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摘要：基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。其中，太阳能控制器是光伏发电系统的核心部分，本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，从建模仿真方面对具有最大功率点跟踪的控制器进行了研究，提出了一种新的最大功率点跟踪方法及三种常用的DC/DC逆变器的工作原理。
概述
1.太阳能光伏发电系统的组成
太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。
2.太阳能光伏发电系统的分类
根据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种。
2.1.独立供电的光伏发电系统
整个独立供电的光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成。太阳能电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在天有太阳光照的情况下输出能量。根据负载的需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节，当发电量大于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电；当发电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电。控制器一般由充电电路、放电电路和最大功率点跟踪控制组成。逆变器的作用是将直流电转换为与交流负载同相的交流电。
2.2.并网光伏发电系统
光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统。
2.3.混合型光伏发电系统
图.1为混合型光伏发电系统，它区别于以上两个系统之处是增加了一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统。
3.太阳能光伏电池的建模与仿真
3.1.太阳能光伏电池的原理
太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射时，薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压，这一现象称为光伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。
将太阳能光伏电池单元进行串、并联并封装后就成为太阳能光伏电池组件，其功率可达几瓦、几十瓦甚至上百瓦，若干太阳能光伏电池组件按需要进行串、并联后形成太阳能光伏电池阵列。
3.2.太阳能光伏电池的分类
3.2.1.单晶硅太阳能光伏电池
硅系列太阳能光伏电池中，单晶硅太阳能光伏电池转换效率最高，技术最成熟（一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术），使用寿命也最长1151。但是，由于受单晶硅太阳能光伏电池材料价格及相应的繁琐的电池工艺的影响，使得单晶硅成本价格居高不下，并且要想大幅度降低其成本是非常困难的。
3.2.2.非晶硅薄膜太阳能光伏电池
由于非晶硅薄膜太阳能光伏电池资源丰富、制造过程简单并且成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，但是与晶体硅太阳能光伏电池相比光电转换效率较低，稳定性较差。
3.2.3.多晶硅薄膜太阳能光伏电池
通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350~450pm的高质量硅片上制成的，为了省材料，人们采用化学气相沉积法制备多晶硅薄膜电池，通常先用低压化学气相积在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个节，另外还采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电转换效率明显提高。
4.DC/DC逆变器的设计
DC/DC逆变器，亦称直流斩波器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压变换成另一种（固定或可调的）直流电压，其中二极管起续流的作用，LC电路用来滤波。DC旧C转换电路可以分多种，从工作方式的角度可分为：升压式（Boost）、降压式（Buck）、升降压式（Buck-Boost）、库克式（Buck）。下面就几种常用的逆变器（降压式逆变器（Buck-converter）、升压式逆变器（Boost-Converter）和升降压式逆变器（Buck-boost converter）分析一下DQDC转换电路的工作原理。
结论：本文就如何解决能量转换效率低这一问题对太阳能光伏发电系统进行了详细的理论分析和仿真研究，从而得出了以下结论：
1）分析比较了三种常用的DC/DC逆变器，并指出了各个变换器适合不同光伏发电的情况，本文采用Boost DC/DC变换器，并对其进行了仿真，仿真结果正确。
2）为使太阳能光伏阵列输出功率最大化，对最大功率点跟踪原理进行了详细地分析，并比较了几种常用的最大功率点跟踪方法，在此基础上提出了一种新型的扰动观察法，仿真结果表明此方法可使系统电路转换效率达90%以上，具有可行性。通过研究，本文提出了一种基于扰动DC/DC变换器开关频率的最大功率点跟踪方法，此方法可使系统电路转换效率达90%以上，即使外界环境发生变化仍适用，解决了能量转换效率低的问题。
论文作者:种法超,王洋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/20
标签：光伏论文; 太阳能论文; 系统论文; 逆变器论文; 电池论文; 蓄电池论文; 单晶硅论文; 《电力设备》2016年第23期论文;