基于dc-dc微型变换器光伏建筑发电分析

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1、基于DC/DC微型变换器光伏建筑发电分析第一章绪论1.1课题研究的背景和意义随着社会与经济的飞速发展，能源的需求量也日益增加。然而地球能源的存储量并非无限的。随着对煤炭、石油等能源的不断开采，将使这些非可再生能源消耗达到极限甚至面临枯竭。同时由于大量的燃烧这些化石能源，也造就了现在城市新的污染物雾霾，这给人们的生活和身体健康造成很大的危害。因此改变能源消费结构，研究开发绿色可再生新能源逐步替代化石能源，已成为各国在能源研究方面的重点问题。太阳能作为一种绿色可再生能源正逐步成为理想的替代能源，太阳能在新能源领域应用与发展让能源的消耗开辟了一条可持续发展道路

2、，从而有效的保证了社会的不断进步和经济的可持续发展。光伏建筑一体化(BIPV)技术通常将太阳能光伏发电组件安装在建筑材料结构表面来发电，这样可以有效的利用建筑外表面，节约土地、节约装饰材料、缓解用电压力、降低用电高峰负荷，同时可以有效改善家庭室内环境等。根据结合方式不同，太阳能电池与建筑构成分以下两种方式：(1)组合型：将成型的光伏电池组件安装在现有住宅或厂房等建筑物顶部，然后再与其他控制设备相连接，这种组合方式很适合于家用光伏发电系统，以及偏远无电地区用户和通讯移动基站等。这是目前最常用的组合方式，具有结构简单、易可维护性等特点。(2)集成型：将光伏电

3、池单元集成到建筑材料中，例如建筑物表面涂料、装饰瓷砖、玻璃幕墙等。这种形式技术要求比较高，即要满足光伏发电功能需求，又要具备建筑的基本功能要求，例如强度、形状、保温性、透光性等[3]。.1.2国内外研究现状及发展趋势本文以光伏建筑发电系统为研究对象，将在设计流程、系统拓扑、系统硬件和系统切换控制策略等方面开展研究。目前光伏发电系统的研究主要集中在大中型光伏并网发电系统中，而对光伏建筑发电方面的研究还很缺乏，为此，下面对与本文主要研究技术内容有关的国内外研究现状进行分析。在光伏建筑中光伏阵列朝向和倾角问题中文献[4]对此做了大量研究，对涉及的问题并给予了解

4、决办法。文献[5]中对光伏阵列阴影遮蔽问题进行了详细说明研究，通过实验研究光伏组件的单电池被完全遮挡时，组件输出功率可减少75%，但没有给出相应的解决措施。针对光伏建筑中光伏电池的最大发电效率问题，现在常用的方法有恒定电压法（CVT）[11]，扰动观察法（PO）[12]，电导增量法（INC）[13]等，这几种方式各有各的优势与不足，因此要根据设计需求而选取不同的控制方法。在光伏发电系统拓扑结构方面可以分为六种：集中式、串联式、多支路式、主从式、交流模块式和直流模块式。其中针对光伏建筑发电系统多采用交流模块式和直流模块式，这两种结构可以有效克服其它结构抗热

5、斑和阴影能力差、功率失配、难以实现最大功率点跟踪等问题，但其缺点是投资成本较高。在这方面国外多采用的是交流模块，但其缺点是并网控制复杂。为了克服并网控制复杂，近年来直流式建筑结构得到重视。文献[17-18]提出了直流式建筑集成发电系统，但文中给出的拓扑过于复杂，而且对串并联连接方式存在的抗热斑和阴影能力差问题没有给出解决办法。因此，针对以上不足，直流模块式结构应运而生，与交流模块不同，它将每块光伏组件配置一台直流微型变换器，集成为光伏直流模块，并联在直流母线上，然后由集中逆变器来集中逆变，实现并网。这种结构可以保证每个光伏组件运行在最大功率点上，能量转化

6、效率高，具有很高的抗局部阴影能力，同时采用了模块化设计，因此降低了控制的复杂度，是一种理想的结构。第二章光伏建筑电站设计流程光伏阵列的方位角指阵列的垂直面与正南方向的夹角。通常情况下，阵列的垂直面与正南的夹角为零度时，光伏电池输出功率最大。但不同的气候季节，光伏阵列的方位也有所不同。阵列设置场地受多方面条件的限制，例如建筑墙壁和屋顶上方位角受太阳阴影、设计规划、发电效率和建设目的等很多因素影响而需要制定出不同的设计。通常设计中取正南方向±10°上下比较合适。光伏阵列的倾斜角是指光伏板平面与水平地面间的夹角。根据系统的不同，最佳倾斜角

7、的确定也是不相同。对独立型光伏发电系统中，考虑到蓄电池的存在，确定光伏板倾斜角就要充分考虑到辐照度的稳定性。而对于并网型光伏发电系统，倾斜角的制定需要根据全年获得最大辐射量来设计。为了简化设计的复杂度，在实际工程设计中一般取当地纬度上下波动几度作为光伏组件安装倾斜角。2.1系统设计流程图2.2场地基础资料根据图2.2所示，基础资料指系统建设的地理位置，气候条件和当地的太阳能资源。尤其是太阳能资源至关重要，通过式（2-1）和式（2-2）可以计算出电站建设地月平均辐照度和光伏阵列年总辐射量。表2-1中数据对于系统控制器的选择起着至关重要的作用。系统环境最高和

8、最低温度可以为控制器的设计抗冻性和耐热作测试作为参考。同时为光伏电池组件在高温和