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1、光伏发电与控制技术第1页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社2第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第2页，共102页，编辑于2022年，星期五4.1 太阳的辐射及太阳能简介太阳的辐射及太阳能简介 4.2 太阳能的转换与应用太阳能的转换与应用4.3 太阳能太阳能电池与光伏发电原理电池与光伏发电原理4.4 MPPT光伏变换与控制技术光伏变换与控制技术4.5 光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略4.6 光伏发电的制约因素与经济技术评价光伏发电的制约因素与经济技术评价本章主要内容本章主要内容机械工业出版社3第第4章章 太阳能、
2、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第3页，共102页，编辑于2022年，星期五44.1太阳的辐射及太阳能简介太阳的辐射及太阳能简介 4.1.1太阳简介太阳简介图图4-1 4-1 太阳的结构太阳的结构机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第4页，共102页，编辑于2022年，星期五5图图4-2 4-2 地球绕太阳运行示意图地球绕太阳运行示意图 太阳活动太阳活动机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第5页，共102页，编辑于2022年，星期五6 地地面面辐辐射射的的时时空空变变化化特特点点是是：全全年年以以赤
3、赤道道获获得得的的辐辐射射最最多多，极极地地最最少少。这这种种热热量量不不均均匀匀分分布布，必必然然导导致致地地表表各各纬纬度度的的气气温温产产生生差差异异，在在地地球球表表面面出出现现热热带带、温温带带和和寒寒带带气气候候；太太阳阳辐辐射射夏夏天天大大冬冬天天小小，它它导导致致夏夏季季温度高而冬季温度低温度高而冬季温度低。4.1.2 太阳辐射太阳辐射地区太阳平均辐射强度kWh/(m2d)W/m2 热带、沙漠56210250温带35130210阳光较少地区（北欧）23 80130 不同地区太阳平均辐射强度不同地区太阳平均辐射强度机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发
4、电与控制技术第6页，共102页，编辑于2022年，星期五7地球上的能流地球上的能流机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-4 4-4 地球上的能流地球上的能流第7页，共102页，编辑于2022年，星期五84.24.2 太阳能的转换与应用太阳能的转换与应用机械工业出版社 太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存和利太阳能必须即时转换成其他形式能量才能贮存和利用，转换的方式主要有以下几种：用，转换的方式主要有以下几种：（1）太阳能）太阳能热能转换，并以热能形式贮存热能转换，并以热能形式贮存（2）太阳能）太阳能电能转换，并以电能形式贮存电能转换，并以电能
5、形式贮存（3）太阳能）太阳能氢能转换，并以氢能形式贮存氢能转换，并以氢能形式贮存（4）太阳能）太阳能生物质能转换，并贮存于生物生物质能转换，并贮存于生物 质质（5）太阳能机械能转换，并以机械）太阳能机械能转换，并以机械 能形式贮存能形式贮存第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第8页，共102页，编辑于2022年，星期五4.2.1 4.2.1 太阳能应用的发展史太阳能应用的发展史机械工业出版社9第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第一阶段（第一阶段（19001920年）年）第二阶段（第二阶段（19201945年）年）第三阶段（第三阶段（19
6、451965年）年）第四阶段（第四阶段（19651973年）年）第五阶段（第五阶段（19731980年）年）第六阶段（第六阶段（19801992年）年）第七阶段（第七阶段（19922005年）年）第9页，共102页，编辑于2022年，星期五104.2.2 4.2.2 太阳能的技术应用太阳能的技术应用机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术1太阳能采集太阳能采集（1）平板集热器）平板集热器（2）真空管集热器）真空管集热器（3）聚光集热器）聚光集热器第10页，共102页，编辑于2022年，星期五11机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光
7、伏发电与控制技术2太阳能的转换太阳能的转换（1）太阳能）太阳能热能转换热能转换（2）太阳能）太阳能电能转换电能转换（3）太阳能）太阳能氢能转换氢能转换（4）太阳能）太阳能生物质能转换生物质能转换 （5）太阳能机械能转换）太阳能机械能转换 2太阳能的转换太阳能的转换第11页，共102页，编辑于2022年，星期五12机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术3太阳能贮存太阳能贮存（1）热能贮热）热能贮热 （2）电能贮存）电能贮存（3）氢能贮存）氢能贮存（4）机械能贮存）机械能贮存第12页，共102页，编辑于2022年，星期五13机械工业出版社第第4章章 太阳能、
