太阳能逆变器的设计

论文总字数：14905字

摘 要

太阳能逆变系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过逆变器将直流电变为交流电，并供给负载。太阳能逆变系统的核心技术是太阳能逆变器。本文阐述了目前国内外光伏发电的现状和发展前景，光伏电池的基本发电原理及光伏发电的几种方式，且特别研究了独立运行方式的光伏发电系统，给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，并对太阳能逆变器的控制及软件实现进行了研究。在逆变部分，本设计采用脉宽调制技术控制IGBT的导通与关断，从而实现逆变，逆变后的输出再经LC滤波，使之输出为稳频稳压、滤除杂讯、失真度低的纯正正弦波。在软件仿真方面，本设计用Matlab软件对逆变进行仿真，结果达到预期效果。

关键词：太阳能，光伏发电，逆变器，仿真

Abstract: Solar inverter system converts solar energy into electrical energy by solar panels, and converts the direct current into alternating current by inverter, and gives it to the load. Solar inverter is the core technology in solar inverter system.The paper describes the current status and development prospects of domestic PV, photovoltaic cells in several ways, and the basic principles of photovoltaic power generation. The paper studys the photovoltaic stand-alone mode power systems in particular,and gives the hardware of the main circuit and analyzes the functions of each part, and studys the controlling of solar inverter and software implementation. In the inverter section, the design uses pulse width modulation controlling IGBT’s turn-on and turn-off, enabling the inverter. The output filters by LC, so that the output is smooth, low distortion of pure sine wave and the output filters out noise. In terms of software simulation, the design of the inverter uses Matlab software simulation, and achieves the desired results.


Keywords: solar, photovoltaic generation, inverter, simulation

目 录

1 绪论 4

1.1 太阳能与光伏技术 4

1.2 太阳能光伏发电的特点 4

1.3 光伏发电的技术现状 6

1.4 本课题所做的工作 7

2 光伏发电基本原理及分类 7

2.1 光伏发电的基本原理 7

2.2 光伏发电系统的分类 9

3 独立光伏逆变器主回路设计 10

3.1 独立光伏逆变器的基本结构 10

3.2 硬件设计中各部分的介绍 11

3.3 逆变部分的主回路设计 12

4 太阳能逆变器的仿真 13

4.1 SPWM调制技术原理 13

4.2 SPWM的数学模型 15

4.3 三相桥式逆变器仿真 17

5 风光互补发电技术 21

5.1 风光互补发电系统的结构 21

5.2 风光互补发电系统各部分的作用 22

5.3 风光互补发电系统的应用前景 22

结 论 24

参考文献 25

致 谢 26

1 绪论

1.1 太阳能与光伏技术

随着社会经济的飞速发展，社会生活质量的不断提高，人类对能源的需求也越来越旺盛，能源已经成为人类社会存在和发展的重要物质基础。传统以“煤炭、石油”为代表的化石类能源因为其带来的污染问题而日益受到挑战，化石能源不可再生，最终将被耗尽。化石能源的大量开发和使用造成了全球气候变暖和日益严重的环境污染，这是一个无可争议的事实。目前，由于大量使用矿物燃料，人类每天向大气中排放约1亿吨温室气体，加剧了地球的温室效应。在过去100年中，导致全球平均气温上升和全球海平面的上升，如果不对温室气体采取减排措施，从21世纪初起，全球平均气温每10年将升高0.2℃。气温升高将会使两极冰川融解，从而使海平面上升。海平面上升将使一些海拔较低的港口和岛屿被淹没，人类社会的发展和生存将受到严重影响。此外，大量排放二氧化硫加剧了酸雨等灾害性天气的发生，人类大量的开采矿石资源，使许多不可再生资源濒临枯竭^[1]。

开发环保且可再生的新能源是实现人类可持续发展的必然选择。从能源供应等诸多因素考虑，太阳能是可持续发展战略理想的最佳选择。研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再生，不污染环境，是社会公认的理想替代能源。据预测，到本世纪50年代，人类利用太阳能的比例将会达到世界能源结构总量的13%-15%，太阳能占整个可再生能源的比例将大于50%，可以看出，太阳能将会是21世纪最有前途的绿色能源之一。

光照射到特定的半导体器件上时，半导体器件吸收光能后会产生电动势，我们称这种现象为光伏效应。当阳光充裕时，半导体系统就会不停的产生电流。这样就可以将光能转化为电能，再将产生的电能储存起来，通过调节与控制技术，将电能转化为不同负载所需要的电能，来满足不同的负载需求。

太阳能的转换利用方式有光-热转换、光-电转换和光-化学转换三种形式。光伏发电就是将太阳的光能转换为电能的一种发电形式。利用光生伏打效应做成的太阳能电池，可将太阳能直接转换成电能^[2]。

1.2 太阳能光伏发电的特点

光伏发电系统是直接将太阳光能转换为电能的装置，从图1.1可以看出，光伏发电系统基本包括光伏电池板、电力电子变换装置、储能装置、控制器四大部分，储能装置一般采用蓄电池，实际应用中大多数采用铅酸蓄电池。

各部分的主要功能简介：

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