光伏发电控制技术研究

论文总字数：19967字

目 录

1　绪论……………………………………………………………………4

2　光伏发电在国内外的发展状况………………………………………4

　　2.1　国外太阳能光伏产业发展现状…………………………………………………………4

　　　　2.1.1　发展概况…………………………………………………………………………4

　　　　2.1.2　产业政策…………………………………………………………………………4

　　　　2.1.3　产业规模…………………………………………………………………………5

　　2.2　国内太阳能光伏产业发展现状…………………………………………………………6

　　　　2.2.1　发展概况…………………………………………………………………………6

　　　　2.2.2　产业政策…………………………………………………………………………6

　　　　2.2.3　技术发展…………………………………………………………………………6

　　　　2.2.4　发展前景…………………………………………………………………………7

　　　　2.2.5　面临的问题………………………………………………………………………7

3　光伏发电原理…………………………………………………………8

3.1　光伏效应…………………………………………………………………………………8

3.2　光伏电池阵列……………………………………………………………………………8

3.3　光伏电池的等效电路……………………………………………………………………8

3.4　单体光伏电池的电量方程………………………………………………………………9

4　光伏发电系统………………………………………………………10

4.1太阳能电池阵列…………………………………………………………………………11

4.2蓄电池……………………………………………………………………………………11

4.3光伏控制器………………………………………………………………………………12

　　4.3.1　电源稳压模块…………………………………………………………………12

　　4.3.2　过充放电保护模块……………………………………………………………13

　　4.3.3　电压监控模块…………………………………………………………………13

　　　　4.3.4　外部负载………………………………………………………………………18

5　实物搭建及调试结果………………………………………………19

6　结论…………………………………………………………………22

7　后续讨论……………………………………………………………22

参考文献…………………………………………………………………23

附录………………………………………………………………………24

致谢………………………………………………………………………27

光伏发电控制技术研究

王琪

，China

Abstract：With the development of science and technology and the pollution of the environment,the exploitation of new energy is imperative.Solar energy is one of the largest renewable resources in the world.Most countries in the world are concerned about the development of solar energy.Photovoltaic power generation is the main way to use solar energy.

This report describes the development of photovoltaic technology in-and-out the country recent years,analyzes the characteristics of photovoltaic cells and builds its mathematical model.It also tells some ways to control the MPPT and builds a practical model of small off grid photovoltaic power generation system.

Key words：Photovoltaic power generation;Maximum power point tracking;Off grid generation system

1　绪论

随着现代科学技术的发展，人们已经逐渐意识到，由于传统的化石能源的资源有限、转化效率低下、对环境污染严重等缺点，必须寻找可循环使用的、高效的、环保的新型能源才能够满足现在以及未来发达的科技工业和生活需求。

1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能（原子能）。

新能源的特点为资源丰富产量大，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；能量密度低，开发需要较大空间；不含碳或含碳量很少，对环境影响小，几乎无污染；分布广，有利于小规模分散利用；间断式供应，波动性大，对持续供能不利；大部分可再生能源的开发利用成本较化石能源高。其中，太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、水能、生物化学能、化石能源等都是太阳能转化成的能量形式。太阳能有着清洁环保，无任何污染，利用价值高，分布广泛等优点，而且不可能出现能源短缺。所以太阳能的发展研究成为了现代能源技术发展的必要旅程。

太阳能的主要利用方式有以下三种：太阳能的光热转换，太阳能的光电转换，太阳能的光化学转换。光热转换是利用太阳光的热辐射效应，直接运用太阳光热或者利用太阳光热带动热力发电机的一种太阳能运用方式；光电转换是利用光电效应，将太阳光辐射能转换为电能运用的一种利用方式；而光化学转换是利用光合作用将太阳辐射能转换为化学能的运用方式。本文主要对其中的太阳能光电转换，即光伏发电进行研究。