8、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4太阳能传输太阳能传输（1）直接传输）直接传输（2）间接传输）间接传输第13页，共102页，编辑于2022年，星期五14机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术5.5.太阳能的利用太阳能的利用（1）太阳辐射的热能利用）太阳辐射的热能利用（2）太阳能光热利用）太阳能光热利用 （3）太阳能热发电）太阳能热发电（4）太阳能综合利用）太阳能综合利用 （5）太阳能光伏发电技术）太阳能光伏发电技术第14页，共102页，编辑于2022年，星期五15太阳能的利用太阳能的利用机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳
9、能、光伏发电与控制技术第15页，共102页，编辑于2022年，星期五16机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第16页，共102页，编辑于2022年，星期五17机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第17页，共102页，编辑于2022年，星期五18机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第18页，共102页，编辑于2022年，星期五19尚德大型太阳能发电幕墙尚德大型太阳能发电幕墙机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第19页，共102页，
10、编辑于2022年，星期五20机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第20页，共102页，编辑于2022年，星期五21美国最大的光伏发电站美国最大的光伏发电站-1机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第21页，共102页，编辑于2022年，星期五22美国最大的光伏发电站美国最大的光伏发电站-2机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第22页，共102页，编辑于2022年，星期五23机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第23页，共102页，
11、编辑于2022年，星期五24机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第24页，共102页，编辑于2022年，星期五25机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第25页，共102页，编辑于2022年，星期五26机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第26页，共102页，编辑于2022年，星期五27机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第27页，共102页，编辑于2022年，星期五28机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、
12、光伏发电与控制技术第28页，共102页，编辑于2022年，星期五29机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第29页，共102页，编辑于2022年，星期五30机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第30页，共102页，编辑于2022年，星期五314.3 太阳能电池与光伏太阳能电池与光伏 发电原理发电原理4.3.1 太阳能电池太阳能电池 太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等种类。单有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等种类。单晶和多晶
13、电池用量最大，非晶电池用于一些小系统晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。和计算器辅助电源等。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第31页，共102页，编辑于2022年，星期五32太阳能电池原理太阳能电池原理 太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效应，太阳能电池的原理是基于半导体的光伏效应，将太阳辐射直接转换为电能。将太阳辐射直接转换为电能。所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后，其内所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电
