光伏发电的基本原理范文

光伏发电的基本原理篇1

（贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）

【摘　要】介绍了光伏电池模型的工程数学模型，并在MATLAB/ SIMULINK 环境下建立了光伏电池的工程仿真模型。为了能够实现光伏电池的最大功率输出，本文介绍了最大功率跟踪的原理和方法。使用增量电导法实现最大功率点跟踪。并在MATLAB/SIMULINK 环境下搭建光伏发电系统的仿真模型进行了仿真。仿真结果表明，搭建的光伏电池波形以及最大功率跟踪控制的仿真结果证明了可行性，可以用于光伏发电系统的仿真研究。

关键词 光伏电池；最大功率跟踪；增量电导法；仿真

作者简介：张晓航（1990—），男，硕士研究生，研究方向为电力电子在电力系统中的应用。

李凯（1988），男，硕士研究生，研究方向为电能质量控制。

张卡（1989—），男，工程师。

0　引言

太阳能直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再生，对环境无污染，而且利于方便，是国际社会公认的理想新能源。因此，最近几年太阳能光伏发电获得广泛的应用。然而，光伏电池受环境的影响比较大，比如光照强度温度等等，直接并网容易对电网造成不良影响[1]。另外，光伏电池目前所普遍采用的是晶硅材料，而晶硅材料的成本较高而且转换效率也比较低。为了减少能量功率损失，提高光照的利用效率，通常采用最大功率跟踪控制使光伏输出尽可能的达到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的简化数学模型。

1　光伏电池模型

光伏电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的，它的输出电流及电压受温度、光照强度的影响，其中外界温度变化主要影响光伏电池的输出电压，而光伏电池的输出电流主要是由光照强度影响[2]。

本文所采用的是工程用光伏电池简化模型为：

式中，e为自然底数;b=0.5为常数；c=0.0028℃-1为标准条件下的电压稳定系数；a=0.0025℃-1为标准条件下电流温度系数；Isc、Uoc、Im、Um分别为光伏电池板短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。本文所搭建光伏电池板simulink模型就是基于上述工程数学模型。

2　光伏发电最大功率跟踪（MPPT）及原理

本文最大功率跟踪采用的是基于Boost电路的电导增量法，电导增量法是通过改变Boost升压电路的占空比来调整光伏电池输出的电压，使之逐渐接近最大功率点的电压来实现最大功率点的跟踪。由光伏电池的功率-电压特性曲线可以知在最大功率点出有dP/dV=0的关系，此时光伏电池的工作点位于此刻最大功率点处，需要保持参考电压大小不变，使光伏电池始终工作在最大功率点处。

3　实例分析与仿真

本文所采用的光伏电池板为1000W，每块电池板的参数为：短路电流Isc=12.92A，开路电压Uoc=107.5V，最大功率点电流Im=11.42A，最大功率点电压Um=87.5V。

3.1　光伏电池板仿真

由光伏电池的工程简化模型可知，在光照与温度一定时，其输出电流为输出电压的函数。取标准光照强度S=1000W/m2，Tref=25℃，光伏组件的电压-电流、电压-功率输出特性如图1和图2所示：

由图1和图2可知，在标准状况下（光照为1000W/m2，T=25℃），光伏组件仿真开路电压Uoc=107.5V，短路电流Isc=12.92A，最大功率点电流Im=11.42A，最大功率点电压Um=87.5V，最大功率为1000W考虑到光伏组件实物的转化效率，其误差属于可接受范（下转第144页）（上接第117页）围，表明仿真曲线得出的数值与厂家给定的几个参数值基本相等，所以，所搭建的仿真模块能较好地模拟光伏电池板输出特性。

3.2　MPPT仿真分析

在标准状况1000W/m2，T=25℃的条件下，接入负载R=100Ω电阻，Boost电路输入端电容取C1=500e-5F，电感取L=3.675e-3H。输出端电容C2=2.825e-5F。

在0.5s之前，光照强度设置为600W/m2，0.5s时光照强度突然增大到1000W/m2，由仿真结果图3可以看出功率能够迅速的跟随光照强度的增加迅速达到最大功率。

4　结语

本文以光伏电池工程数学模型为基础，通过建立simulink仿真模型，将其仿真实验结果与实际情况相比较，验证了此仿真模型的正确性。最后建立基于升压电路的最大功率跟踪仿真模型，最大功率跟踪采用增量电导法，最后的仿真结果表明所搭建的模型能较好地完成对最大功率点跟踪的工作，为深入研究其特性及应用打下了良好的基础。

参考文献

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光伏发电的基本原理篇2

关键词：太阳能瓦片；小户型；屋顶光伏发电系统

对小户型的屋顶光伏发电系统来说，光伏建筑一体化设计能发挥非常好的能效。这是因为小户型建筑的屋顶空间有限，对发电量的需求通常也比较低，所以相比注重光伏发电量和发电效率的的分离式光伏发电设计，发电效率较低但节省空间、综合性能高、功能多样化的一体化设计更适合小户型建筑。在光伏建筑一体化的相关技术中，屋顶用的太阳能瓦片技术是典型代表，该技术融合了光伏发电设计与建筑瓦片设计，令瓦片可以同时满足光伏发电功能和建筑上的力学、防水、防晒等功能，具有很高的实用价值。

1 屋顶光伏发电系统概述

光伏发电系统视其安装位置的不同可以分为两种，一种是安装在建筑外墙位置的侧面光伏发电系统，另一种是安装在屋顶的屋顶光伏发电系统。其中以后者更为常见，因为这种光伏发电系统可以后续添加，具有更高的适性，即使是太阳能瓦片这种对设计有较高要求的光伏发电系统，也只需要在建筑屋顶进行少量的后期设计改造就能实现。基于上述原因，屋顶光伏发电系统拥有更高的应用普及价值。

2 屋顶光伏发电系统在我国的发展现状

（一）我国屋顶光伏发电系统的技术发展现状

我国的光伏产业虽然在近些年呈现欣欣向荣的发展趋势，但从总体技术水平来看仍处于初期的发展培育阶段，相关技术远远称不上成熟。目前来看，我国的光伏发电技术有如下几个特征：

其一，能量转换率低。这是目前制约我国光伏发展的最主要因素，也是要面对的首要问题。我国的光伏发电系统通常只有10%到15%的实际转换率，过低的转换率令光伏发电的成本居高不下，大大降低了技术实用性。直到2010年推出了转换率达到26%的聚光光伏发电技术，这种状况才有所好转，但提高能量转换率依然是光伏发电的首要技术目的。

其二，技术应用化程度不高。我国目前有相当一部分研究机构在进行光伏发电系统的研究，包括光伏企业、各个大学的实验室等，但这些机构中有相当一部分重理论，轻实践，获得的技术成果局限于实验室里，应用程度不高。还有部分研究人员的光伏技术研究与实践缺乏联系，偏离目前对光伏发电系统的实际需求，导致研究成果的社会能效不大。

