效率决定了光伏发电系统的总体效率。
我们可以通过测量逆变器的输入电流、输出电流和功率数据,以及电压波动情况来评估逆变器的效率。
4. 系统的可靠性评估:光伏发电系统需要具备稳定可靠的性能,以确保长期高效运行。
我们可以通过对系统的故障率、维修保养成本、可用性等指标进行评估,从而评估系统的可靠性,并提出相应的改进方案。
在对光伏发电系统进行性能评估的基础上,我们可以根据评估结果制定优化方案,以进一步提高光伏发电系统的性能。
以下是几个常见的优化方案:1. 光伏电池组的优化:可以通过选择高效率的光伏电池组、改进光伏电池组的制造工艺、控制光伏电池组的工作温度等方式来优化光伏电池组的性能。
《光伏发电系统及其控制的研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长和传统能源的日益枯竭,可再生能源的开发和利用已成为全球关注的焦点。
其中,光伏发电系统以其清洁、高效、可持续的优点,逐渐成为现代能源结构的重要组成部分。
本文将就光伏发电系统的构成、工作原理及其控制策略进行详细的研究和探讨。
二、光伏发电系统的构成及工作原理光伏发电系统主要由光伏电池板、支架、逆变器、电缆及配电系统等部分组成。
其中,光伏电池板是系统的核心部分,负责将太阳能转化为直流电能。
光伏电池板通过吸收太阳光,产生光生电势,进而产生电流。
支架则用于支撑光伏电池板,使其能够更好地吸收太阳光。
逆变器则负责将光伏电池板产生的直流电转化为交流电,以供家庭或企业使用。
电缆则负责将光伏电池板产生的电能传输到配电系统,最后通过配电系统将电能输送到用电设备。
三、光伏发电系统的控制策略光伏发电系统的控制策略主要涉及最大功率点跟踪(MPPT)和并网控制两个方面。
1. 最大功率点跟踪(MPPT)最大功率点跟踪是光伏发电系统控制的核心策略之一。
由于太阳能的辐射强度和温度等因素的变化,光伏电池板的输出功率会发生变化。
MPPT控制策略通过实时监测光伏电池板的输出电压和电流,不断调整其工作点,使其始终处于最大功率点附近,从而提高系统的发电效率。
2. 并网控制并网控制是光伏发电系统与电网相连的关键技术。
在并网过程中,系统需要实时监测电网的电压、频率等参数,并通过逆变器将光伏电池板产生的电能与电网进行同步并网。
此外,为了保证并网过程中电网的稳定性和安全性,还需要采取一系列保护措施,如过流保护、过压保护、孤岛效应保护等。
四、光伏发电系统的优化及发展方向为了提高光伏发电系统的效率和性能,可以采取一系列优化措施,如优化光伏电池板的布局、提高逆变器的转换效率、优化并网控制系统等。
此外,随着科技的不断发展,人工智能和物联网等新兴技术的应用也为光伏发电系统的优化提供了新的方向。
太阳能光伏系统中的电能质量研究太阳能光伏系统作为一种可再生能源的重要形式,已经在全球范围内得到广泛应用。
然而,随着太阳能光伏发电规模的不断扩大,电能质量问题日益凸显。
本文将对太阳能光伏系统中的电能质量进行深入研究,并探讨其影响因素及解决方案。
一、太阳能光伏系统的电能质量问题太阳能光伏系统的电能质量问题主要表现在以下几个方面:1. 电压波动和频率偏差:光伏发电的输出功率与太阳辐射强度和角度有关,因此电压波动和频率偏差较传统电网更大。
这样的波动和偏差对于传统电力设备的正常运行可能造成影响。
2. 电压谐波和高次谐波:光伏逆变器由于其工作原理,会产生大量的谐波,尤其是高次谐波。
这些谐波会导致电力系统中其他设备的谐波污染和干扰。
3. 电流波动和电流质量:光伏电流经过逆变器转换为交流电后,可能存在波动和谐波问题,这会对电力系统稳定性和设备寿命产生不利影响。