14、动势的效应。在气体、液体和由此产生出电流和电动势的效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应，而半导体光伏效应的效固体中均可产生这种效应，而半导体光伏效应的效率最高。率最高。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第32页，共102页，编辑于2022年，星期五331.半导体的内部结构半导体的内部结构 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-5 4-5 一般的半导体结构一般的半导体结构第33页，共102页，编辑于2022年，星期五34 2.P型半导体的结构型半导体的结构 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电
15、与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-6 P4-6 P型半导体型半导体第34页，共102页，编辑于2022年，星期五353.N型半导体的结构型半导体的结构 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-7 N4-7 N型半导体型半导体第35页，共102页，编辑于2022年，星期五364.太阳能电池晶片的组成太阳能电池晶片的组成 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-8 4-8 太阳电池晶片太阳电池晶片第36页，共102页，编辑于2022年，星期五375.太阳能晶片受光的物理过程太阳能晶片受光的物理过程
16、 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-9 4-9 太阳能晶片受光的物理过程太阳能晶片受光的物理过程 第37页，共102页，编辑于2022年，星期五38太阳能电池的分类太阳能电池的分类 1.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池 2.多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 3.非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第38页，共102页，编辑于2022年，星期五394.3.2 太阳能光伏发电原理太阳能光伏发电原理 机械工业出版社1.太阳能电池阵列太阳能电池阵列2.逆变器逆变器3.用电设备用
17、电设备4.进户计量仪表进户计量仪表第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第39页，共102页，编辑于2022年，星期五40图图4-10 典型的光伏发电系统典型的光伏发电系统 1.太阳能太阳能光伏发电系统的结构光伏发电系统的结构机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第40页，共102页，编辑于2022年，星期五412.系统组成系统组成（1）太阳能电池组件：由太阳能电池（也称光伏电池）按照系统的需要串）太阳能电池组件：由太阳能电池（也称光伏电池）按照系统的需要串联或并联而组成的矩阵或方阵，在太阳光照射下将太阳能转换成电能，联或并联而
18、组成的矩阵或方阵，在太阳光照射下将太阳能转换成电能，它是光伏发电的核心部件。它是光伏发电的核心部件。（2）充放电控制器、逆变器）充放电控制器、逆变器 本部分除了对蓄电池或其他中间蓄能元件本部分除了对蓄电池或其他中间蓄能元件进行充放电控制外，一般还要按照负载电源的需求进行逆变，使光伏进行充放电控制外，一般还要按照负载电源的需求进行逆变，使光伏阵列转换的电能经过变换后可以供一般的用电设备使用。阵列转换的电能经过变换后可以供一般的用电设备使用。（3）蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备）蓄电池、蓄能元件及辅助发电设备 蓄电池或其他蓄能元件如蓄电池或其他蓄能元件如超导、超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的
19、电能储存起来，超导、超级电容器等是将太阳能电池阵列转换后的电能储存起来，以使无光照时也能够连续并且稳定的输出电能，满足用电负载的需以使无光照时也能够连续并且稳定的输出电能，满足用电负载的需求。求。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第41页，共102页，编辑于2022年，星期五423.光伏系统分类光伏系统分类（1）小型太阳能供电系统（）小型太阳能供电系统（Small DC）该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较小，整个系统结构简单，操作简便。如在我国的西北地区大面积推广使用了系统结构简单
20、，操作简便。如在我国的西北地区大面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、家用电器等，用来解决这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、家用电器等，用来解决无电地区家庭的基本照明和供电问题。无电地区家庭的基本照明和供电问题。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-11 小型太阳能供电系统小型太阳能供电系统 第42页，共102页，编辑于2022年，星期五43（2）简单直流系统（）简单直流系统（Simple DC）该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使用时间该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使用时间没有特别要求，负载主要在日
