后備式光伏發電系統的研究與設計

王韜

摘 要：后備式光伏發電可以自動控制并追蹤太陽光，發揮出光伏電池的最大功率，從而實現蓄電池的充放電保護功能，可以確保功率變換器實現DC/DC 、DC/AC的變換，本文最后的實驗結果也說明了此發電系統具備一定的可行性與實用性。

關鍵詞：后備式；光伏發電系統；研究設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.154

1 后備式光伏發電系統構成

儲能系統、發電系統、功率變換器以及負載等部分組成了后備式的光伏發電系統，其中儲能系統主要將電能儲蓄至蓄電池，且可以利用控制器實現蓄電池的充放保護。發電系統主要包括太陽能自動跟蹤器以及光伏組件等組成，而功率變換器具備升壓以及逆變等兩種功能。

2 自動跟蹤控制太陽光

經實驗發現，在太陽能光伏發電過程中，具備自動跟蹤裝置光伏陣列的發電能量要遠遠高于固定式的發電設備，且自動跟蹤設備的成本也更低。可以發現，跟蹤太陽光不但可以充分利用太陽能性能，還可以降低系統的設計成本。為此，本文實驗利用L298設計了跟蹤驅動系統，并在此基礎上采用了雙軸的跟蹤模式。且光敏電阻R1、R2、R3以及R4的安裝如圖1所示。

早晨太陽光會直接照射在R8，此時OUT1與OUT2之間的直流電機并不會轉動；隨著太陽光的逐漸升起，光線會逐漸照射至R1，由L298的基本工作原理可知，此時直流電機啟動，并利用齒輪減速控制光伏組件向西轉動，當達到一定角度時，R1會被擋住，直流電機也會停止轉動，這樣不斷循環直至太陽下山，R1與R8都不會在有光線照射，此時直流電機會出現反轉，直至關閉行程開關。

3 控制儲能系統及最大功率

儲能系統的電路主要采用升壓式的斬波電路，也可被稱為Boost變換器，如圖2所示。

控制光伏電池可以充分利用太陽能，以致光伏電池可以輸出最大功率，其當前主要利用電壓反饋法、增加電導法等進行控制。由Boost變換器的工作原理可知，改變光伏輸出壓的基礎方法便是改變開關管占空比D，進而可以控制光伏電池的輸出功率P。

為了求出最大功率，根據光伏系統中D與P的關系得出一維函數，具體如圖3所示。

求單峰函數的極值也就是找出一維函數的極值點，此時應利用黃金分割法求解，計算比較黃金點的函數值，并縮小初始區間，找出區間內的兩個對稱點。設[Da，Db]為迭代區間，計算可知，當Db—Da=0時的功率最大，為Pa，且此時Pa=Pb。

4 設計功率變換器

本文中的光伏發電系統主要采用的是交流負載系統進行供電，因而蓄電池的輸出功率應在48V至220V之間，此時功率變換器則完成電壓的轉換工作，首先將48V的直流電壓升至360V，而后再將360V的電壓逆變為220V的交流電壓，在此變換過程中主要利用PWM的集成電路芯片。

（1）控制升壓電路。升壓電路中主要采用SG3525芯片結構，且輸出級采用推挽輸出方式，利用雙通道進行輸出，每個通道的驅動電流最大值為200毫安，具備軟啟動、鎖定以及過壓保護等功能。

（2）設計逆變電路。本系統中的逆變電路主要采用單相全橋電壓型的電路系統，且利用逆變電源的專用芯片U296進行控制。且電路中使用了高頻的變壓器，以便應對開關管的隔離驅動問題，充分隔離功率變換器與電源設施，進而提升了光伏系統的抗干擾性能。具體情況如下圖4所示。

5 實驗及最終結論

為了驗證后備式光伏發電系統的有效性，本文也進行了具體的實驗分析，且具體參數分別為，最大功率為1kW；最大工作電流為5安；短路電流為5.5安；開路電壓為45V；交流輸出電壓為220V/50Hz。

首先應制定自動跟蹤控制表，根據當地太陽光的具體光照角度，使用太陽能電池的自動跟蹤控制方法，制定出光伏的自動跟蹤控制表，確保光伏電池在不同時刻都可以隨時跟隨太陽光。其次應控制光伏系統的最大功率點，此過程主要通過微控制器實現MPPT系統的控制功能。由實驗結果可以看出，上述MPPT系統的控制方法可以快速適應外部環境變化，確保光伏發電系統運行穩定，保持良好的工作狀態，并充分降低了最大功率點處，光伏器件發生功率振蕩問題的幾率。最后是功率變換器，根據交流負載供電電壓的波形結構，實驗期間采用逆變電路以及升壓電路的示意結構，最終逆變器輸出220V/50Hz的電壓。

參考文獻：

[1]張鐵良，張穎媛.一種多功能分布式光伏發電系統的仿真和實驗[J].智能電網，2014（08）.