太阳能光伏发电控制技术论文

太阳能光伏发电控制技术论文

【摘要】加强新能源开发是应对目前能源紧缺的一项重要举措。作为新能源中最具有发展潜力的能源之一，太阳能发电技术的发展对我国的新能源开发具有重要的意义。随着太阳能光伏技术水平不断提高，我国的太阳能在中国的能源消费结构中的比例将会越来越高，对缓解我国目前能源紧张的状况起着积极的作用。

近几年，世界上的化石能源储量告急，能源问题逐渐受到各国政府的关注。随着煤炭等传统能源的枯竭，新能源以其价格低廉、可再生等优点受到了世界各国的欢迎。在可再生能源中，太阳能发电无疑是最具有发展潜力的。太阳对外发射的能量非常高，只需要摄取小部分太阳发出的辐射转化为电能就可以满足大部分的用电需求。与其他再生能源相比，太阳能发电具有无噪音、无污染、维护简便等特点。我国是一个能源大国，但是我国的能源消耗非常大，能源问题非常突出。发展太阳能发电技术，对我国长期的能源发展战略、建立可持续能源系统具有重要的意义。对比其他新能源发电技术，太阳能发电技术经过了多年的发展已经相对成熟。根据所采用的能源种类不用，太阳能发电技术可以分为太阳能热发电技术和太阳光伏发电技术。其中，太阳光伏发电技术已经开始向民用领域渗透，应用范围越来越广泛。

一、太阳能光伏发电系统概述

（一）系统原理

太阳能光伏发电系统的系统原理是利用半导体材料直接将辐射太阳能转换为电能。太阳能光伏发电系统是在光生伏打效应的基础上设计出来的。光生伏打效应，简称光伏效应，是1839年法国科学家贝克勒尔在实验中发现的一种现象。根据光伏效应，半导体内的电荷分布状态会因为光照发生变化从而产生电流和电动势。在这个过程中，半导体的两边会出现电压，这就是光生电压。

（二）系统组成

太阳能光伏发电系统的常见系统组件是由光伏电池、逆变器、升降压变换器、控制器、储能环节、负载等部件。其中，光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心，负有将转换太阳能并将转换成的电能存储或供应其他负载使用的作用。交流逆变器在光伏发电系统中负责将直流电转化成为交流电。以开关电路输出电力的类型不同，交流逆变器分为无源式逆变器和有源式逆变器。无源式逆变器通过开关电路输出方波或正弦波交流电力，常用于没有与电网相连的独立光伏发电系统。有源式通过开关电路输出经过PWM技术处理后的正弦波交流电力。升降压变换器分为升压变换器和降压变换器两种类型，负有调节电压的作用。当需要提高输出电压时适用升压变换器，常用于向电房、高压电器传输直流电的场合；需要降低输出电压的情况则适用降压变换器，比如蓄电池充电的情况。控制器在太阳能光伏发电系统中负责调节负载功率，以实现光伏系统输出功率最大化的目的。

（三）系统分类

根据太阳能光伏发电系统是否与公共电网相连，可以分为独立光伏发电系统和光伏并网发电系统。独立光伏发电系统是指没有与电网相连的光伏发电系统，常用于远离公共电网的山区、高原地区。它由光伏阵列、控制器、蓄电池组和负载四个部分组成，其构成部件包括太阳能光伏电池、蓄电池、逆变装置、控制器和连接装置等。独立光伏发电系统的装置和结构相对简单，携带和维护都比较方便，但是供电量比较小，适合用电需求量比较小、居民居住较为分散的地区。光伏并网发电系统的系统构造比较复杂，根据有无包含储能环节可以分为可调度式光伏并网发电系统和不可调度式光伏并网发电系统。可调度式光伏并网发电系统的构成要件主要包括光伏阵列、直流变换器、储能环节、逆变器、交流负载等。可调度式光伏并网发电系统可以进行电网调峰，适用于负荷比较重的公共场所。另外，可调度式系统可以根据需要调节蓄电池的容量，操作过程简便，在交流电网断电时蓄电池仍然可以维持供电。虽然可调式系统具有非常明显的优点，但是因为可调式系统需要配备蓄电池，而蓄电池的使用寿命明显低于其他零部件，在机器的使用年限内需要进行数次更换，再加上蓄电池的价格比较昂贵，所以可调度式系统的整体成本比较高。与可调度式系统相比，不可调度式系统的明显优点就是不需要配备蓄电池，整体成本比较低。不可调度式系统组件包括光伏阵列、逆变器、负载等，整体结果比可调度式系统简单。由于缺少储能环节，不可调度式系统在阴雨天气就无法发挥作用，需要电网给负载提供电能。