21、间使用，系统中没有蓄电池，也不需没有特别要求，负载主要在日间使用，系统中没有蓄电池，也不需要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳能电池阵列给负载供要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高。如光伏水泵就使用了这种类型的光电，光伏发电的整体效率较高。如光伏水泵就使用了这种类型的光伏系统。伏系统。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-12 简单直流供电系统简单直流供电系统 第43页，共102页，编辑于2022年，星期五44（3）大型太阳能供电系统（）大型太阳能供电系统（Large DC）该系统的特点是系统中
22、用电器也是直流负载，但负载功率比较大，整个系统的规模也比该系统的特点是系统中用电器也是直流负载，但负载功率比较大，整个系统的规模也比较大，需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。常应用于通信、遥测、监测设较大，需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。常应用于通信、遥测、监测设备电源，农村集中供电站，航标灯塔、路灯等领域。如在我国的西部地区部分乡村光伏电备电源，农村集中供电站，航标灯塔、路灯等领域。如在我国的西部地区部分乡村光伏电站使用了这种类型的光伏系统，中国移动和中国联通公司在偏僻无电地区的通信基站等。站使用了这种类型的光伏系统，中国移动和中国联通公司在偏僻无电地区的通信基站等。
23、机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-13 大型太阳能供电系统大型太阳能供电系统 第44页，共102页，编辑于2022年，星期五45 该系统的特点是系统中同时含有直流负载和交流负载，整个系统结构比较复杂，整个该系统的特点是系统中同时含有直流负载和交流负载，整个系统结构比较复杂，整个系统的规模也比较大，同样需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。如在一系统的规模也比较大，同样需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。如在一些同时具有交流和直流负载的通信基站或其他一些含有交流和直流负载的光伏电站中使些同时具有交流和直流负载的通信基站或其他一
24、些含有交流和直流负载的光伏电站中使用了这种类型的光伏系统。用了这种类型的光伏系统。（4）交流、直流供电系统（）交流、直流供电系统（AC/DC）机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-14 交流、直流供电系统交流、直流供电系统 第45页，共102页，编辑于2022年，星期五46（5）并网系统（）并网系统（Utility Grid Connect）这种系统的最大特点是太阳能电池阵列转换产生的直流电经过三相逆变器（这种系统的最大特点是太阳能电池阵列转换产生的直流电经过三相逆变器（DC/AC）转换成为符合公共电网要求的交流电并直接并入公共电网，供公共电网用
25、电设转换成为符合公共电网要求的交流电并直接并入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。这种系统中所用的逆变器必需是专用的并网逆变器，以保备使用和远程调配。这种系统中所用的逆变器必需是专用的并网逆变器，以保证逆变器输出的电力满足公共电网的电压、频率和相位等性能指标的要求。这证逆变器输出的电力满足公共电网的电压、频率和相位等性能指标的要求。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能电池阵列作为本地交流负载的电源，降种系统通常能够并行使用市电和太阳能电池阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率；而在夜晚或阴雨天气，本地交流负载的供电可以低了整个系统的负载缺电率；而在夜晚或阴雨天气，本地交
26、流负载的供电可以从公共电网获得。从公共电网获得。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-15 并网发电系统并网发电系统 第46页，共102页，编辑于2022年，星期五4.4.1 4.4.1 光伏阵列的组成与输出特性光伏阵列的组成与输出特性机械工业出版社47第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.4 MPPT光伏发电变换与控制技术光伏发电变换与控制技术1光伏电池的电特性光伏电池的电特性光伏电池的等效电路如图光伏电池的等效电路如图4-18.第47页，共102页，编辑于2022年，星期五48 电流电流I为太阳能电池输出电流，为
27、太阳能电池输出电流，Id为二极管工作电流，为二极管工作电流，IRsh 为漏电流，为漏电流，ILG为光电池电流源，为光电池电流源，Rsh为光伏电池的并联等效电阻；为光伏电池的并联等效电阻；Rs：光伏电池的串联等效电阻。：光伏电池的串联等效电阻。图图4-18 4-18 光伏电池等效电路图光伏电池等效电路图机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第48页，共102页，编辑于2022年，星期五49光伏电池的输出特性方程：光伏电池的输出特性方程：式中：式中：并联电阻并联电阻RshRsh越大，不会影响短路电流的数值。所以下面设计中忽略越大，不会影响短路电流的数值。所以
