引論：我們為您整理了13篇光伏環境檢測范文，供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發您的創作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

1無線遠程監測系統設計方案

1.1供電模組

電源包括太陽能電池組及蓄電池組或儲能電容組及充放電控制保護電路。太陽能電池組將太陽能轉化為電能，信息監測模組對應電連接蓄電池組或儲能電容組及充放電控制保護電路，太陽能產生的電能經蓄電池組及充放電控制保護電路分別向多個信息監測模組供電。

1.2數據采集模組

本課題設計的溫室大棚智能監測系統，溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度傳感器作為測量的第一部分，要求傳感器具有較高的精度、可靠的轉換和信號的精確捕捉等性能，數字式傳感器具備高可靠性、高集成度、高分辨率、高精度、強抗干擾能力等優點，被廣泛應用于農業、工業、軍事、氣象和醫療等眾多領域，本研究采用新型的數字式DHT11濕度傳感器、LM35溫度傳感器、BH1750FVI光照傳感器完成數據的實時采集，完成信息的轉換和處理，為信息傳輸做準備。

1.3數據傳輸模組

信息傳輸模塊是無線信息傳輸模組，其通過WIFI通信網絡、GSM通信網絡、CDMA通信網絡將來自信息采集模塊的實時農業環境信息傳輸至信息存儲處理模塊。

1.4信息儲存處理模組

信息存儲處理模塊搭建于云服務器之上，依賴于云的動態擴展計算能力進行信息的分析及處理，信息存儲處理模塊接收來自信息監測模塊的實時農業環境數據，并與預設的農業信息標準值進行比較，根據預設標準值與實時監測的農業信息值的比較結果，通過移動互聯網推送服務將報警消息推送至任意一臺安裝了環境檢測預警APP的終端設備。

2軟件系統設計顯示終端移動端

APP全稱為“農業環境監測預警系統移動端”，簡稱“農業環境監測預警”，是面向大田和溫室農業物聯網應用的軟件，利用手機/平板的便攜性和操控靈活性等優勢，實現對農業生產環境（溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等）的遠程實時監測，記錄歷史環境數據，自動生成圖表進行展示。同時，及時對農業生產環境異常狀況進行報警提醒。有效節省人力成本，提高智慧農業的數字化管理效率。

2.1開發運行環境

本研究為開發農業物聯網監控系統———“農業環境監測預警系統移動端”構建了通用的應用系統開發環境，由“JDK(JavaDevelopmentKit)+AndroidSDK(SoftwareDevelop-mentKit)+AndroidStudio"構建。其中，JDK是整個Java的核心，包括Java運行環境，Java工具和Java基礎的類庫；AndroidSDK是由Google提供的完全開放源代碼的Android專屬軟件開發工具包，用于開發基于Android操作系統的第三方軟件，為程序設計者提供豐富的控件；AndroidStudio是基于intelliJIDEA,提供集成的An-droid開發工具用于開發和調試。

2.2系統功能展示

2.2.1歡迎界面。用戶通過掃描二維碼下載app，或者拷貝程序，在基于Android操作系統的手機或者平板電腦上安裝，打開應用，歡迎界面閃現程序開發單位：寧波市農業科學研究院，1.5秒后，系統自動跳入主界面，操作流暢，界面友好。2.2.2主界面。以寧波聚光太陽能52溫室為例，最上面展示當前的實時環境數據，包括溫度、濕度、太陽輻射和二氧化碳濃度，下面圖表顯示各環境參數的變化曲線

。2.2.3單項環境數據詳細展示。單擊圖形區域可進入單項的詳細數據界面，數據展示查詢當天的傳感器采集數據。通過手指在屏幕上觸控，如雙指縮放、拉伸，單指拖曳查看，圖上顯示詳細數值。

2.2.4歷史數據展示。單擊主界面右上角的鐘表圖形，程序跳出時間選擇框，選擇需要查詢的日期，系統展示該日期的24小時溫度、濕度、太陽輻射和二氧化碳濃度曲線圖。點擊右上角返回圖表，即可返回主界面。

2.2.5監測地點切換。單擊主界面左上角的聚光太陽能測試52文本框，程序出現監控溫室下拉單，可供隨意切換監控地點，環境監測數據自動更新。2.2.6異常環境報警。在服務器中心設置農業環境參數閾值，對所有app即時生效，傳感器數據超出閾值時實時觸發報警。程序發送推送消息，提醒用戶采取相應措施。2.2.7程序維護更新。當程序有最新版本時，用戶在開啟程序，系統會跳出對話框，供用戶更新到最新版本，或者忽略。實現程序的不斷完善，保證用戶能夠使用最新版本的程序。