二、太阳能光伏系统电能质量影响因素太阳能光伏系统电能质量问题的产生涉及多个因素,主要包括以下几个方面。
1. 太阳能光伏组件:太阳能光伏组件的质量和性能直接关系到光伏发电的稳定性和效率。
低质量或老化的组件可能导致电能质量下降。
2. 逆变器:逆变器是太阳能光伏系统的核心设备,负责将直流电转换为交流电。
逆变器的设计和性能直接影响电能质量。
低效率的逆变器可能导致电能质量下降。
3. 电网连接:太阳能光伏系统需要与电网连接,与电网的连接质量对电能质量有重要影响。
连接电缆、电缆接头等连接部件的质量和安装方式需得到重视。
4. 天气条件:太阳能光伏发电直接依赖太阳辐射,天气条件的变化会对发电效果和电能质量产生影响。
阴天或太阳辐射强度不稳定都可能引起电压波动等问题。
三、太阳能光伏系统电能质量改进方案在实际应用中,针对太阳能光伏系统中存在的电能质量问题,可以采取以下改进措施。
1. 优化组件选择:选择质量优良、性能稳定的太阳能光伏组件,以确保发电效率和电能质量。
同时定期检测组件状态,对老化或损坏的组件进行及时更换。
光伏关断器功率优化器微型逆变器-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光伏关断器、功率优化器和微型逆变器是太阳能发电系统中的关键组件,它们在提高太阳能发电效率、优化系统性能以及保护设备安全方面发挥着重要作用。
光伏关断器是一种用于太阳能光伏电池阵列的开关设备,主要用于断开或连接电路,以控制电能的输送和分配。
通过及时关断和切换电路,光伏关断器可以确保太阳能系统在各种异常情况下的安全运行,如过流、过压、过温等。
功率优化器则可用于优化光伏发电系统的功率输出,以提高光伏电池的转换效率。
功率优化器能够追踪电池组件的最大功率点,并根据光照条件和电池组件的特性,自动调整工作点,使系统能够以最佳状态运行。
通过减少电池组件之间的电压不匹配和负载不匹配,功率优化器可以提高太阳能系统的总体发电效率。
微型逆变器是一种小型逆变器,可以将直流电能转换为交流电能,用于将光伏电池产生的直流电转换为适用于家庭和商业用途的交流电。
与传统逆变器相比,微型逆变器具有更小的尺寸和更高的灵活性,可以更好地适应多变的太阳能发电需求。
此外,微型逆变器通常具有更高的可靠性和可监测性,可以单独监测并控制每个光伏模块的发电效率。
综上所述,光伏关断器、功率优化器和微型逆变器在提高太阳能发电系统的效率、性能和安全性方面具有重要作用。
它们的应用可以最大限度地提高光伏电池组件的发电效率,并确保系统在各种异常情况下的安全运行。
随着太阳能技术的不断发展,这些组件的性能和功能还将不断改进和增强,为太阳能发电行业的发展做出更大的贡献。
1.2 文章结构文章结构部分主要介绍了文章的整体结构安排,以便读者能够清楚地了解文章的组织框架和内容安排。
本文按照以下结构来进行撰写和阐述:第一部分是引言,主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中,将简要概括光伏关断器、功率优化器和微型逆变器的概念和作用。
在文章结构部分,将具体介绍文章的各个章节和大纲的组织结构。
目的部分将明确本文的撰写目的和意义,以及对相关技术和领域的研究和发展的推动作用。