28、下面设计中忽略RshRsh，得到简，得到简化的光伏电池输出特性方程：化的光伏电池输出特性方程：I：光伏电池输出电流；：光伏电池输出电流；V：光伏电池输出电压；：光伏电池输出电压；IOS：光伏电池暗饱和电流：光伏电池暗饱和电流 T：光伏电池的表面：光伏电池的表面温度；温度；k：波尔兹曼常数：波尔兹曼常数(1.38*10-23 J/。K)：日照强度；：日照强度；q：单位电荷：单位电荷(1.6*10-19C)；K1：短路：短路电流的温度系数；电流的温度系数；ISCR：标准测试条件（光伏电池温度：标准测试条件（光伏电池温度25，日照强度为，日照强度为1000W/m2）下，光伏）下，光伏电池的短路电流；
29、电池的短路电流；ILG：光电流；：光电流；EGO：半导体材料的禁带宽度；：半导体材料的禁带宽度；Tr：参考温度：参考温度(301.18。K)；Ior：Tr下的暗饱和电流；下的暗饱和电流；A,B：理想因子，一般介于：理想因子，一般介于1和和2之间之间 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第49页，共102页，编辑于2022年，星期五50光伏电池模型光伏电池模型机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第50页，共102页，编辑于2022年，星期五51 当负载当负载RL从从0变化到无穷大时，即可得到如图所示太阳能电池输出
30、特变化到无穷大时，即可得到如图所示太阳能电池输出特性曲线。调节负载电阻性曲线。调节负载电阻RL到某一值到某一值Rm时，在曲线上得到一点时，在曲线上得到一点M，其对应的工，其对应的工作电压和工作电流之积最大，即作电压和工作电流之积最大，即Pm=Im*Vm，将此，将此M点定义为最大功率输点定义为最大功率输出点（出点（MPP）。）。光伏电池的输出特性图光伏电池的输出特性图 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术2光伏电池的伏安特性光伏电池的伏安特性2光伏电池的伏安特性光伏电池的伏安特性第51页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社52第第4章章
31、太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图420 光伏电池的伏光伏电池的伏安特性安特性 第52页，共102页，编辑于2022年，星期五53 MPPT本质上是一个寻优过程。通过测量电压、电流和功率，比较它们之间的变化关本质上是一个寻优过程。通过测量电压、电流和功率，比较它们之间的变化关系，决定当前工作点与峰值点的位置关系，然后控制电流（或电压）向当前工作点与峰系，决定当前工作点与峰值点的位置关系，然后控制电流（或电压）向当前工作点与峰值功率点移动，最后控制电流（或电压）在峰值功率点附近一定范围内来回摆动。值功率点移动，最后控制电流（或电压）在峰值功率点附近一定范围内来回摆动。图图4
32、-22 不同光照强度下的光伏电池最大功率点不同光照强度下的光伏电池最大功率点 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.4.1 光伏阵列的组成与输出特性光伏阵列的组成与输出特性 3MPPT工作原理工作原理第53页，共102页，编辑于2022年，星期五54 在光伏系统中，通常要求光伏电池的输出功率保持在最大，在光伏系统中，通常要求光伏电池的输出功率保持在最大，也就是让光伏电池工作在最大功率点，从而提高光伏电池的也就是让光伏电池工作在最大功率点，从而提高光伏电池的转换效率。转换效率。MPPT就是一个不断测量和不断调整以达到最优的过程，就是一个不断测量和不断调
33、整以达到最优的过程，它不需要知道光伏阵列精确的数学模型，而是在运行过程中不断改变它不需要知道光伏阵列精确的数学模型，而是在运行过程中不断改变可控参数的整定值，使得当前工作点逐渐向峰值功率点靠近，使光伏可控参数的整定值，使得当前工作点逐渐向峰值功率点靠近，使光伏系统运作在峰值功率点附近。系统运作在峰值功率点附近。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第54页，共102页，编辑于2022年，星期五551.定电压跟踪法定电压跟踪法2.扰动观察法扰动观察法3.功率回授法功率回授法4.增量电导法增量电导法5.模糊逻辑控制模糊逻辑控制6.滞环比较法滞环比较法7.神经
34、元网络控制法神经元网络控制法8.最优梯度法最优梯度法 常用最大功率点跟踪算法：常用最大功率点跟踪算法：机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第55页，共102页，编辑于2022年，星期五564.4.2 MPPT光伏阵列的发电变换光伏阵列的发电变换 光伏发电系统一般包括：光伏发电系统一般包括：光伏电池最大功率点跟踪（光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）控制器）控制器蓄电池充放电控制器蓄电池充放电控制器直流升压或降压型变换器直流升压或降压型变换器逆变器逆变器机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第56页，共102页，编辑