其三，环境能效相对成熟。我国目前常用的屋顶光伏发电系统理论寿命普遍超过十年，其能量回收周期则大致在三年左右。所以仅从环境能效上来看，我国的光伏发电系统还是有相当水准的，能够在环保节能方面发挥相当大的作用。

（二）我国屋顶光伏发电系统的行业发展现状

从行业发展的角度来看，我国光伏产业的现状有如下两方面特征：

其一，零散发展特征。我国的光伏产业非常分散，缺乏统筹规划，这使得虽然有部分地区或建筑在光伏发电系统的应用上获得了极好的成效，但总体水平迟迟得不到提升，各地的产业发展参差不齐。

其二，社会效益低。光伏产业受限于技术水平，目前还无法实现太高的经济效益，这是其社会效益得不到提升的主要原因。另一方面，我国的光伏产业还无法实现完全独立的产业链经营，晶硅材料之类的主要原材料还要依赖国外的加工技术，这对我国光伏产业的社会效益也造成了一定的负面影响。

3 屋顶光伏发电系统的设计方式

（一）光伏组件设计

光伏组件的设计是传统屋顶光伏发电系统中的主要设计环节，在以光伏建筑一体化理论为基础的光伏设计中，该环节更为重要，也更为复杂。因为太阳能瓦片同时负担光伏发电和建筑功能两方面的任务，所以在选择光伏组件时不只要关注组件的发电能效，还要注意与瓦片基底的组合适性。

光伏发电系统中常用的光伏组件有三种，分别是晶硅组件、薄膜组件、聚光组件。其中聚光组件虽然转换效率高、价格便宜，但需要额外的冷却装置和大体积的聚光镜，不适合应用于太阳能瓦片，所以目前太阳能瓦片选择的组件基本都是晶硅组件与薄膜组件。因为晶硅组件的厚度较大，所以出于美观和体积考虑，又以薄膜组件的选择较多。

（二）光伏阵列设计

在传统的屋顶光伏发电系统设计中，为了保证光伏组件能接受最大限度的光照，发挥更高的能效，需要结合当地的日照条件设计光伏阵列。在应用了太阳能瓦片的屋顶一体化光伏发电系统设计中，由于光伏发电的太阳能电池板与建筑瓦片是一体的，所以光伏发电阵列无法额外设计，必须与瓦片阵列等同。这种硬性要求对光伏发电系统的发电效率有一定的影响，因为无法进行专门光伏阵列设计的太阳能瓦片在接受光照的效率和时间上往往比分离式的太阳能电池板要低，兼之太阳能瓦片使用的光伏组件大多是发电效率较低的薄膜组件，所以这种屋顶光伏发电系统的发电效率基本都比非一体化的光伏发电系统低上一个档次。为了尽可能弥补这一缺陷，需要在最初的建筑工程设计时就把光伏需求考虑进去，令瓦片的排列方式能尽可能接受光照，换言之，太阳能瓦片的光伏整列设计时间需要大幅提前到建筑总体设计阶段。

（三）光伏逆变器设计

光伏逆变器是屋顶光伏发电系统的中枢装置之一，因此选择时务必要谨慎。不过由于其与光伏组件的类型、排列等并无太大的关系，所以应用了太阳能瓦片的光伏发电系统在光伏逆变器的设计选择上与传统的光伏设计基本一致。

太阳能瓦片的每片瓦片都可以看作一个独立的光伏组件，由于转换率较低，所以每片太阳能瓦片的输出电压也不高。而光伏逆变器想要正常运作需要足够高的直流输入电压，单一瓦片的输出电压基本无法满足这一要求，所以需要将太阳能瓦片进行适当串联。由于光伏逆变器功率与组件温度有关，所以在串联瓦片时必须严格计算串联工作电压、光伏组件温度、光伏逆变器电压区间的关系，保证最高温度时的串联工作电压大于光伏逆变器最小电压，最低温度时的开路电压小于光伏逆变器最大输入电压，否则有引发功率失真、逆变器损坏等故障的可能性。

（四）系统组件设计

屋顶光伏发电系统的系统组件指的是不与光伏发电过程本身直接相关的附加系统组件，这些组件虽然不参与直接的光伏发电过程，但对整个系统的正常运作有保障作用。传统的光伏发电系统有两套附加系统组件，分别是防雷系统和保护测控系统，而应用了太阳能瓦片的光伏发电系统因为还要满足建筑工程需求，所以还要增加额外的防水系统。

在这三类附加系统的设计中，保护测控系统的设计基本相同，但太阳能瓦片的防雷系统和防水系统是设计难点。目前常用的设计模式是让太阳能瓦片借用整个建筑的防雷系统，防水系统则延续传统的建筑屋顶防水系统，虽然有一定的能效，但针对性较差，有进一步优化的必要。

4 屋顶光伏发电系统针对小户型的设计优化措施

（一）小户型屋顶光伏发电系统转换效率的优化设计

如前文所述，一体化的屋顶光伏发电系统与小户型拥有非常好的适性，因为小户型建筑对光伏发电的需求量通常比较低，太阳能瓦片这类光伏转换效率相对较低的组件也能发挥较好的能效。但这种情况长期持续下去并不利于太阳能瓦片的进一步应用，所以依然需要针对转换效率进行优化。

在当前的技术条件下，可以尽快应用的转换效率提升措施有二：其一是以小区为单位，实行光伏发电系统的并网化，从小区规划设计阶段就将全部的住宅屋顶设计成太阳能瓦片，以实现全小区的光伏系统联网。虽然不能提升个别瓦片的转化率，但提高了整体的电能接收利用率，相当于间接提高转换效率。其二是在设计建筑的整体结构时，考虑屋顶的日照率，保证屋顶的太阳能瓦片能接受最充分的日照，弥补无法进行光伏阵列设计的效率损失。

（二）小户型屋顶光伏发电系统材料成本的优化设计

材料成本一直以来都是制约光伏产业发展的大问题。目前来看，我国并没有加工和提炼光伏发电系统需要的晶硅材料的必要技术，因此这些材料基本都需要进口，材料成本在这种情况下很难降低。基于此种原因，我们有必要尽快发展我国的光伏产业产业链，积极培养光伏产业的配套企业，争取实现光伏产业原材料生产的国有化，从根本上控制住光伏发电系统的材料成本。

对太阳能瓦片来说，常见的材料成本控制问题发生在光伏组件的选择与瓦片基底的脱离实际上。因此想要优化太阳能瓦片的材料成本，一方面要优选光伏组件，尽可能选用具有较好弱光响应特性与较低价格的非晶硅材料组件，另一方面要结合实际的建设条件设计瓦片基底，尽量选用价格便宜、易于取用的基底材料，避免不切实际的设计。

