【中玻網(wǎng)】太陽(yáng)能是新能源和可更新能源的重要組成部分，是緩解當前能源危機的有效途徑。光伏發(fā)電已成為利用太陽(yáng)能的主要方式之一，建立太陽(yáng)能發(fā)電站并供給建筑自身用電，是解決建筑物能耗的有效途徑。開(kāi)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑供配電系統中的應用研究，對于緩解能源和環(huán)境問(wèn)題，具有重大的理論和現實(shí)意義。

　　建筑供配電中的光伏發(fā)電系統主要由太陽(yáng)能光伏板、基于很大功率點(diǎn)的追蹤技術(shù)（MPPT）的DC/DC變換器、蓄電池組、單軸跟進(jìn)系統、PWM控制模塊、DC/AC變換器以及配電負載回路等部分組成，系統構成如圖1所示。

　　圖1光伏發(fā)電系統構成

　　為了提高光伏發(fā)電系統的效率，本文主要從兩個(gè)方面進(jìn)行了應用研究：首先采用太陽(yáng)能光伏板單軸跟進(jìn)系統，以提高光伏板的發(fā)電效率。其次采用MPPT技術(shù)，系統能實(shí)時(shí)跟進(jìn)光伏陣列的很大功率點(diǎn)，充分提高光伏陣列能量轉換效率。

　?。?）首先關(guān)于太陽(yáng)能光伏板單軸跟進(jìn)系統，常用的太陽(yáng)能跟進(jìn)方法有視日跟進(jìn)和光電跟進(jìn)。本文研究了太陽(yáng)能光伏板單軸跟進(jìn)系統，采用光電跟進(jìn)的控制方式，利用光敏元件組成的傳感器測量光強，進(jìn)而通過(guò)PLC控制低功耗伺服機構實(shí)現光伏板平行陣列的逐日跟進(jìn)?？刂葡到y的結構框圖如圖2，其中系統核心部件是光電傳感器和PLC。光電傳感器采用MG44-2型光敏電阻構成，其電氣特性表現為光強負阻性即電阻值在光照下阻值≤2 kW，在黑暗中阻值≥0.2 MW，這種阻值變化與光強變化相關(guān)。結構見(jiàn)圖3，根據兩個(gè)光敏電阻檢驗光強大小，判斷太陽(yáng)的位置。當太陽(yáng)沒(méi)有直射太陽(yáng)能光伏板時(shí)，上下兩個(gè)光敏電阻阻值不同，在檢驗電路中分壓不等，利用運算放大器組成信號調理電路，分析數據并進(jìn)行AD轉換，將處理后的信號送至PLC，進(jìn)而控制步進(jìn)電機，調整太陽(yáng)能光伏板的水平角度，提高光伏板的光電轉換效率，保證系統能夠全天效率高工作。光伏板單軸跟進(jìn)系統檢驗電路如圖3。

　　圖2單軸跟進(jìn)控制系統結構框圖

　　圖3太陽(yáng)能跟進(jìn)系統檢驗電路

　　太陽(yáng)能跟進(jìn)系統的工作流程如圖4。系統首先采集位于太陽(yáng)能光伏板上下兩個(gè)光電傳感器的信號VH、VL，判斷兩者的大小，若兩信號不同，說(shuō)明太陽(yáng)沒(méi)有直射光伏板，PLC上電，通過(guò)驅動(dòng)器控制步進(jìn)電機工作，拖動(dòng)水平運動(dòng)機構，調整太陽(yáng)能光伏板的水平角度，為保證系統的運轉穩定，在必要位置設置限位開(kāi)關(guān)，當光伏板到達限位開(kāi)光處，系統停止工作，若沒(méi)有到達限位開(kāi)關(guān)處，則只有VH、VL相等時(shí)，系統停止。黑天時(shí)，VH、VL信號也有可能相等，為此加入判定模塊，檢驗是否白天。通過(guò)對單軸跟進(jìn)系統的應用與研究，發(fā)現通過(guò)對系統執行結構進(jìn)行合理設計，其成本與固定支架基本相當，但相較于普通光伏發(fā)電系統，采用單軸跟進(jìn)技術(shù)的光伏發(fā)電系統，可在原系統的基礎上有效提高發(fā)電量20%~40%，因此，采用光伏板單軸跟進(jìn)系統可以有效地提高發(fā)電效率。