35、于2022年，星期五57光伏系统的逆变器光伏系统的逆变器 光伏发电系统中的逆变器，包括无源逆变和有源逆变两种形式。光伏发电系统中的逆变器，包括无源逆变和有源逆变两种形式。其中无源逆变用于孤立型光伏发电站，通过逆变器将直流逆变为方其中无源逆变用于孤立型光伏发电站，通过逆变器将直流逆变为方波或经波或经SPWM调制为正弦波交流电，直接向交流负载供电。有源逆调制为正弦波交流电，直接向交流负载供电。有源逆变器用于并网光伏发电，通过逆变器以变器用于并网光伏发电，通过逆变器以SPWM的方式产生交流调的方式产生交流调制正弦电源，并使输出正弦波的电压幅值、频率及相位等变量与公制正弦电源，并使输出正弦波的电压幅值
36、、频率及相位等变量与公共电网一致。光伏发电系统中的逆变器按输入侧直流储能元件类型共电网一致。光伏发电系统中的逆变器按输入侧直流储能元件类型可进一步划分为电压型逆变和电流型逆变两类；按拓朴结构又可分可进一步划分为电压型逆变和电流型逆变两类；按拓朴结构又可分为单相半桥逆变电路，单相全桥逆变电路和三相全桥逆变电路三种。为单相半桥逆变电路，单相全桥逆变电路和三相全桥逆变电路三种。机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第57页，共102页，编辑于2022年，星期五581.电压型逆变器电压型逆变器 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电
37、与控制技术图图4-25 电压型逆变器电压型逆变器第58页，共102页，编辑于2022年，星期五592.串联谐振电压型逆变器串联谐振电压型逆变器 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-26 串联谐振电压型逆变器串联谐振电压型逆变器 第59页，共102页，编辑于2022年，星期五603.电流型逆变器电流型逆变器 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-27 电流型逆变器电流型逆变器 第60页，共102页，编辑于2022年，星期五614.并联谐振电流型逆变器并联谐振电流型逆变器 机械工业出版社第第4章章 太
38、阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-28 并联谐振电流型逆变器并联谐振电流型逆变器 第61页，共102页，编辑于2022年，星期五625.单相半桥逆变器单相半桥逆变器 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-29 单相半桥逆变器单相半桥逆变器 第62页，共102页，编辑于2022年，星期五636.单相全桥逆变器单相全桥逆变器 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-30 单相全桥逆变器单相全桥逆变器 第63页，共102页，编辑于2022年，星期五647.三相桥式逆变器三相桥式逆变器
39、 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术图图4-31 三相桥式逆变器三相桥式逆变器 第64页，共102页，编辑于2022年，星期五4.4.3 MPPT4.4.3 MPPT光伏阵列发电的控制技术光伏阵列发电的控制技术机械工业出版社65第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术1蓄电池充电控制蓄电池充电控制2最大功率点跟踪（最大功率点跟踪（MPPT）控制）控制3太阳光跟踪系统太阳光跟踪系统第65页，共102页，编辑于2022年，星期五4.5 4.5 光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略光伏阵列并网逆变器的结构与控制策略机械工业出版社66第
40、第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏阵列并网逆变器的结构光伏阵列并网逆变器的结构1电压源型光伏阵列的逆变并网电压源型光伏阵列的逆变并网图图440 光伏阵列并网的电压源型电路结构光伏阵列并网的电压源型电路结构第66页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社67第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变
41、器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构2电流源型光伏阵列的逆变并网电流源型光伏阵列的逆变并网图图441 光伏阵列电流源型并网逆变电路拓扑光伏阵列电流源型并网逆变电路拓扑第67页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社68第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构3单级式并网逆变器单级式并
42、网逆变器图图442单级式并网逆变器的电路拓扑单级式并网逆变器的电路拓扑第68页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社69第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4两级式并网逆变器两级式并网逆变器图图443 两级式并网逆变器的电路拓扑两级式并网逆变器的电路拓扑第69页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社70第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制