（三）小户型屋顶光伏发电系统防水措施的优化设计

太阳能瓦片无论从作为发电系统的角度来看还是从作为屋顶瓦片的角度来看，防水功能都是一个必不可少的功能。但目前实际应用了太阳能瓦片的屋顶光伏发电系统基本都没有进行有针对性的独立防水设计，这为光伏发电系统未来的长时间正常运作埋下了一定的隐患。因此，有必要针对太阳能瓦片的结构特点进行适当的防水补强，具体来说，太阳能瓦片上的光伏导线应注意绝缘外皮的完整性；有电通过的各个接入点和接出点要进行防水密封；在有条件的情况下，太阳能瓦片的下方可设置额外的防水隔离层，避免雨水渗入电能的输送系统。

（四）小户型屋顶光伏发电系统使用寿命的优化设计

我国的光伏发电系统组件基本都具有较长的理论使用寿命，通常的使用寿命在20年左右，长的可以达到30年，最短的也超过了十年。但是在实际的应用中，往往达不到理论使用寿命，大部分光伏组件在七八年的时间内就会损坏而无法使用，有些光伏组件的实际使用寿命甚至不超过五年。太阳能瓦片的使用寿命问题更为严峻，根据实际经验，有些地区的太阳能瓦片仅能使用两三年左右。这些使用寿命问题与光伏组件在设计上脱离实际有很大关系，在设计阶段只考虑到了物理冲击与发电能效，忽略了风蚀、酸雨、温差变化等一系列实际因素对组件的侵蚀。因此想要优化太阳能瓦片等光伏组件的寿命，必须结合实际的使用条件。举例来说，在酸雨频发地区，在设计光伏组件时要特别强化其耐酸碱能力；在风沙较大的地区，要提升光伏组件的抗风蚀、抗冲击能力；在雨水较多的地区，要额外强化屋顶光伏发电系统的防水设计。

5 结语

在我国可持续发展战略的大背景下，光伏产业作为节能环保、长效发展的绿色能源产业必将获得更好的发展，光伏发电系统未来有很高的几率实现全面普及。在这一进程中，如何更有效率地将屋顶光伏发电系统应用于小户型建筑是非常重要的一个环节，太阳能瓦片在应用上的日趋成熟化正为这种应用发展指明了方向。相关技术人员有必要对太阳能瓦片的进一步应用加以研究，争取在不破坏平衡性的前提下提升太阳能瓦片的光伏发电能效和建筑工程能效，以赋予其更高的应用价值，令光伏建筑一体化理论获得更好的应用基础。

参考文献：

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光伏发电的基本原理篇3

关键词：太阳能光伏发电系统，可再生能源，光伏建筑一体化

Abstract: this article from the solar photovoltaic power generation technology application meaning of reality, expounds the solar photovoltaic power generation technology, the fundamental principles, system composition, characteristics and application development, analyzed the photovoltaic power generation technology in the field of application situation and the future, solar photovoltaic power generation technology, for the purpose of the design of the innovation and development of application, play a positive role.

Keywords: solar photovoltaic power generation system, renewable energy, building integrated photovoltaic (pv)

中图分类号：TK511文献标识码：A 文章编号：

随着社会生产的快速发展和人民生活水平不断提高，对能源的需求量不断增长，全球范围内的能源危机日益突出。传统的能源，尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料储量有限，不合理地使用传统能源，不仅使能源在21世纪内濒临枯竭，产生能源危机，还会造成全球的环境污染问题。因此，全球能源行业正面临着能源枯竭与环境保护的双重压力，积极发展可再生能源已成为世界共识。

太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。据计算，太阳1秒内发出的能量相当于1.3亿吨标准煤燃烧时所放出的热量；而到达地球表面的太阳能大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍；地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍【1】。我国幅员辽阔，在我国大力推广太阳能光伏发电系统的应用潜力十分巨大。

1 太阳能光伏发电基本原理

太阳能光伏发电技术的基本工作原理是：当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型、同质半导体材料构成的P—N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子， 即电子和空穴。由于P—N结势垒区存在着较强的内建静电场，在电场的作用下，N区的空穴向着P区移动，而P区的电子则向着N区移动，最后在太阳电池的受光面上积累大量的负电荷(电子)，而在它的背光面上积累大量的正电荷(空穴)。即在光照作用下太阳电池内部形成电流密度、短路电流，和开路电压。此时如果在太阳电池的两个表面引出金属电极，并用导线接上负载，即形成由P—N结、连接电路和负载组成的回路，在负载上就有“光生电流” 流过，实现对负载的功率输出。

2 光伏发电系统基本构成和分类

光伏发电系统一般由光伏电池阵列、控制器、蓄电池（组）、逆变器和负载组成。如图1所示：

图1 光伏发电系统的基本构成

光伏发电系统可以分为并网型和离网型两大类型。如图1所示，并网型光伏发电系统就是在“交流负载”处连接电网，“蓄电池”视情况取舍，离网型的光伏发电系统就没有与电网相连。

3 光伏发电系统的优点介绍

太阳能光伏发电具有许多优点：（1）无污染:绝对零排放－无任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”；（2）可再生:资源无限，可直接输出高品位电能，具有理想的可持续发展属性；（3）资源的普遍性:基本上不受地域限制，只是地区之间有丰富与欠丰富之别；（4）机动灵活:发电系统可按需要以模块方式集成，可大可小、扩容方便；（5）通用性、可存储性:电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储；（6）分布式电力系统: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角度看，它更具有明显的意义；（7）资源、发电、用电同一地域:可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用；（8）光伏建筑集成:节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。

4 国内外光伏市场发展现状

根据EPIA(欧洲光伏工业协会)的数据可以看出，从2000年开始全球装机容量一直保持迅猛的增长，其中，全球2008年光伏组件及系统新增装机容量5630MW，同比增长50％，同年全球累计光伏组件装机容量为14730MW，同比增加61.9％，2000～2008年间，累计装机容量年复合增长率达到了33.8％，增长态势保持平稳而且迅猛。

图2全球及欧洲太阳能光伏装机容量统计【2】

从光伏系统装机容量的市场结构上看，欧洲始终保持着绝对的领先优势。2007年欧洲新增光伏装机市场容量占到全球的7成左右，而新增光伏装机容量则占到全球的8成左右。一些传统的光伏发展强国继续保持快速的增长态势，德国是欧洲最大的光伏产品消费市场，西班牙则成为2008年增幅最大的国家，增幅达到了惊人的465.6％，此外美国市场也表现显著，日本市场则同比下降23％，市场表现疲软。2008年出现了几个新的光伏装机容量增长较快的国家，如意大利、韩国、捷克、葡萄牙、比利时和法国，可见欧洲强国一如既往的大力发展光伏产业，而另外一些国家则渐渐意识到光伏发展前景十分光明，陆续重视本国光伏产业的发展。