3結論

數字化、自動化、智能化是未來設施農業的發展方向，是設施農業開展實際生產的客觀需求。本研究集成傳感器網絡、物聯網技術、嵌入式技術、現代通信技術等新型技術，實現了設施內光、溫、濕、氣等環境數據的遠程實時監測功能。與國內已有設施農業環境監測管理系統相比，本研究產品在實際應用中具備以下優勢：第一，采用獨立的分布式電源管理方式提供電能控制所述信息監測模塊的工作狀態，保障檢測的實時進行，避免由于線路故障、停電施工等因素對監測工作的干擾；第二，系統內信息監測模塊采用無線傳輸，實現在遠程，環境條件惡劣的工作環境中有效監測的可能，降低人為因素造成對農作物生長環境的局限性；第三，在監測過程中提供監測預警功能，使作業人員遠程第一時間得知環境異常情況，以便及時采取措施改善環境，避免了因為環境異常和極端環境導致農作物減產，甚至絕收現象；第四，系統結構簡單，集成度較高，安裝簡單，使用成本低廉，更易被農戶接受，具有較高的推廣應用價值。本系統憑借精度高、節能、環保、系統結構簡單、集成化程度高、界面美觀大方、費用低廉等優勢，已在寧波市農科院東錢湖園區、慈城三友基地等投入使用，平臺工作穩定，監測效果理想，顯示出較強的應用潛力。應用本系統，能為用戶提供決策管理的信息支持，有利于提升精細化和智能化管理水平，節約勞動力，降低勞動者的生產強度，提高生產效率；同時也為農產品提供詳細的生產數據，建立生產環境大數據資料，有助于建立農產品可追溯檔案。

參考文獻

[1]管繼剛.物聯網技術在智能農業中的應用[J].通信管理與技術,2010(3):24-27+42

[2]姚於康.國外設施農業智能化發展現狀、基本經驗及其借鑒[J].江蘇農業科學,2011(1):3-5.

[3]左景行,潘慧鋒,宋泉華,陳進紅.浙江省設施農業的現狀與發展對策[J].浙江農業科學,2010(3):441-444.

篇2

隨著全球新能源投資趨勢愈演愈熱，全球許多領域的領先企業都在關注新能源的發展，該領域的人才需求也不斷加大，而且隨著國家對新能源領域的投資加大，專業的光伏人才也越來越受青睞，對應開設相應課程的學校數目同樣會激增。從發展趨勢來看，新能源相關教學儀器會有很大的市場需求。但由于新能源技術是近10年飛速發展起來的新領域，很多學校沒有合適的教材和教學儀器，需要進行購置。

湖北眾友科技有限公司與武漢職業技術學院合作研制出《太陽能光伏發電應用平臺》，并應用到科研和教學中，取得很好的經濟效益和社會效應。本產品可以進行太陽能電池板性能檢測，光伏發電演示及開發應用實驗。綜合了太陽能特性測試及太陽能應用開發特點，能夠滿足市場對于太陽能箱體實驗儀的需求，該項目的研究成果將進一步完善有關太陽能方面的實驗。

1 系統介紹（如圖1～2）

太陽能光伏發電應用平臺主要由太陽能電池組件、太陽能自動跟蹤系統、蓄電池組件、環境監測系統、太陽能測試系統、太陽能發電逆變器系統、太陽能應用系統組成。通過太陽能自動跟蹤系統控制太陽能電池組件，實現逐日功能，使太陽能電池組件始終與太陽光線垂直，保證太陽能電池組件接收太陽能最大，進而太陽能電池一方面可以通過控制器為蓄電池組件充電；另一方面也可以通過逆變器直接將太陽能電池板提供的電能轉換為交流電并輸送到電網。其中蓄電池組件既可以直接為負載供電，也可以通過逆變器轉換，將電能輸送到電網，同時系統還可以通過太陽能測試系統實時測試太陽能電池組件的特性參數，并通過環境監測系統檢測太陽能電池組件的環境情況及分析環境因素對太陽能電池組件的特性的影響。

太陽能光伏發電應用平臺創新點如下所述：

（1）獨有逐日系統，采用光強控制和時間控制兩種控制方式，實現太陽能電池板太陽能自動跟蹤。

（2）太陽能跟蹤系統開放化，電機執行機構和光敏傳感器接口預留，讓學生自行連接，通過實訓掌握操作方法。目前還沒有其它產品擁有此功能。

（3）增加太陽能電池板工作環境監控，不僅僅對其電性能參數進行驗證，同時對環境溫度、濕度進行實時采樣，更接近實際工業級運用中太陽能電池板的使用。目前還沒有其它產品擁有此功能。

（4）采用多塊工業級太陽能電池板，可進行并串聯組合，模仿KW級光伏發電系統的太陽能電池板系統組建。

（5）太陽能跟蹤器采用機械手產品的活動柜式，控制器以托盤形式展現，并集成基本特性測試及環境測試顯示。其他系統采用掛箱結構，直接掛在主臺體上，模塊化設計更利于學生靈活操作。