太阳能功率优化器升压系统的研究与实现目录第1章绪论 (3)1.1 现如今全球的能源状况 (3)1.2 太阳能的优点 (3)1.3 国内外太阳能光伏发电的发展现状 (3)1.4 太阳能光伏发电系统所面临的问题 (3)1.5 本文的研究目的和进度安排 (3)第2章太阳能光伏电池 (3)2.1 太阳能光伏电池的工作原理 (3)2.2 太阳能光伏电池的种类 (3)2.3 太阳能光伏电池的输出特性 (3)2.4 太阳能光伏发电系统的组成 (3)本章小结 (3)第3章光伏阵列架构的分析 (3)3.1 集中式MPPT架构 (3)3.2 分布式MPPT架构 (3)3.3 接入功率优化器(MPPT)的光伏阵列架构 (3)本章小结 (3)第4章DC-DC变换器 (3)4.1 DC-DC变换器的种类 (3)4.2 升压式DC-DC变换器 (3)4.3 降压式DC-DC变换器 (3)4.4 升/降压式DC-DC变换器 (3)本章小结 (3)第5章实现最大功率点跟踪的原理分析 (3)5.1 阻抗匹配的原理 (3)5.1.1 简单电路中阻抗匹配的原理 (3)5.1.2 升压式DC-DC变换器实现阻抗匹配的原理 (3)5.1.3 降压式DC-DC变换器实现阻抗匹配的原理 (3)5.2 MPPT算法的介绍 (3)5.2.1 恒定电压控制法 (3)5.2.2 扰动观察法 (3)5.2.3 导纳增量法 (3)本章小结 (3)第6章TMS320F28035微控制器 (3)6.1 TMS320F28035的介绍和亮点 (3)6.2 TMS320F28035的引脚分配 (3)6.3 TMS320F28035的引脚功能 (3)本章小结 (3)第7章系统设计 (3)7.1 DC-DC级的实施 (3)7.2 扰动观察算法的实现 (3)7.3 改进型扰动观察法 (3)本章小结 (3)总结与展望 (3)致谢 (3)参考文献 (39)第1章绪论1.1 现如今全球的能源状况随着社会的发展和人们生活水平的提高,我们也增加了对能源的需求量。
众所周知,我们现在正广泛使用的石油、天然气还有煤炭等这些不可再生资源的存储量正在逐渐减少。
现在,如果我们不立即行动起来使能源问题得到妥善解决,势必将会大大的影响社会的发展和人们的日常生活。
所以,解决能源问题将成为21世纪的一个重要举措和挑战。
绝大数国家的能源主要是以不可再生资源为主,这也带来了许多的隐患。
例如:全球的二氧化碳排放量大约为每年二百多亿吨,这一问题是全球变暖的主要导火索,我们都知道全球变暖将会导致海平面的升高,海水将会大量涌出,许多地区将会面临被淹没的危机,人们将会失去生命和财产甚至是家园。
这正是因为这些燃料中含有硫氧化物在空气中燃烧后将会形成酸雨,导致全球的酸雨排放量增多,酸雨对于农业,畜牧业还有建筑业等都有非常严重的危害。
再就是,燃料中的碳元素如果在氧气含量少的情况下形成不完全燃烧,将会产生一氧化碳,我们都知道过多的一氧化碳一旦与人体内的血红蛋白结合的话,这个时候,人体内血红蛋白的携氧能力相会变得很弱,人体一旦吸入的氧气含量少,就很有可能使人产生窒息。
所以人们一旦吸入了过量的一氧化碳将会面临严重的生命危险。
自从邓小平同志实行改革开发之后,我国的经济慢慢复苏,逐渐形成了一个快速发展的局面,但是却受到能源储存量的限制。
我国的能源利用主要是以非常稀缺的不可再生资源为主。
根据国土资源局的预测,我国的石油和天然气的储量将会在五十年左右枯竭,煤炭的储量也将会在二百年左右用光,所以我们要加快对新能源开发的步伐。
随着“可持续发展”这一概念的深入人心,这要求我们必须要开发出取之不尽,无污染,成本低的新能源[1]。
太阳能这一友好型能源成为全球人们关注的焦点。
1.2 太阳能的优点现如今人们对太阳能的利用主要有两种方式:光电转换和光热转换。
前者的转换方式具有无限潜力并发展迅速。