图3为1976-2008年我国光伏装机容量的统计数据。2000年以前，光伏年装机容量很少，基本可以忽略不计。从2002年开始，受国家计委的“西部省区无电乡通电计划”的影响，我国光伏产业出现了快速发展的高峰。据统计，2008年，我国光伏发电设备新增装机容量4.5万kW，同年我国累计光伏装机容量为15.1万kW，同比增长42％，但和《可再生能源中长期发展规划可再生能源重点发展领域和目标》中2010年太阳能光伏发电目标30万kW相比仍有较大的差距。因此，未来几年我国太阳能光伏发电市场有较大的增长空间。

图3中国太阳能光伏装机容量统计【2】

光伏发电的基本原理篇4

【关键词】电子信息工程；光伏电场；实践应用

光伏发电是当前较为前沿和具有广阔发展前景的新型发电方式，其因为自身的绿色、无污染及可再生等特点受到社会各界的广泛关注。由于我国疆域辽阔，纬度跨越较大，光照资源极其丰富，所以在我国研究光伏发电相关问题具有十分重要的现实意义。据专家估计，到十三五结束时，我国的光伏发电将会占到全国总电力装机的6%左右，大量的光伏电场将会相继建成并且投入使用。在光伏电场中，电子信息工程技术也发挥着至关重要的作用，成为影响光伏发电技术不断向前进步的重要因素之一，研究电子信息工程技术在光伏电场中的应用不仅仅能够促进光伏发电技术的发展，对于电子信息工程技术本身也具有重要意义。

1相关概念综述

光伏发电中的“光伏”，实际上指的是光生伏特效应，即我们常说的光伏效应，它指的是半导体在受到光照射时能够产生电动势的现象。当前最为广泛的应用就是制作各种光电池等等，进一步发展为光伏发电。光伏发电中的光主要指的是太阳光，光伏发电指的就是利用光生伏特效应基本原理，利用特制的太阳能电池，将太阳光能直接转化为电能的全部过程。由于太阳光是一种非常绿色环保，不会产生污染并且从某种程度上来说是取之不尽、用之不竭的能源，所以当前光伏发电已经成为受到广泛关注的一种新型能源利用方式。电子信息工程则是依托于计算机技术发展的一门应用学科，它只要研究的对象是电子信息的处理和控制等等。基于电子信息业在当前已经成为全国五大支柱产业之一，电子信息工程专业在当前也成为非常热门的学科和专业。而光伏电场中的电子信息工程技术应用在当前仍然局限在电子信息工程技术专业本身的特点和范畴内，其主要发挥的作用仍然是信息的获取和处理。

2电子信息工程技术在光伏电场中应用的重要意义

电子信息工程技术在光伏电场中得以广泛应用，对于光伏发电的发展具有十分重要的现实意义，主要表现在以下两个方面：首先，它能够在获取数据、处理数据方面更加精确，为光伏电场作业提供更加准确的数据依据。要知道，光伏发电中基本上都是电子元器而很少有机械原件，相较起来更容易发生各种故障，需要做好更为精准的监控和控制。并且在光伏电场中，各项传感器测量的参数需要非常精确，参数的细微差别将会对整个发电系统的监控和处理都产生巨大的影响。其次，它大大解放了人力和物力资源，能够以充足的资源投入到更多的方面去确保光伏发电系统的正常运行。在计算机没有广泛应用之前，发电站的数据监测和处理只能够依靠人力，不仅给工作人员带来了巨大的工作压力，也容易出现各种细微的谬误。电子信息工程技术作为一项在当前非常成熟的技术，无论是数据监测还是数据采集又或者是数据统计都非常快捷和精确，解放了大量的人力物力。

3电子信息工程技术在光伏电场中应用的实际应用

电子信息工程技术在光伏电场中的实际应用主要表现在四个方面，分别是数据测量、数据采集、数据分析和数据统计。首先，数据测量中的实际应用。传感器是光伏发电中最重要的部分之一，其主要承担的是数据测量的重要任务。传感器测量的数据是否准确将会对整个发电系统产生巨大影响。电子信息工程技术的发展使得传感器测量的周期性误差、偶然性误差、量化性误差都进一步降低，测量数据更加精确。其次，数据采集中的实际应用。传感器可不仅仅是进行数据测量，其在测量出数据以后，会进一步进行数据采集并进行传送。在电子信息工程技术广泛应用之前，数据的采集和传输需要进行模拟转换，需要将数据先转化为模拟信号，再转化为数字信息，很容易出现失真情况。而电子信息工程技术可以将数据直接传输，最大可能地确保数据的精确性。再次，数据分析中的实际应用。这里的数据分析并不像字面上说的那样仅仅进行数据的分析，电子工程技术发展到今天甚至能够直接根据数据进行决策。举例来说，光能相较于水能来说，可控性更差，所以很容易出现孤岛现象，而利用电子信息工程技术，光伏并网的决策系统就能够在受到异常波形时及时作出分析和决策。最后，数据统计中的实际应用。传统的数据统计依赖于人力，容易出现错误。而数据统计在光伏发电中起到的作用是非常重要的，电场通过长期对数据的测量、收集和分析，能够据此作出进一步的决策和改善。电子信息工程技术的发展能够有效地统计电场运行以来的各项数据，对光伏发电过程不断改进，使其能够更加稳定、高效率地运行和发展。

4结语

当前的时代是计算机的时代和网络的时代，严格意义上来说电子信息工程技术已经不是一门前沿的学科，而成为在现实生活中应用非常广泛的成熟学科。但是由于电子信息工程技术本身无穷无尽的发展潜力，其可以与很多前沿的学科和实践活动相结合，形成创新性的实践应用，在光伏电场中发挥重要作用就是电子信息工程技术近些年来与实践领域相结合的最好例证。当前电子信息工程技术在光伏电场中的实际应用主要是在处理数据方面，最得到广泛应用的是在数据测量、数据采集、数据分析和数据统计中的应用，其仍然没有摆脱电子信息工程技术本身的特点。未来随着电子信息工程技术的不断发展和光伏发电的不断发展，相信二者会有更多的结合，为全面发展我国社会经济提供重要的基础性保障。

参考文献：

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光伏发电的基本原理篇5

Abstract： With the energy crisis and environmental pollution problems becoming more and more serious， the global energy Internet concept arises at the historic moment. New clean energy， UHV power grid and smart grid provide a solid foundation for the further development of energy Internet. Based on the background of the global energy Internet trend， the subsequent impact on the photovoltaic grid are discussed， and some suggestions are put forward to provide reference for relevant departments and power companies.

