太阳能光伏发电毕业论文 

毕

第 11 页 共 20 页

业 设 计 说 明 书

下使聚光器得到稳定而可靠的跟踪控制。这种跟踪方案跟踪精度高，工作过程稳定，应用于目前许多大型太阳能发电装置。但计算过程十分复杂，高精度传感器成本也很高，对于需要降低成本的小型太阳能利用装置来讲，该种跟踪方式并不十分适用。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 1.2.1太阳运动规律 太阳与地球的位置关系

地球每天围绕通过它本身南极和北极的一个假想轴——地轴自西向东自传一周，每转一周为一昼夜，一昼夜又分为24时，所以地球每小时自转15度。在自转的同时。地球围绕太阳在一个椭圆形轨道上公转，每公转一周为一个太阳年、它等于365天5小时48分。即365．241天，因此每四年须闰一日。地球的自转轴与公转运行的轨道面(黄道面)的法线倾斜成23.27度的夹角，而且地球公转时其自转轴的方向始终不变，总是指向天球的北极，这也是太阳赤纬角的最大值。在地球围绕太阳公转的一年中有四个特殊的日期，这就是受地球倾斜运动影响最大的冬至和夏至以及不受地球倾斜运动影响的春分和秋分。在北半球，春分大约是3月21日、夏至是6月22日，秋分是9月23日，而冬至是12月21日。夏至的白天最长而冬至的黑夜最长；春分和秋分的昼夜各12个小时。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 在设计太阳能应用系统时，不可避免地都会涉及到地球和太阳的位置关系，如太阳高度角、方位角等问题。

a. 地平坐标系

以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点为原点的坐标系叫做地平坐标系，如图2.1所示。通过天顶和太阳（任一天体）X作一大圆，叫做地平经圈；地平交地平面于M点；从原点S沿地平圈顺时针方向计量，弧SM为方位角γs(地平经度)；弧XM为高度角α（地平纬度），向上为正，向下为负。弧ZX称为天顶距，自Z起计量，用Z表示。显然Z=90°-α。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。

毕

b. 时角坐标系

第 12 页 共 20 页

业 设 计 说 明 书

以天赤道为基本圈，北天极为基本点，天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系为时角坐标系或第一赤道坐标系，如图2.2所示。通过北天极和太阳X作一个大圆，叫做时圈；时圈交天赤道于T点；从原点Q沿天赤道顺时针方向计量，弧QT为时角ω，ω以度、分，秒单位来表示，也可以用时，分，为单位来表示；弧XT为赤纬角δ，δ以度、分，秒单位来表示；从天赤道算起，向上为正，向下为负。当天体作周日运动时，天体的赤纬δ不随周日运动而变化，但天体的时角ω却从0°均匀地增加到360°秒。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 1.2.2相关角度的计算

在太阳能的地面应用中，绝大部分的采光组件或阵列的安装形式并非水平，而是以与地平面成一定夹角的倾斜形式安装。所以有必要分析倾斜面在特定时间 及地点下的太阳入射计算。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 a. 有关角的定义

假如太阳能采光组件的倾斜角度和方位角已经确定，要计算入射在采光组件表面上的太阳直射辐射的能量，就必须定义一些角度。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 太阳光线入射角θ：太阳光线和采光组件表面法线之间的夹角，称为太阳光线的入射角。太阳光线可以分为两个分量，一个垂直于采光面，一个平行与采光面，只有前者的辐射能北采光面所截取。由此可见，实际使用时应该是入射角θ越小越好，这也就是所说的跟踪。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 太阳高度角α和太阳方位角γs:从地面某一观测点向太阳中心作一条射线，该射线在地面上有一投影线，这两条线的夹角α叫做太阳的高度角。该射线与地面法线的夹角叫太阳天顶角θz.。其中α+θz=90°。太阳光线在地面上的投影线与正南方的夹角γs，为太阳的方位角。并规定，向西为正，向东为负。采光组件的方位角γ：采光组件表面法线在地面上有个投影，此投影线与正南方的夹

