太阳能光伏发电系统优化方案

太阳能光伏发电系统结构如图7－11所示，该系统中的能量能进行双向传输。在有太阳能辐射时，由太阳能电池阵列向负载提供能量；当无太阳能辐射或太阳能电池阵列提供的能量不够时，由蓄电池向系统负载提供能量。

图7－11　太阳能光伏发电系统

该系统可为交流负载提供能量，也可为直流负载提供能量，当太阳能电池阵列能量过剩时，可以将过剩能量存储起来或把过剩能量送入电网。该系统功能全面，但是系统过于复杂，成本高，仅在大型的太阳能光伏发电系统中才使用这种结构，并具有上述全面的功能；而一般使用的中、小型系统仅具有该系统的部分功能。

太阳能光伏发电系统按是否与电网连接，可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。

（1）独立光伏发电系统。独立光伏发电系统是指未与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统，其输出功率提供给本地负载（交流负载或直流负载）的发电系统。其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，也可为通信中继站、气象台站和边防哨所等特殊处所提供电源。

图7－12所示为一种常用的太阳能独立光伏发电系统结构示意图，该系统由太阳能电池阵列、DC-DC 变换器、蓄电池组、DC-AC 逆变器和交直流负载构成。DC-DC 变换器将太阳能电池阵列转化的电能传送给蓄电池组存储起来，供日照不足时使用。蓄电池组的能量直接给直流负载供电或经DC-AC 变换器给交流负载供电。该系统由于有蓄电池组，因而系统成本增加，但可在无日照或日照不足时为负载供电。

图7－12　独立光伏发电系统

（2）并网光伏发电系统。与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统称为并网光伏发电系统。并网光伏发电系统将太阳能电池阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅、同频、同相的交流电，并实现与电网连接，向电网输送电能。它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分之一的发展方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。

图7－13所示为一种常用的并网光伏发电系统结构示意图，该系统包括太阳能电池阵列、DC-DC 变换器、DC-AC 逆变器、交流负载、变压器，另外该系统可根据需要在DCDC 变换器输出端并联蓄电池组，以用于提高系统供电的可靠性，但系统成本将增加。在日照较强时，光伏发电系统首先满足交流负载用电，然后将多余的电能送入电网；当日照不足，太阳能电池阵列不能为负载提供足够电能时，可从电网索取电能为负载供电。如果系统并联有蓄电池组，也可由太阳能电池阵列和蓄电池组共同为负载供电。

图7－13　并网光伏发电系统(www.xing528.com)

在此以带双向变换器的太阳能独立光伏发电系统为例，简单介绍电力电子在太阳能独立光伏发电系统中的应用。带双向变换器的独立光伏发电系统结构框图如图7－14所示。图7－15所示该系统主要包括几个部分：太阳能电池阵列、BOOST 变换器（升压变换器）、负载、双向BUCK-BOOST 变换器（升降压变换器）、蓄电池及控制电路。该系统运行原理如下。

图7－14　独立光伏发电系统结构

图7－15　带双向变换器的独立光伏发电系统电路

①当日照较强，太阳能电池阵列输出功率大于负载功率时，太阳能电池阵列输出的电能经BOOST 变换器给负载供电，多余的电能通过双向BUCK-BOOST 变换器传输给蓄电池将能量储存起来。

②当日照较弱，太阳能电池阵列输出功率小于负载功率时，由太阳能电池阵列和蓄电池共同给负载供电，太阳能电池阵列输出的电能经BOOST 变换器给负载供电，不足的电能由蓄电池通过双向BUCK-BOOST 变换器给负载供电。当无日照，光伏阵列输出功率为零时，由蓄电池单独给负载供电。

③当有日照，太阳能电池阵列输出功率大于零且负载断开时，太阳能电池阵列输出的电能经BOOST 变换器和双向BUCK-BOOST 变换器后给蓄电池充电以将能量储存起来。

另外，如果蓄电池放电至低于过放电压，或者蓄电池充电至超过过充电压时，双向变换器将被强行控制关断，以保护蓄电池不被损坏，延长蓄电池的使用寿命。

独立光伏发电系统所有控制功能的实现均由控制电路完成，控制电路采用数字信号处理器TMS320LF2812，由数字信号处理器TMS320LF2812 采样所需要的电流、电压信号并对信号进行处理，输出PWM 控制主电路功率开关管的通断。

太阳能电池阵列是整个系统能量的来源，本系统所使用的太阳能电池阵列由两块无锡尚德太阳能电力有限公司生产的STP155S－24/Ab 型单晶硅太阳能电池并联而成，STP155S－24/Ab 型单晶硅太阳能电池组件参数如表7－1所示，太阳能电池阵列额定输出功率为310W。

表7－1　STP155S－24/Ab 型单晶硅太阳能电池组件参数