導(dǎo)語(yǔ)：光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1獨(dú)立運(yùn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

雖然太陽(yáng)能是當(dāng)前比較受關(guān)注，對(duì)未來(lái)人類社會(huì)文明的進(jìn)步影響比較深遠(yuǎn)的主要可再生能源之一，但是，就目前其利用研究情況來(lái)看，光伏發(fā)電技術(shù)并沒有成熟和完善，尚有待進(jìn)一步提升。因此，在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行研究的過(guò)程中，研究人員的主要研究精力也都放在如何提升光伏發(fā)電技術(shù)，提高光伏發(fā)電效率上，希望能夠通過(guò)該方法來(lái)有效解決當(dāng)前光伏廣泛發(fā)電系統(tǒng)所存在的構(gòu)建成本高，但是發(fā)電效率低的問(wèn)題。與光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建情況不同，同為新能源之一的風(fēng)力發(fā)電，其對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建和研究的進(jìn)展就相對(duì)比較順利，尤其是近幾年來(lái)，其更是取得了實(shí)質(zhì)發(fā)展，成功通過(guò)對(duì)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電單元以及其他相關(guān)系統(tǒng)單元進(jìn)行合理設(shè)計(jì)的方式成功實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)發(fā)電功率的大幅度提升，在降低系統(tǒng)構(gòu)建成本的同時(shí)，大大提升了系統(tǒng)的發(fā)電能力。因此，為了能夠加強(qiáng)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，進(jìn)一步提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，相關(guān)研究人員在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究的同時(shí)，充分借鑒了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，然后在充分結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)其獨(dú)有特點(diǎn)的基礎(chǔ)上不斷對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。近幾年來(lái)看，隨著相關(guān)研究人員對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的不斷深入以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究終于取得了比較喜人的進(jìn)展，在原有基礎(chǔ)上大幅度提升了光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力和發(fā)電效率。

2獨(dú)立運(yùn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理都是通過(guò)利用根據(jù)半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)原理制成的光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能來(lái)完成系統(tǒng)發(fā)電工作。通常情況下，獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池組件、控制器、逆變器以及蓄電池等幾個(gè)基本組成結(jié)構(gòu)。

2.1光伏電池組件

在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池組件是整個(gè)系統(tǒng)最核心的部分，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及系統(tǒng)的發(fā)電能力和發(fā)電效率具有極為重要的影響，因此，在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建的過(guò)程中，一定要對(duì)光伏電池組件的設(shè)計(jì)和安裝引起足夠重視。當(dāng)前，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建中，光伏電池的應(yīng)用主要存在兩方面問(wèn)題，一方面是當(dāng)前所使用的光伏電池組件對(duì)光能的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，另一方面是其應(yīng)用的成本比較高。

2.1.1第一代光伏電池

第一代光伏電池是以硅片為主要材料制成的，由于硅的特性完全符合光伏電池的需求，所以第一代光伏電池不論是發(fā)電性能還是應(yīng)用技術(shù)都比較符合光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于光伏發(fā)電的要求，所以取得了比較不錯(cuò)的應(yīng)用效果。但是由于硅材料需要從二氧化硅中進(jìn)行提純，其提純成本比較高，所以導(dǎo)致硅電池的制造價(jià)格也比較高，大大增加了發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建成本，不適合大范圍推廣應(yīng)用。

2.1.2第二代光伏電池

第二代光伏電池是在硅材料上鋪設(shè)光電材料薄膜，通過(guò)降低光伏材料中硅材料的使用量來(lái)降低光伏電池的成本，進(jìn)而使其能夠得到廣泛應(yīng)用。前期所用薄膜為非晶硅薄膜，由于其在一定程度上降低了光伏電池的性能和轉(zhuǎn)換效率，所以很快便被淘汰。后期所用薄膜為多晶硅薄膜，其不僅具有無(wú)毒無(wú)污染的特性，還能夠進(jìn)一步提升電池的性能，目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中。

2.1.3第三代光伏電池

第三代光伏電池是在第二代多晶硅薄膜電池的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來(lái)，其不僅能夠進(jìn)一步降低光伏電池的成本，還能夠在原有基礎(chǔ)上再一次提升電池的性能。目前，第三代光伏電池尚處于試用階段，并沒有普及應(yīng)用。

2.2控制器

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制器主要包括兩種，一種是充放電控制器，一種是MPPT控制器。其中，充放電控制器的主要作用是對(duì)系統(tǒng)蓄電池的充放電情況進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)蓄電池的充放電需要以及蓄電池本身的狀態(tài)情況對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行控制。MPPT控制器，屬于整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心模塊，其主要作用監(jiān)測(cè)光伏電池輸出的電壓和電流，然后在基于MPPT控制算法的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保發(fā)電系統(tǒng)能夠一直以最大功率運(yùn)行。

2.3逆變器

逆變器的主要作用是對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將由光伏電池和蓄電池輸送出來(lái)的直流電轉(zhuǎn)換成能夠適合普通設(shè)備使用的交流電，以保證其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。除了轉(zhuǎn)化電流功能之外，逆變器還能夠?qū)ο到y(tǒng)電壓進(jìn)行控制，使其處于穩(wěn)定水平，確保系統(tǒng)供電質(zhì)量。