它主要具有以下优点:(1)它是丰富的能源之一,不需要搭建传输电线,对于交通运输不便利的农村、孤岛还有边远山区来说,可以很方便的开发利用。
(2)总所周知,太阳能是一种清洁的能源,再利用之后不会产生像废气、废水、噪音等污染,可以使环境得到很好的保护。
(3)对于可靠性要求高的场所,太阳能光伏发电系统是首要选择,出故障的概率低,运行维修容易。
(4)太阳能光伏发电系统安装简单,同时它是模块化安装,可以根据客户的实际需求来选择要安装的容量。
太阳能及其开发系统有着无与伦比的优点,如果能够很好的利用太阳能,一定能够更好的造福于人类[2]。
1.3 国内外太阳能光伏发电的发展现状太阳能光伏发电具有许许多多的优点。
国外对太阳能光伏发电方面已经提出和实施了很多的计划方案。
如“百万太阳能屋顶计划”“光伏建筑物计划”“1000太阳能屋顶计划”“新阳光计划”等。
其发电技术伴随着科技的不断进步,从而应用的越来越普遍。
我国的太阳能光伏发电系统起步虽然晚了一些,但是却以较快的速度在发展。
不仅解决了部分国内市场的需要同时也在人们的生活中起到了无可替代的作用。
但是,与发展国家的差距还是很大的。
所以我国面对的考验仍然较为严峻。
2013年对于太阳能光伏发电是具有历史性的一年,全球的光伏发电系统装机容量累计达到了136.7GW,相对于2012年增长了35%。
从世界范围的角度来说,光伏发电系统现在已经完成了对初期的开发阶段。
总之,如果可以使太阳能这一可再生资源得到最大的利用率,这将成为具有非常重要意义的创举。
1.4 太阳能光伏发电系统所面临的问题能源系统设计工程师面临的一个重大挑战是找到一个发电效率和成本效益俱佳的太阳能发电系统。
太阳能电池板或者发电系统也存在着一系列的不匹配问题,如生产工艺,产品老化,污渍灰尘,光线被遮挡等。
能够将太阳能电池板上的阴影问题得到解决,显得尤为重要。
为什么这么说呢?太阳能电池板被阴影遮挡后将会停止光电转换,降低整串太阳能电池板的发电效率。
同时,生活中有太多的可能产生阴影问题的因素:树荫遮挡,鸟粪坠落,云彩流动等等[3]。
这些都将会引发光伏组件的失配问题。
根据美国半导体实验室的实验数据得到太阳能光伏系统被不同大小的阴影所遮挡将导致的能量损失数据,如下表1-1:表1-1 太阳能光伏系统阴影遮挡面积所导致的能量损失从上表中可能看出,仅仅一小部分的阴影遮挡面积也将会导致较大的能量损失。
在《光子国际》杂志中曾提到,如果阴影将屋顶光伏系统的光伏阵列遮挡了20%的面积,其输出的功率将会较少81%,可想而知,这时屋顶光伏系统将会变得没有任何作用[4]。
太阳能光伏发电的主要应用有:光伏幕墙,太阳能农业大棚,太阳能路灯,太阳能车棚等。
图1.1 太阳能光伏发电的主要应用1.5 本文的研究目的和进度安排在太阳能光伏发电系统的工作过程中,让每一块太阳能电板发挥它的最大功率。
本文设计一种功率优化器,安装在每一块太阳能电板的背面,实现太阳能电板的最大功率点跟踪,即MPPT。
使每一块太阳能电池都工作在最佳的工作点上,让整个太阳能光伏系统的发电量达到最优状态。
第2章太阳能光伏电池虽然本文研究的是太阳能功率优化器,但是光伏电池的基本特性会为本文奠定良好的理论基础,所以本章主要是介绍与光伏电池相关的理论。
2.1 太阳能光伏电池的工作原理光伏电池的作用就是吸收太阳能的光能然后转化为我们所需要的电能[5]。
太阳能光伏电池是利用半导体P-N结的光生伏打效应制成,光生伏打效应就是指一种物质在吸收了光能之后转化为电动势的结果,这种转化效率在半导体中转化的效率是最高的[6]。
光伏电池从本质上来讲就是一个简单的P-N结。