关键词： 能源互联网；光伏接入电网；管理模式

Key words： energy Internet；PV access grid；management model

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0026-02

0 引言

随着火力发电的发展，各种化石性燃料被大量消耗，这些不可再生能源储备日益减少，能源紧张问题和环境污染问题已经成为限制人类社会继续发展的瓶颈，积极开发和利用清洁能源，已经势在必行。在这样的背景下全球能源互联网理念得以产生和发展。太阳能具有清洁无污染、投资成本小、不受地域限制等优势特点，因此受到社会各界的广泛关注。能源互联网在我国还是一个新概念，它对我国能源产业的改革具有战略性的指导意义，对国内能源产业的能源再生规划发展、加强能源的充分利用、促进能源市场的开放和能源产业的优化升级都有重要的现实意义，对国民经济发展创造新的增长点，在全球化进程中跟上时代的脚步。利用太阳能光伏发电，是能源互联网的重要组成部分，已经成为清洁能源的重要开发领域。从长远发展的角度来看，光伏接入电网系统并予以运行，技能解决能有持续利用问题，又能降低能源消耗成本、减少环境污染，对社会经济的发展和自然环境的保护有着极为深远的意义。光伏并网在我国华北、西北等地区已经得到初步实验应用，但是由于光伏发电受天气变化影响，波动性较强，对电网继电保护、供电质量、系统调控管理都会产生影响，这些问题都亟待解决。

1 光伏接入电网技术问题和解决办法

尽管太阳能就可再生、清洁无污染的优点，但是大规模的太阳能光伏电力系接入常规供电网络系统，在带有优势作用的同时，也会带来各种负面作用。

1.1 对电力系统继电保护的影响和解决措施 首先，依照当前实际发展情况来看，小规模的光伏接入对电力系统继电保护运行造成的影响微乎其微，但是，如果大容量光伏系统接入低压极有可能导致类似短路抗组这类的参数变化，一旦出现系统故障，由于光伏电源的影响，短路电流会产生不能预期的变化，进而会极大地影响系统继电保护的灵敏性以及选择性。另一方面，是对继电保护系统配置的影响。因为在未来发展阶段，随着能源互联网覆盖范围的逐渐扩大，接入光伏的电力系统会越来越多，对继电保护系统也提出了更高的要求，不但要做好协调配置，而且要做到保证不同电源的顺利接入以及特高压电网的正常运行，在继电保护系的智能性和灵敏性方面不断优化更新。

1.2 对电力系统供电质量的影响和措施 太阳能由于受到天气状况的影响，其能源供给带有明显的不稳定性，对光伏系统也会产生干扰，从而使供电频率和电压等都不能满足现实需要，电能质量不达标，对生活生产和人们的生活都造成影响。如果光伏接入常电网，利用类似电力电子逆变器这样的手段可以对供电网络电能质量起到帮助作用，但是在未来能源互联网深入发展的时候，这些措施就很难再起到作用，“源-网-荷-储”将成为供电系统保证供电稳定的首选，因为通过它可以有效降低光伏接入的负面影响。

1.3 对电网调控管理模式的影响和措施 调度管理系统关系到电网的正常稳定运行，光伏系统接入对电网调度控制中心的影响更为直观显著，由于电压和调度范围的变化，光伏大规模接入电网后，在电网的建设、调整、运行等方面都会造成困扰。因此，在新的能源发展背景下，电力企业应顺应时展潮流，对自身的调度管理工作模式进行合理创新，在传统的工作基础上融合能源互联、智能优化以及集成协调，创立新的能源互联网电力系统的电网调控模式。

2 太阳能光伏发电系统的构成原理和接入电网方案

光伏发电系统的形成主要源自于“光伏效应”这一原理，即利用太阳能电池板把太阳能转化为电能。

光伏发电的基本原理篇6

（兰州理工大学电气工程与信息工程学院，甘肃兰州730050）

摘要：为了真实地模拟光伏发电并网系统，针对光伏发电并网的最大功率点追踪，给出了基于电导增量法的控制方法，提高了光伏电池阵列的工作效率。利用Boost电路实现MPPT控制，以SVPWM变换形成PWM波，在此基础上分别从光伏发电并网系统的各重要组成部分出发，建立了一套两级式三相光伏并网发电系统模型。最后，通过仿真对所搭建模型的动态性能进行验证。仿真结果表明，该模型能够真实地反映三相光伏发电并网系统的实际运行特性，具有较好的动态性能。

关键词 ：光伏并网系统；光伏阵列；并网逆变器；SVPWM

中图分类号：TN710-34 文献标识码：A 文章编号：1004-373X（2015）12-0159-04

收稿日期：2014-12-17

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51107019）

0 引言

光伏发电是一种新型的分布式发电技术，光伏发电系统主要是利用太阳能光伏电池直接对光能进行能量转换从而产生电能的一套装置，但是由于太阳光本身的不稳定等因素，光伏发电并网会对当前电网的稳定性造成一定的影响，因此对光伏发电并网的相关科学研究具有非常重要的实际意义。

近年来，我国对光伏发电并网的相关研究取得了很多关键性的进展，文献[1]对光伏发电并网的几个核心问题进行了研究，通过改进扰动法和Boost 电路实现MPPT，对比光伏并网的电流控制方式，以双闭环控制对联网逆变器进行控制以及孤岛检测的优化等，该文献为发展分布式能源的高效利用提供了重要参考。文献[2]是在PSCAD/EMTDC 平台上搭建了一个直流光伏发电模型，该模型的优势在于能够模拟任意光照强度下的光伏I-V 特性，但未对三相光伏并网系统进行仿真。文献[3]通过实际的光伏发电并网系统的运行数据，系统的介绍了光伏发电并网后对电网的影响，对不同天气情况下的光伏发电功率、孤岛检测和大功率光伏发电并网后对电网负荷的影响等方面进行了研究，并对未来的光伏发电并网的调度、负载等问题进行了分析，对光伏发电的并网研究具有指导意义，但没有提出具体的处理方案。文献[4]主要针对光伏电源在微电网中的接入问题进行了研究，提出以PV的平均功率来计算储能设备容量的相关方法，并通过仿真验证了该方法具有较好的实际应用价值，但该研究主要针对的是微网环境。

本文主要是在Matlab/Simulink 平台上搭建了一套两极式三相光伏发电并网系统模型，分别建立了基于光伏发电伏安特性的光伏电池阵列模型和基于电导增量法的MPPT 控制模型，通过MPPT 控制提高了光伏电池阵列的工作效率，最后通过仿真验证了本系统具有较好的动态性能。

1 光伏阵列以及MPPT 控制仿真模型

光伏发电并网系统主要包括太阳能电池阵列、并网逆变器、变压器等最后再与大电网相连，其中光伏电源的等效电路如图1所示。

图1中，恒流源ISC 为光生电流。IL 为分光电流，它流过负载RL ，在其两端产生了电压UL ，此电压作用于二极管产生了抵消另一部分光电流的电流IF ，也可称为暗电流。另外电池本身还有电阻，因此用一个并联电阻RSH 和一个串联电阻Rs 来等效。通过对光伏电池的等效电路的以及物理特性的分析可以得出以下算式：