2.4蓄電池

同光伏電池一樣，蓄電池也是整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力和發(fā)電效率具有比較重要的影響。蓄電池與光伏電池相連，其主要作用是將由光伏電池轉(zhuǎn)化來(lái)的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，以負(fù)責(zé)供電使用。在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池和蓄電池是最重要的兩個(gè)組成部分之一，其質(zhì)量好壞和性能高低能夠直接影響到整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力和發(fā)電效率，因此，在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要注重對(duì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

3獨(dú)立運(yùn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，最重要的任務(wù)就是對(duì)光伏電池和蓄電池進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，但是，由于在當(dāng)前的光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，光伏電池多使用多晶硅薄膜光伏電池，蓄電池多使用技術(shù)成熟的鉛酸蓄電池，所以就不多做介紹。

3.1光伏跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光伏跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要目的是對(duì)光伏跟蹤器進(jìn)行控制，確保讓光伏發(fā)電系統(tǒng)的接受面對(duì)太陽(yáng)位置進(jìn)行跟蹤，最大限度的吸收太陽(yáng)光輻射所帶來(lái)的太陽(yáng)能。當(dāng)前，按照部件結(jié)構(gòu)的不同，光伏跟蹤控制系統(tǒng)主要分為兩種，一種是開環(huán)伺服系統(tǒng)，一種是閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

3.1.1開環(huán)伺服系統(tǒng)

開環(huán)伺服系統(tǒng)是采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)中不具備位置反饋裝置和校正控制裝置，在跟蹤過(guò)程中，接受面跟蹤精度的控制主要依賴于布距角和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在其運(yùn)行過(guò)程中，需要將光敏器件按照規(guī)定角度安裝在遮光板下方，確保光敏器件可以通過(guò)對(duì)陽(yáng)光照射強(qiáng)度的感應(yīng)來(lái)控制跟蹤器對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤。正常情況下，陽(yáng)光會(huì)直接照射到遮光板上，這樣光敏器件就會(huì)正好位于遮光板所形成的陰影中。而如果太陽(yáng)位置發(fā)生偏移，陽(yáng)光無(wú)法直接照射在遮光板上，光敏器件無(wú)法被遮光板所形成的陰影籠罩，就會(huì)暴露在陽(yáng)光下，就會(huì)感受到陽(yáng)光的照射并將陽(yáng)光的照射強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成微電流信號(hào)輸送到系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)會(huì)根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)太陽(yáng)的位置進(jìn)行判斷，調(diào)整跟蹤器角度完成跟蹤。由于在該系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)對(duì)開環(huán)的控制容易受到負(fù)載的影響，經(jīng)常發(fā)生丟步和過(guò)沖等問(wèn)題，會(huì)降低系統(tǒng)跟蹤性能，所以當(dāng)前該系統(tǒng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已不常用。

3.1.2閉環(huán)伺服系統(tǒng)

相比開環(huán)伺服系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)的跟蹤精度要高很多。閉環(huán)系統(tǒng)中除了設(shè)有控制器之外，還設(shè)有傳感檢測(cè)裝置，可以對(duì)跟蹤位置進(jìn)行反饋和檢測(cè)，保證跟蹤精度。

3.2控制器的設(shè)計(jì)

在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，控制器的主要作用是對(duì)蓄電池的充放電進(jìn)行控制，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在對(duì)控制器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，最重要的工作就是對(duì)控制器進(jìn)行選型，而在對(duì)控制器進(jìn)行選型的過(guò)程中，主要需要注意以下幾個(gè)方面。（1）控制器的系統(tǒng)電壓應(yīng)該與蓄電池電壓一致，當(dāng)前默認(rèn)為220V。（2）控制器的最大電流取決于太陽(yáng)能電池方陣的電流，通常情況下，其以短路電流作為電池陣列的最大電流值。輸入最大電流=電池組件的短路電流×并聯(lián)數(shù)=8.23A×14=115.22（A）。（3）控制器的輸出最大電流取決于輸出負(fù)載的電流，通常以是逆變器的電流為準(zhǔn)。（4）控制器應(yīng)該能對(duì)蓄電池的過(guò)充電和過(guò)放電進(jìn)行保護(hù)，將其控制在允許的范圍內(nèi)，并應(yīng)該帶有通信以及數(shù)據(jù)收集等輔助功能。

4結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能作為重要的可再生能源之一，加強(qiáng)其開發(fā)和利用對(duì)進(jìn)一步改善人們的生活質(zhì)量和生活水平具有極為重要的影響作用。因此，在對(duì)太陽(yáng)能源進(jìn)行開發(fā)和利用的過(guò)程中，一定要加強(qiáng)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，并通過(guò)加強(qiáng)對(duì)光伏跟蹤控制系統(tǒng)、控制器、逆變器以及光伏電池和蓄電池進(jìn)行研究，在降低系統(tǒng)構(gòu)建成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的發(fā)電能力和發(fā)電效率，更好的解決資源短缺問(wèn)題。

作者:王悅霖 單位:上海電力設(shè)計(jì)院有限公司