　　圖4太陽(yáng)能跟進(jìn)系統控制工作流程框圖

　?。?）其次是關(guān)于功率點(diǎn)跟進(jìn)（MPPT）實(shí)現，本文采用擾動(dòng)觀(guān)察法實(shí)現功率點(diǎn)跟進(jìn)（MPPT），其工作原理是測量當前系統的輸出功率，然后給系統的輸出電壓一個(gè)擾動(dòng)，這個(gè)擾動(dòng)會(huì )影響系統的輸出功率，通過(guò)測量當前的輸出功率，同時(shí)對比之前的輸出功率就可確定功率的變化方向，如果輸出功率增加，就保持該擾動(dòng)；如果輸出功率減少，就改變擾動(dòng)的方向。擾動(dòng)觀(guān)察法的跟進(jìn)工作情況如圖5所示。

　　圖5擾動(dòng)觀(guān)察法示意圖

　　光伏發(fā)電系統硬件電路主要包括MPPT控制電路、電壓檢驗電路、電流檢驗電路和IGBT驅動(dòng)控制電路，如圖6所示。

　　圖6光伏發(fā)電系統硬件電路總體構成

　　電壓檢驗電路結構如圖7所示，由電阻分壓網(wǎng)絡(luò )、減法器構成。利用電阻分壓成比例的衰減被測電壓信號，再通過(guò)減法器，提取出被測電壓信號。電流檢驗電路由霍爾電流傳感器、電阻分壓網(wǎng)絡(luò )以及端口保護構成，電流檢驗電路結構如圖8所示。MPPT控制電路結構如圖9所示，利用BOOST變換器構建了MPPT控制電路，實(shí)現光伏捕獲功能。調節BOOST變換器的占空比，可使系統運行在不同的輸出電壓狀態(tài)，從而找到功率點(diǎn)。IGBT驅動(dòng)控制電路結構如圖10所示，其作用是將DSP輸出的PWM信號經(jīng)過(guò)放大直接驅動(dòng)IGBT的導通與關(guān)斷。

　　圖7電壓檢驗電路結構

　　圖8電流檢驗電路

　　圖9 MPPT控制電路結構

　　圖10 IGBT驅動(dòng)控制電路結構

　　太陽(yáng)能儲量巨大、分布廣泛、可更新、不污染環(huán)境，是化石能源的主要替代之一，因此開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能具有重大的戰略意義。目前，光伏發(fā)電已經(jīng)成為人類(lèi)利用太陽(yáng)能的主要方式之一。傳統的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統由于光伏發(fā)電的不穩定性、間歇性、發(fā)電功率受到天氣的影響等問(wèn)題，給傳統電網(wǎng)帶來(lái)很多問(wèn)題，如無(wú)法提供穩定電力輸出，與傳統電網(wǎng)相比所占比例不高，高峰產(chǎn)生電能浪費，對電網(wǎng)的穩定性造成沖擊等。單獨式光伏發(fā)電系統由于自發(fā)自足，解決了傳統光伏并網(wǎng)系統存在的問(wèn)題，同時(shí)在電網(wǎng)故障時(shí)，太陽(yáng)能可以繼續發(fā)電，切換到離網(wǎng)模式滿(mǎn)足負載供電要求?？梢哉f(shuō)單獨式光伏發(fā)電系統是未來(lái)光伏發(fā)電的主流形式。本文研究單獨式光伏發(fā)電系統在建筑物供配電中的光伏板逐日問(wèn)題和功率點(diǎn)跟進(jìn)問(wèn)題，利用光伏板單軸跟進(jìn)技術(shù)和擾動(dòng)觀(guān)察法有效地解決了以上兩大問(wèn)題，提高了光伏發(fā)電系統的工作效率，滿(mǎn)足了建筑物供配電系統的用電需求，有效地降低了建筑物能耗。