该材料一般是由硅原子构成,硅原子甚至任何一个原子都是由带正电的原子核和与原子核相反电性的带负电的电子所组成,硅原子有4个电子围绕在原子核周围,因为其稳定性较差,所以当受到一定大小的力的作用时,硅原子外的四个电子就会脱离轨道,成为自由移动的电子。
又因为位置所发生了改变,就会在原来电子运动的位置上留下“空穴”。
如果在硅晶体中掺入硼、嫁等元素,这样的元素会产生力的作用吸收硅原子外部的电子,硅就成了空穴型半导体,用符号P表示;如果在硅晶体中掺入磷、砷等元素,这样的元素的电子反而会受到硅的原子核的吸引力,这样混合所构成的物质就形成了电子型半导体,用符号N代表。
若把这两种N型半导体和P型半导体结合,那么,一个P-N结就会在他们的交界面形成。
如下图2.1所示,当阳光照射在光伏电池上时,电子受到光照,获得了能量,便向N型区移动,从而N型区汇集了大量的电子,N型区就会带负电,与此同时P型区汇集了大量的“空穴”移动,P型区就会带正电。
N型区和P型区形成电势差,两端便产生了电动势,也就是我们俗称的电压。
我们称这种现象为“光生伏打效应”。
如果这时分别在其两端接上金属导线,一定会有电流从中流过[7]。
图2.1 光生伏打效应简图2.2 太阳能光伏电池的种类目前广泛使用的太阳能光伏电池主要有单晶硅、多晶硅和非晶硅,下表2-1介绍了这三种太阳能光伏电池的转化效率。
表2-1 三种类别的太阳能光伏电池的转化效率这里我们所说的理论上的转化效率为:理论转化效率=(太阳能光伏电池输出的能量/实际太阳照射的能量)从上表可以看出单晶硅理论上的转化效率最高,但是使用单晶硅的成本也是最多的。
每一种材料都有其各自的优点和缺点,所以我们在选择材料的时候,应该根据具体的实际情况进行选择。
2.3 太阳能光伏电池的输出特性从下图2.2中我们可以看到,在太阳能电池内有一个P-N 结,因此可将其视为一个二极管。
流过P-N 结的电流为d I ,d I 为光生电流,受到光照强度、环境温度、光照面积等因素影响[8] [9]。
图2.2 太阳能电池的等效电路原理图当没有受到光照时,根据二极管的特性,对于d I 有如下的表达式: 0exp 1d qE I I AKT ⎡⎤⎛⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ (2.3-1) ● q 为电子电荷● K 为玻尔兹曼常数● A 为二极管因子,当正偏电压大时,A 取1;当正偏电压小时,A 取2● T 为绝对温度● 0I 为二极管的反向饱和电流,表达式为:1/21/2011g E p n KT C V A n D p D D I AqN N e N N ττ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥=+ ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦ (2.3-2)在这个表达式中:➢ A 为P-N 结的面积➢ C V N N 、为导带和价带的有效密度➢ n p D D 、为电子和空穴的扩散系数➢ n p ττ、为电子和空穴的少子数目➢ g E 为半导体材料的带隙根据上面所讨论的公式和图2.2,可以得到光伏电池输出的电流大小为:()0q =exp 1S S L P V IR V IR I I I AKT R ⎧⎫⎡⎤++⎪⎪---⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭ (2.3-3)我们考虑电路为理想情况,S R 这个串联电阻阻值很小,p R 这个并联电阻阻值很大。