43、技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构图图444 一种改进型两级式并网逆变器拓扑一种改进型两级式并网逆变器拓扑第70页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社71第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构5多级式并网逆变器多级式并网逆变器图
44、图445 多级式并网逆变器的电路拓扑多级式并网逆变器的电路拓扑第71页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社72第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.1 光伏光伏阵阵列并网逆列并网逆变变器的器的结结构构4.5.2 光伏阵列并网逆变器的控制策略光伏阵列并网逆变器的控制策略1并网波形的跟踪与控制策略并网波形的跟踪与控制策略2光伏阵列的最大功率点控制光伏阵列的最大功率点控制3并网系统的保护与光伏发电并网的孤岛问题并网系统的保护与光伏发
45、电并网的孤岛问题第72页，共102页，编辑于2022年，星期五4.6 4.6 光伏发电的制约因素与经济技术评价光伏发电的制约因素与经济技术评价机械工业出版社73第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术 成本/价格 年份（USD）光伏电池1990199520002010单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00聚光电池3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25非晶硅3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1
46、.67薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25表表42 地面用光伏电池组件的成本与价格（地面用光伏电池组件的成本与价格（19902010年）年）第73页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社74第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术 年份 效率（%）光伏电池199520002010单晶硅151822多晶硅141620聚光电池222530非晶硅791014薄膜硅8101215CIS791214CdTe791215表表
47、43 光伏电池组件的效率光伏电池组件的效率第74页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社75第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术光伏阵列发电主要存在以下问题：光伏阵列发电主要存在以下问题：光伏阵列发电效率低光伏阵列发电效率低光伏阵列发电系统的造价成本高光伏阵列发电系统的造价成本高光伏阵列发电系统的运行受气候环境因素影响大光伏阵列发电系统的运行受气候环境因素影响大光伏电池组件的制造需要消耗大量能源光伏电池组件的制造需要消耗大量能源第75页，共102页，编辑于2022年，星期五机械工业出版社76第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技
48、术 目前大多数的风目前大多数的风光，风光，风光光柴油以及风柴油以及风光光柴柴蓄等脱离大电网的混合局部并网发电系统都具有独立蓄等脱离大电网的混合局部并网发电系统都具有独立和并网两种工作模式，因而以太阳能光伏发电与风力发电和并网两种工作模式，因而以太阳能光伏发电与风力发电进行互补，综合天燃气燃机发电或柴油发电，而形成大型进行互补，综合天燃气燃机发电或柴油发电，而形成大型新能源综合发电是未来重要的发展方向。新能源综合发电是未来重要的发展方向。第76页，共102页，编辑于2022年，星期五77机械工业出版社小结小结 本章介绍太阳能光伏发电的相关知识，从太阳能的利用本章介绍太阳能光伏发电的相关知识，从太
49、阳能的利用方面初步了解太阳能电池的基本原理和特性，介绍方面初步了解太阳能电池的基本原理和特性，介绍 了了MPPT及及其控制的原理和方法；并进一步简述的在太阳其控制的原理和方法；并进一步简述的在太阳能应用中常用能应用中常用 的的DCDC变换或变换或DCAC变换，最后列变换，最后列举了一些知名厂商的太阳能逆变器产品。举了一些知名厂商的太阳能逆变器产品。第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第77页，共102页，编辑于2022年，星期五78SUNNY BOY 700 SUNNY BOY 3800 附录：附录：光伏逆变器实物及一些重要指标光伏逆变器实物及一些重要指标 SMA公
50、司公司机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第78页，共102页，编辑于2022年，星期五79SUNNY BOY 2100TL SUNNY BOY 2800i 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第79页，共102页，编辑于2022年，星期五80SUNNY MINI CENTRAL 5000A/6000A SUNNY MINI CENTRAL 7000HV 机械工业出版社第第4章章 太阳能、光伏发电与控制技术太阳能、光伏发电与控制技术第80页，共102页，编辑于2022年，星期五81Sunny Tower Sun