式中，A 是二级管理想常数，当正偏电压大时为1，正偏电压小时为2； K 为波尔兹曼常数，其值为1.38 × 10-23 J/K ；T 为光伏电池的温度；IF0 为光伏电池在无光照时的饱和电流。从式中可以看出，光伏电池阵列输出的电压和电流受外界环境条件如光照强度温度等的影响，在相对稳定的日照条件下，短路电流的强度与温度呈现出一定的线性关系。基于以上数学模型，本文建立了的光伏阵列模型，其输出特性如式（2）所示：

式中：NS 和NP 分别代表串联组件和并联组件的数量，光伏阵列仿真模型如图2所示。

光伏并网系统中为了提高光伏阵列的发电效率，通常要求整个光伏发电系统的功率始终保持在最大，即系统始终要对其最大功率点进行追踪（MPPT）[5]。本文通过Boost电路来实现升压功能，以电导增量法实现MPPT的控制，其原理就是通过对比光伏发电电池阵列的瞬时导抗以及导抗的变化量来实现MPPT功能，从典型光伏电池输出功率P-V 特性随温度变化曲线中[6]可以得到光伏发电并网系统的输出功率具有最大功率点处功率对电压的导数为0这一特性，即：

电导增量法中的核心问题就是判断式（5）所示的关系能否成立[7]，当式（5）成立，即输出电导的变化量和负的输出电导相等就表明此刻光伏并网的P-V 曲线斜率为零，即达到了最大功率点MPP；若不成立就要根据算式（5）的大小关系来判断功率曲线斜率的正负：当输出电导的变化量大于负的输出电导时，表明此时光伏并网的P-V 曲线斜率为正；当输出电导的变化量小于负的输出电导时，表明此刻的光伏并网P-V 曲线斜率为负[8]。图3为搭建的基于电导增量法的MPPT模型。

2 并网逆变器的控制策略

两级式光伏并网逆变器拓扑结构如图4 所示。本文搭建的三相光伏发电并网模型及仿真是在大电网的输出三相平衡且稳定性较高，电感、功率开关管等元器件均为理想器件，并且不计开关过程和死区时间的条件下进行的。在三相坐标静止坐标系中，三相光伏并网逆变器的数学模型可以根据基尔霍夫定律表述如式（6）所示：

式中：ia ,ib ,ic 是并网逆变器的输出电流；ua ,ub ,uc 是并网逆变器的输出电压；ea ,eb ,ec 是三相电网的电压；r 是逆变器的输出阻抗；L 是交流端的滤波电感。

为得到同步旋转d-q 坐标系下的数学模型，对式（6）所描述的数学模型进行了同步坐标变换，最后得到三相光伏并网逆变器数学模型如式（7）所示：

通过解耦和PI调节，可推导出在d-q坐标系中三相并网逆变器的电流前馈解耦算式：

综上，便可得出两级式三相光伏并网逆变器的控制策略，如图5所示。

由图5可以看到，为得到光伏并网逆变器所需要的PWM波，首先，并网逆变器需要通过最大功率点追踪得到V *dc ，在与Vdc 做差后得出误差信号；其次，将得出的误差信号通过PI调节后得到有功电流参考值i*d ；再次，通过i*d 和i*q 和并网逆变器的输出的有功电流和武功电流的采样值做差后得出误差值；最后，将次误差通过解耦和PI调节后，再经过SVPWM 变换即可。SVPWM 变换也就是电压空间矢量脉宽调制，依托平均值等效原理，由三相变流器输出的指令电压于复平面中合成电压空间矢量，并且通过三相逆变器不同的开关模式，产生PWM 波，目的就是使输出的波形能够尽量接近正弦理想波形[9]。

3 光伏发电系统并网模型及仿真

通过本文前面的分析和搭建的模型，建立如图6所示的三相光伏发电并网系统，本系统采用双环控制，具体的参数如下：Tref = 25 ℃ ， Sref = 1 000 W/m2 ；Voc = 64.2 V ，ISC = 5.96 A ；Vm = 54.7 V ，Im = 5.58 A ；采样时间= 0.000 1 s，ΔD = 0.000 1 ； fs = 10 000 Hz ；L = 4e - 3 H ；三相对称，ea = 311 × sin(100πt) 。

图7和图8即为三相光伏并网系统的三相电流和电压的仿真图。从仿真图中电流和电压所反应出的标准正弦曲线可以准确地验证本文所采用的控制策略的正确性。

图9为MPPT 中直流端电压Vdc 的仿真图。从图中可以看出在一个周期内直流端电压达到稳态。图10为Id Iq 的仿真图，图中Iq 一直近乎保持在0，说明本文所搭建的仿真模型能够保持较好的单位因数并网。

图11为光伏阵列的输出功率和并网逆变器的输出功率，从图中可以看出光伏阵列和并网逆变器的输出功率非常近似。

4 结论

本文首先对光伏阵列和最大功率点追踪的原理进行了介绍，然后建立了光伏阵列的仿真模型，通过Boost电路与电导增量法来实现光伏并网的MPPT 控制。搭建了MPPT仿真模型，通过对光伏并网逆变器的控制策略的分析和运用，最后完整地建立了一个两级式三相光伏并网系统模型，并通过仿真验证了本系统控制策略的正确性且具有较好的动态性能，为后续的光伏并网的相关研究提供了有力支持。

作者简介：缑新科（1967—），男，教授，硕士生导师，副主任，主任，甘肃省电机工程学会会员，西北地区高校电子技术研究会副理事长，全国高等学校电子技术研究会理事。研究方向为智能结构及其动力学系统控制。

张明鑫（1988—），男，硕士研究生，研究方向为电能质量。

参考文献

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[3] 赵平，严玉廷.并网光伏发电系统对电网影响的研究[J].电气技术，2009（3）：41-44.

[4] 周念成，闫立伟，王强刚.光伏发电在微电网中接入及动态特性研究[J].电力系统保护与控制，2010，38（14）：119-127.

[5] 李翠霞.光伏发电系统控制器的研究[D].天津：天津大学，2009.

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[7] 黄瑶，黄洪全.电导增量法实现光伏系统的最大功率点跟踪控制[J].现代电子技术，2008，31（22）：18-19.

[8] 汤济泽，王丛岭，房学法.一种基于电导增量法的MPPT实现策略[J].电力电子技术，2011（4）：73-75.