二、太阳能光伏发电控制技术

（一）太阳能电池技术

光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心。由于光伏电池的作用是将太阳能转换成电能，并将转换成的电能存储或供应其他负载使用的，因此改善光伏电池的性能可以提高太阳能光伏发电系统的工作效率。要提高光伏电池的关键在于两点，即提高光伏电池的转换效率和降低光伏电池的生产成本。现在，对光伏电池的性能研究，主要是集中在电池的材料上。现在的光伏电池的制作材料包括硅片、基于薄膜技术开发的非硅材料。与硅片材料相比，基于薄膜技术开发的第二代光伏电池的成本比较低，且生产工艺比较简单，方便大规模生产。随着科技的进步，第三代光伏电池的材料会更加先进。这些新型光伏电池的转换效率和生产效率对比过去将会有大幅度的提高。

（二）光伏阵列最大功率点跟踪技术

最大功率点跟踪技术，简称MPPT技术。MPPT技术的作用是通过实时控制光伏阵列的工作点，充分发挥光伏电池在供电系统中的作用，使得供电系统的输出功率达到最大化。太阳能光伏发电控制系统需要采取MPPT技术的原因在于光伏阵列的输出功率会受到太阳辐射、温度变化和负载情况的影响呈现非线性的变化特征。太阳辐射和环境变化因素是人类无法控制的。因此，需要通过MPPT技术获得系统的最大功率点，保证太阳能光伏发电控制系统在太阳辐射和环境因素变化的情况下仍然能保证最大功率输出。

最大功率点跟踪技术的工作原理主要包括恒定电压法、扰动观测法和导纳增量法等。每一种应用原理都有各自的缺点和优点，需要的

设备和技术条件也不相同。因此，在实际系统设计中要根据需求和硬件设施的情况应用适当的工作原理。恒定电压法是指将最大功率点跟踪简化为稳压控制。根据研究，在影响因素中影响力最大的辐射变化对于最大功率点对应的输出电压量大小变化的影响很小，因此可以认为最大输出功率的对应电压是恒定的。这种方法的优点就是操作方法简便，不需要太过复杂的设备操作和数据分析，缺点是精确度不高，忽略了其他因素的影响力。扰动观测法顾名思义，就是在光伏阵列正常运行的时候对其施加微小的电压波动，通过观察光伏阵列的电压变化来确定功率变化的方向。这种方法的检测精确度比恒定电压法高，对于检测设备的要求比较低，测试参数也比较少，缺点是不适合快速变化的环境，检测出来的结果并不是真正的最大功率点，只能落在最大功率点附近。导纳增量法是常见的测试方法中精确度比较高的一种，是指通过控制输出电导的变化量，使其等于输出电导的负值，从而获得光伏阵列的最大输出功率。导纳增量法的测试结果比前两种方法都要精确，而且可以适应变化比较快的环境，而缺点就是实现过程比较复杂，需要的设备仪器要求也比较高。

结 语

加强新能源开发是应对目前能源紧缺的一项重要举措。作为新能源中最具有发展潜力的能源之一，太阳能发电技术的发展对我国的新能源开发具有重要的意义。随着太阳能光伏技术水平不断提高，我国的太阳能在中国的能源消费结构中的比例将会越来越高，对缓解我国目前能源紧张的状况起着积极的作用。

参考文献

[1] 张立文，张聚伟，田葳，张晓红.太阳能光伏发电技术及其应用[J].应用能源技术，2010，（3）.

[2]彭玉利.太阳能光伏发电技术应用综述[J].河南科技，2012，

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[3]赵元芳.太阳能光伏发电系统应用技术究[J].电子科技与软件工程，2014，（11）.