2　光伏发电在国内外的发展状况

2.1国外太阳能光伏产业发展现状

2.1.1发展概况

经调查，2015年全球光伏市场新增装机容量预计将超过五十吉瓦，同比增长百分之十六点三，累计光伏容量超过二百三十吉瓦。日本、美国、欧洲等传统市场的新增装机容量将分别达到九吉瓦、八吉瓦和七点五吉瓦。国际新兴市场不断涌现，太阳能光伏产业应用在东南亚、拉丁美洲各国的发展迅速，印度、泰国、智利等国装机规模快速提升，如印度在2015年的新增装机规模将达到二点五吉瓦。而我国光伏新增装机量将达到十六点五吉瓦，继续位居全球首位，累计装机达到四十三吉瓦，超过德国成为全球光伏累计装机量最大的国家。

2.1.2产业政策

美国、英国、德国、日本、瑞士、印度等世界各国在近几年间都推出了关于太阳能光伏产业的产业政策，尤其是2015年。这一年间，诸多国家分别推出了对新型能源太阳能光伏发电的新政策，如表1.1、1.2所示。

表1.1　2015年美国推出的太阳能光伏产业政策

表1.2　2015年主要国家的太阳能光伏产业政策

2.1.3产业规模

　　2015年，全球多晶硅的总产量达到三十四万吨，光伏组件产量约六十吉瓦，同比分别增长了百分之十二点六和百分之十五点四。

2.2国内太阳能光伏产业发展现状

2.2.1发展概况

到2015年底为止，我国太阳能光伏制造业的总产值超过了两千亿元，我国太阳能光伏发电装机容量将达到四千三百万千瓦左右。2016年1至9月，我国光伏相关行业投资八百零七点九亿元，同比增长了百分之五十三点八。

1. 2.2产业政策

表2　2015年中国的太阳能光伏产业政策

　　由此可以看出，我国对太阳能光伏产业的发展十分重视，政府部门频繁推出促进太阳能光伏产业发展的政策，说明太阳能光伏发电产业具有十分广阔的发展前景。

2.2.3技术发展

　　我国的太阳能光伏产业已经开始走上了自主研发新技术的道路。我国的高效多晶硅电池平均转换效率、单晶硅电池平均转换效率和汉能薄膜发电技术均已达到全球领先的水平，经德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究院认证，我国其铜铟镓硒组件最高转化率达到21%；砷化镓组件获得美国国家可再生能源实验室认证，最高转化率达到30.8%，皆创下了世界纪录。

我国主要的光伏企业多晶硅生产综合成本已降至九万元每吨，行业平均综合电耗已降至一百千瓦时每千克，产业化进程加快；单晶及多晶电池技术持续改进，产业化效率分别达到百分之十九点五和百分之十八点三；太阳能光伏组件封装及抗衰减技术不断改进，龙头企业组件生产成本降至二点八元每瓦，光伏发电系统投资成本降至八元每瓦以下，发电成本降至零点六至零点九元每千瓦时。

2.2.4发展前景

　　中国制定了光伏发电中远期发展规划。随着传统化石能源的日益减少，可再生能源的消耗比重逐年增加，光伏发电的比重更是增加迅速。根据规划预测，到2050年中国的光伏装机达到两千吉瓦，年发电量达两千六百太瓦时，占全国总发电量的26%。随着现代工艺技术的进步，光伏发电的转换效率将逐年提高，发电成本将会大幅度下降，以至于光伏发电的价格在一定程度上会低于常规电价。

虽然目前光伏行业面临一些问题，但我国光伏产业的发展整体积极向好。国家能源局已经发布了光伏“十三五”规划，推动财政补贴兑现，促进技术进步及产业升级，这些都将为光伏行业的发展助力。根据“十三五”规划，到2020年底，太阳能发电装机达到一点一亿千瓦以上，其中，光伏发电装机达到一点零五亿千瓦以上，在“十二五”基础上每年保持稳定的发展规模；太阳能热发电装机达到五百万千瓦。太阳能热利用集热面积达到八亿平方米。到2020年，太阳能年利用量达到一点四亿吨标准煤以上。“十三五”光伏规划还设置了以下指标：

1）环境效益

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