光伏发电的基本原理篇7

关键词：分布式光伏电站；投资分析模型；把控投资风险

中图分类号：F832 文献标识码： A

一、光伏发电的技术原理及政策背景

1、光伏发电的技术原理分析

光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。白天采用高能vcz晶体发电板和太阳光互感对接和全天候24小时接收风能发电互补，通过全自动接收转换柜接收，直接满足所有家电用电需求。并通过国家信息产业化学物理电源产品质量监督检验中心检测合格。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外 50%。

二、建立分布式光伏电站投资分析

投资分布式光伏电站的合理性和可操作性主要体现在以下几个方面：

1、近年来，我国光伏产品生产企业快速发展，产业规模迅速扩大，市场占有率位居世界前列，制造技术达到世界先进水平，致使我国光伏发电的主要元器件成本显著降低，这就为光伏发电的应用打好了基础。另外，由于全球光伏市场需求增速减缓，加上美国与欧盟市场均对我国的光伏出口产品进行“双反”调查，征收较高的惩罚性关税或限制价格及实行配额，光伏产品出口严重受阻，造成我国光伏生产企业普遍经营困难，产能严重过剩，产量严重积压，企业间竞争非常激烈，使光伏发电应用企业在使用光伏元器件时具有较强的议价能力。

2、我国政府已看到我国光伏产品市场过度依赖外部市场，国内应用市场开发严重不足，应用市场环境亟待改善等等情况，已出台或即将出台一系列产品导向政策文件。在国发〔2013〕24号文件中，强调在大力支持用户侧光伏应用，完善电价和补贴政策，改进补贴资金管理，加大财税政策支持力度，完善金融支持政策，以及土地支持政策和建设管理等方面，进一步加大并完善国家支持政策，这些非常丰厚的优惠政策的预期，也将为投资光伏电站的企业带来非常良好的经济效益。

3、随着地球上化石能源储量的日渐枯竭，化石能源价格必将不断大幅上涨，从而使化石能源发电成本呈不断上涨趋势，致使电费价格不断上涨；而光伏发电随着产品效率的不断改进，产量不断上升，成本必将大幅下降，特别是太阳能本身就是一种零成本的能源。电费不断上涨，光伏发电成本不断下降，两者之间形成了一个巨大的利润空间，为企业进一步带来非常可观的经济效益。

4、与其他投资项目不同的是，项目建成后没有传统投资项目的人财（流动资金）物的投入，以及销的运营。项目进入正常运行后，每年除了例行的设备维护保养，没有较大的费用开支，不需要牵涉较大的精力，在项目的生命周期中，由于采取自发自用和余电上网的模式，所产生的电源不会发生滞销，不会造成产品的积压。也可以说，随着项目的建成，项目就变成了一个每年有固定收益的投资产品。因此，在项目后续资本运作上，也带来不小空间。比如，可将项目未来收益权做质押来开展“未来收益权质押”融资业务，也可以将这些项目资产抵押，来发行企业资产抵押债券。如要想得远一些，更可将所有的光伏发电项目资产打包上市，获取社会融资。

5、分布式光伏电站的投资收益分析

以定性分析的方法可揭示当前投资分布式光伏发电项目的前瞻性与可行性。但是当前投资该项目是否有利可图呢？这就要用定量分析的方法，用数据测算来揭示了。

关于项目的投资总额，投资光伏电站的硬件设备有光伏电池组件、逆变器、升压变压器和各种配电柜等等。软件的费用包括光伏电站的设计费、建设费用、技术服务费用。按照现行的成本规模，如果建设一个装机容量为1 000千瓦规模的分布式光伏发电屋顶项目，初期投资总额，也就是硬件费用和安装费用大约为800万元，以后每年维护保养费用为投资总额的0.5%。

投资收益计算的基础是发电量，光伏电站的发电量取决于电站当地的日照辐射量和光伏发电系统的装机容量。有统计数据认为，上海地区的1 000千瓦规模的光伏电站每年可以产生100万千瓦时（度）的电量，相当于每瓦装机容量每年产生1度电。当然，光伏组件在生命周期内会发生衰减，按照《金太阳示范工程关键设备基本要求》每年的衰减率，不得高于0.8%。25年内，光伏组件的发电功率不得低于标称功率的80%。

6、不同光伏发电原件的投资及发电效能比较

光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统。

6.1独立光伏发电也叫离网光伏发电

主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。

6.2并网光伏发电

并网光伏发电，其本质上也就是太阳能组件所产生的直流电，并且经过相应并网逆变器转换成为符合市电电网运行要求的交流电后，再直接接入到公共电网系统中。光伏发电实例：通常能够分为带蓄电池的与不带蓄电池的这两大类并网发电系统。通常情况下，带有蓄电池的并网发电系统多具有了高度的可调度性，可以能够根据需要并入或者退出电网，因此还具有备用一些电源的功能，在电网因为故停电之时就可进行紧急供电。与此同时带有蓄电池的光伏并网发电系统多安装于居民建筑物内；而不带蓄电池并网发电系统一般不具备较好的可调度性与备用电源功能，一般需要安装于比较大型的电网系统中。在这里，并网光伏发电多有集中式的大型并网光伏电站通常都属于部级电站，其最主要的特点就是将自身所发出的电能直接输送到电网系统中，并且由电网系统统一地调配并且向用户供电。但是实际情况下这种电站投资比较大、建设周期比较长、占地面积比较大，并且还没有太大的发展。但是另一种分散式小型的并网光伏，尤其是光伏建筑一体化的光伏发电系统，由于其投资比较小、建设速度快、占地面积比较小、政策支持力度相对较大等优点，是当前并网光伏发电的绝对主流。

6.3分布式光伏发电系统

又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。

一般情况下，分布式光伏发电系统的一般设备，主要包括了光伏电池组件设备、光伏方阵支架装置、直流汇流箱设备、直流配电柜装置、并网逆变器设备以及交流配电柜等，另外一方面还有电网供电系统监控设备与环境监测设备。它的运行模式是在具有太阳辐射的基本条件下，自身光伏发电系统的太阳能电池组件等设备阵列把太阳能转换并且输出的电能，经过直流了汇流箱集中送入到直流配电柜中，由并网逆变器设备逆变成为交流电供给到建筑的自身负载，与此同时多余或者不足的电力要通过联接电网来进行调节。

三、不同的投资模式之间的效益比较

1、 现阶段光伏发电的装机成本

如果上网电价为1元/度，则项目投资回收期为10年（累计现金流入超过资本金投入，贷款还清）。到第10年后，因为折旧完成，因此，增值税和所得税大幅增加，每年两税合计大约600万元，即便如此，每年项目公司依然有1084万元的现金净流入。

2、系统改进的电站投资收益

上述电站没有采用固定支架，没有追日并且没有进行功率优化，如果增加追日系统和固定支架，则投资需要增加1600万元，从而使电站总投资从11160万元增加到12760万元。考虑贷款9000万元，自有资本金为3760万元。但这样，电站的年满负荷发电时间可以增加到1860小时，但运营费用也相应增加到200万元/年。按照这个条件，再对该电站进行测算可知（表略），增加电站优化系统，虽然使总投资增加了1600万元，而且维护费用也增加了20万元/年，但由于增加了发电量，因此，投资回收期反而缩短到9年零一个月。收回投资后，每年的现金流增加了280万元。因此，投资效益是明显的。实践证明，任何能够低成本而有效地增加光伏组件发电量的技术，都对提高光伏电站的投资回报率有很大的帮助。

结束语

模型的运用可使融资需要方算出未来的投资收益，并用这些收益质押构成融财物品，甚至能够构成财物抵押债券，获得融资支持。相信跟随国家扶持方针的进一步推动，市场投资需要的扩展，融资平台的完善能够使光伏工业得到继续健康的开展。投资光伏发电项目也能够使投资者获得安稳的、安全的投资收益，最终是全社会和我们家园出现蓝天白云将不再是奢侈品。

参考文献

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[2]张宏伟.分布式光伏发电投资建设运营模式研究[J].智能建筑与城市信息，2014，01：98-103.