毕

第 13 页 共 20 页

业 设 计 说 明 书

角为采光组件的方位角。采光组件的倾斜角β：采光组件平面与水平面的夹角称为采光组件的倾斜角度如下图所示.裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

倾斜面有关几何角度

b. 角度之间的关系和有关公式

采光组件所获得的太阳辐射量主要取决于太阳入射角θ，而θ是太阳赤纬角δ、太阳时角ω、地理纬度φ、采光组件倾斜角β、采光组件方位角γ和的函数，它们的具体关系是:仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 (2.1)

其中太阳赤纬角δ可由Cooper方程式(2.2)近似计算：n：一年中的天数，如：在春分，n=81，则δ=0。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 （2.2）

ω=(t-12)×15° （2.3）

毕

第 14 页 共 20 页

业 设 计 说 明 书

时角计算公式见式(2.3)，T为当地时间，按小时计算。地球自转一周为 360°，相应的时间为24h，每1h地球自转的角度定义为太阳时角ω，则ω＝360°／24＝15°，正午时角为零．其它时辰时角的数值等于离正午的时间(h)乘以15。上午时角为负值，下午时角为正值，例如，上午10时和下午2时的时角分别为-30°及+30°。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 从式（2-1），（2-2），（2-3）可看出，当δ，ω，φ确定后，采光组件倾角β和方位角γ的值决定了直接日射入角θ，因此只要控制采光组件使其倾角和方位角有合适的值，就可以保证太阳光线入射角θ为0，从而最大限度地收集太阳能。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 故我们可以根据不同地区的情况确定一个合适的太阳能阵列的固定的安装角，从而能最大效率利用太阳能。

3 并网逆变器

目前我国并网光伏一般应用在较大型的系统上，在小功率并网逆变器的研究上投入较少，技术并不完善，缺少较好的行业标准，很多并网逆变器都需要专业技能才能操作和管理，因此很难使光伏发电得到普及化的推广使用。在光伏发电领域，并网逆变算法、孤岛检测及保护、最大功率跟踪等技术研究较早，也比较成熟。但是对带蓄电池并网系统能量优化管理，系统智能化运行控制，以及光伏发电与新型不间断供电的结合这些方面研究较少，而做为一款家用光伏发电系统，这些技术非常重要。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 家用光伏并网逆变器应定位为一款适合家庭用电的发电设备，因此系统可集成家庭用电网络的智能管理及控制，高性能不间断供电方案，也可以利用多个的发电设备组建分布式发电网络。同时系统应具备智能化自动运行能力，无需专业操作技能，管理方便，性能稳定。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 1、系统硬件结构

整个光伏发电系统设计结构图如图4，采用FPGA作为核心控制器。系统外设模块包括DC/DC、DC/AC功率变换电路、滤波与并网控制电路、检测与通信电路、人机交互界面、蓄电池充放电控制模块。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。 毕

第 15 页 共 20 页

业 设 计 说 明 书

图 4系统框图

功率主电路结构如图5所示，由太阳能电池板输出的直流电首先经过DC/DC升压变换。经高频变换器隔离送入工频变换器，工频逆变器由FPGA直接控制，产生与电网一样的交流电压并通过滤波和并网电路并入电网。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。

图 5主电路结构图

检测电路，将电网电压经过滤波器整形，通过电压比较器产生与电网电压同频率同相的方波信号，控制FPGA产生SPWM驱动信号。孤岛检测电路的设计采用被动与主动检测相结合的办法，使用多种检测手段，减少检测盲区，提高反应速度，以达到反孤岛效应的目的。电流的采集通过ACS712霍尔传感器将电流转换成电压信号，并使用运算放大器对输出电压变化进行放大，图6是传感器输出信号的滤波和变换电路，传感器检测电网信号通过滤波、变换处理，送入A/D转换芯片。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。