光伏发电的基本原理篇8

关键词： 变电站；光伏直流系统；应用

中图分类号：U665文献标识码： A

随着我国经济建设的不断发展，电力企业节能环保的有效途径也得到了相关部门的高度重视，太阳能作为我国目前丰富的可再生能源，在电力企业中也得到了广泛应用。光伏产业在国家大型工程项目、推广计划和国际合作项目的推动下，得到了飞速的发展，随着太阳能光伏电池的单位造价的降低，对太阳能的开发利用也越来越重要。从世界范围来看，太阳能光伏发电具有最大的能源节约功效，同时作为一种高新技术产业，可以有效的促进绿色电力的迅速发展。如今，节能减排政策和光伏产业政策在我国陆续出台并得到了有效的实施，在未来的发展中，光伏产业的应用与推广范围必将更将广泛。

1 简述变电站光伏直流系统的构成要素

1.1 对系统构成的概述

太阳能的光伏阵列即电池组件、光伏的控制器、蓄电池组以及高频的开关充电装置也就是充电机等组合在一起构成了变电站光伏直流系统。

太阳能对“光生伏打”效应进行充分利用，以把光能有效的转变成电能。当一定的光照条件被满足时，电压与电流会随之产生。太阳能板由许多块的太阳能电池块组合而成，通过串并联多块太阳能板，使得负载要求的电压与电流得到充分的满足，这边是所谓的光伏组件阵列。

整个变电站光伏直流系统的核心便是光伏控制器，它对太阳能板的发电、蓄电池的充电与放电以及对于负载的管理和保护工作起到一个控制作用；除此之外，它还可以进行本地显示和远程监控。

在变电站光伏直流系统中，储能设备是蓄电池。它对太阳能组件工作过程中产生的多余电能进行存储，以在正常的太阳能组件发电量小于负载的实际需要时，提供及时的供电。变电站原本配置的蓄电池组完全可以达到直流系统的需求要求，因而，进行重新配置是没有必要的。

所谓的高频开关充电装置即变电站光伏直流系统中的充电机。属于系统的原配装置。在对充电机的启停进行控制时可以通过加强对系统交流输入端与接触器的闭合与断开的控制工作。

1.2 设计系统

若要实现变电站光伏直流系统的完善设计，应当以国际和国内的相关标准以及有关的气象数据为依据，对直流负载需要消耗的功率、电压的等级以及工作的时间等信息作出详细的了解，最重要的数据资料是变电站的建设地点的气象情况，诸如日照的强度、环境的温度和湿度、风速级别、以及沙尘暴、台风等恶劣天气的持续时间。在进行多种设计时遵循系统的安全级别要求，设计的类型包括关于光伏组件的容量大小的设计、对于蓄电池容量的设计、接地防雷系统以及关于系统安全性的设计等各种类型。在进行系统设计时应当遵循同时满足负载的用电需求以及系统的长期性与可靠性两个条件，也就是说，可靠性与经济性是当时并驾齐驱、缺一不可的。

1）对光伏组件方阵容量设计时应当考虑的因素。

通常来说，日照强度、光谱和温度等会对光伏组件的方阵容量产生影响，影响效果最显著最直接的是日照强度。一般来说，气象部门关于日照强度的数据是通过水平面上的测量得到的，而通常来说，太阳能板的放置具有一定的倾角，因而，在对相关数据进行使用时应当把其进行换算。

2）如何选择光伏组件的方阵倾角。

将光伏组件方阵放在不同的倾角下，对不同情况下的发电量进行比较，由此才能确定最佳倾角，使得变电站光伏直流系统在够在各月接收到基本等量的日照强度，为系统的常年正常运行打下基础。伴随着信息时代的不断发展，目前我们已经可以利用相关软件计算光伏组件方阵的最佳倾角。通常情况下，在我国境内，多数地区的最佳倾角都要比本地区的维度更大。

2 探究光伏直流系统的工作原理

2.1 关于光伏控制器的研究

在系统的研制过程中，光伏控制器是核心设备，因而，它发挥的作用是关键性的。它功能的实现是通过将太阳能电池组方阵与蓄电池组进行连接并加以控制。调节并分配系统的输入输出功率，从而实现对变电站内光伏直流系统的控制。

光伏控制器的组成构件主要包括单片机电路、掌控电源的开关的电路、对时钟进行实时控制的电路、利用液晶对显示进行驱动的电路、以及对开关进行充电、驱动键盘接口等的电路。具体来说，在单片机电路中，实现输入输出口与其他不同功能的电路的连接，对蓄电池和光伏电路进行采样测量工作的实现主要依靠A/D输入口；为单片机及其他电路提供电源的是开关电源电路；而利用液晶对显示进行驱动的电路的主要功能是以半字节的数据和控制的纵线为桥梁实现与单片机电路的连接。应当注意的是，液晶显示电路的控制器是本身所有的独立的，它的工作电源的提供是由电源模块来负责。而通过将SCL、SDA总线与单片机进行串行连接使得读写功能发挥出来，这是由实时时钟电路来完成的；对开关进行充电的电路采用场效应管方式，通过一组控制线实现与单片机电路的相连接，并将充电控制信号输出。

2.2 阐述系统工作的原理

变电站光伏直流系统在工作时要依托太阳能组件方阵的作用将太阳能转换成有效的电能，在光伏控制器的作用下稳压输出，与直流系统合母实现对接。如果由太阳能组件输出的电压符合直流系统的电压要求，在光伏控制器的控制下充电机的输入端交流接触器就会自动断开，对变电站直流系统供电的工作便由光伏电源来完成。相应的，如果输出的电压不能满足直流系统对电压作出的要求，输出工作就会在光伏控制器的控制下自动停止，与此同时，充电机的输入端的交流接触器也会随之发生闭合，这时候变电站的直流系统供电工作便由充电机来完成。光伏控制器和充电机就在这样的工作原理下进行交替的工作，实现自动切换。

3 结束语

综上所述，随着太阳能在电力企业发展中的广泛应用，变电站光伏直流系统也必然会得到不断的优化与完善，其本身所具有的节能环保、运行稳定可靠等优点也会表现的越来越明显。但就我国目前变电站光伏直流系统的应用现状来看，仍然存在一些有待改进的问题，比如说系统对太阳光照的利用率相对较低等。因此，在未来的时间里，相关工作人员还需要不断积累经验，不断对系统进行完善，努力将这一技术推广到站用电系统，使得变电站光伏并网得到不断的开发，从而促进我国电力企业的可持续发展。

参考文献:

[1]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

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