（6）讓學生將太陽能電池板、控制器、逆變器和蓄電池組合起來，構成太陽能光伏發電系統。系統通過逆變器將太陽能變成220V市電，可驅動實驗室交流或直流負載（如實驗室日光燈照明、LED顯示屏等），并提供多種應用負載實驗：感性、阻性、功能性應用實驗（手機等智能設備）。

（7）太陽能路燈是目前光伏最為廣泛的應用，太陽能光伏發電應用平臺根據實際太陽能路燈構架配置了高效LED節能路燈，可直接用于實驗室夜間照明。（如圖3～4）

2 功能說明

實驗內容主要分為6個實驗系列，包括幾十個太陽能光伏發電的相關實驗。實驗類型主要分為特性實驗和應用實驗。特性實驗主要包括太陽能電池的相關特性實驗及部分其他模塊的特性實驗。應用實驗主要包括太陽能光伏發電的實際應用的相關實驗。特性實驗主要體現原理性的教學，適合廣大高教的基礎教學。應用實驗主要體現太陽能光伏發電的基本流程的具體操作及演示，適合于高教及職教的技能訓練。各個實驗模塊相互獨立，接口開放，學生可自己進行實驗模塊的搭建及接線，完成相關內容的實驗。

（1）太陽能電池板特性實驗系列。

實驗包括：太陽能電池板I-V特性測試實驗、短路電流測試實驗、開路電壓測試實驗、負載特性測試實驗、最大輸出功率測試實驗、短路電流、開路電壓與相對光強的函數關系實驗、太陽能轉換效率測量實驗、太陽能電池串并聯實驗、太陽能組件模擬輸出實驗、軟件通訊檢測實驗等。

（2）太陽能自動跟蹤實驗系列。

實驗包括：太陽能電池發電原理實驗、太陽能電池板能量轉換實驗、環境對光伏轉換影響實驗、太陽能自動跟蹤模擬實驗、太陽能光控跟蹤實驗、太陽能時控跟蹤實驗、太陽能光控-時控跟蹤實驗、環境監測實驗、軟件通訊檢測實驗等。

（3）太陽能蓄電池控制器實驗系列。

實驗包括：太陽能蓄電池充電控制實驗、光伏型控制器充放電保護實驗、蓄電池電壓/電流測試實驗、蓄電池電量估測實驗、控制電池電流流入/輸出實驗、軟件通訊檢測實驗等。

（4）太陽能光伏逆變器實驗系列。

實驗包括：逆變器原理實驗、逆變過載保護實驗、逆變器與市電互補實驗、逆變器欠過壓保護實驗、太陽能網逆變器―負載供電實驗、軟件通訊檢測實驗等。

（5）太陽能并網實驗系列。

實驗包括：MPPT跟蹤實驗、孤島保護實驗、通訊控制并/脫網實驗、電網擾動實驗、發電功率測量實驗、效率檢測實驗、并網原理實驗、軟件通訊檢測實驗等。

（6）太陽能應用實驗系列。

實驗包括：太陽能電池―風扇實驗、太陽能節電照明燈實驗、太陽能路燈實驗、太陽能警示燈實驗、太陽能電池充電器實驗、太陽能音樂聲響器設計實驗，太陽能汽車模擬實驗、軟件通訊檢測實驗等。

3 結語

太陽能光伏發電應用平臺主要應用于科研和教學，以實驗實訓為主，采用模塊化設計工業級太陽能光伏發電系統，各個模塊都能獨立成為一套教學系統，通過搭積木的方式，淺顯易懂，讓學生了解太陽能光伏應用整個環節的原理及操作方法。

篇3

贛州市博物館、城展館展廳采光頂采用了光伏建筑一體化（BIPV）新技術。BIPV系統采用了穩定可靠的鋼結構系統、技術先進的非晶硅BIPV雙玻組件、具有防雷功能的直流集線箱、先進高效的逆變器以及先進的監控顯示系統。BIPV系統主要包括兩個方面：一是光伏系統與建筑電網并網聯用；二是光伏器件與建筑材料相結合獨立發電。將光伏陣列安裝在墻壁等護結構上，可以有效利用建筑圍護表面（屋頂），吸收太陽能，轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體傳熱和室內空調冷負荷，節約了能源，可原地發電，原地用電，在一定距離范圍內可以節省電站送電網的投資。由于光伏電池的組件化，光伏陣列安裝簡便，可任意選擇發電容量。將光伏發電與建筑完美結合，既美觀又節能環保，起到了極佳的低碳示范效應。

2、系統原理方框圖

本系統分2個區域，第1個區域由220塊（635x1245）標準非晶硅電池板與22塊（635x612）非標準非晶硅電池板組成，第2個區域由85塊（635x1245）標準非晶硅電池板組成。第1個區域選用2臺SMA SB3800逆變器把直流電逆變成與市電并用的交流電，第2個區域選用1臺SMA SB3300逆變器把直流電逆變成與市電并用的交流電。電池板的串并形式為：第1個區域采用8串14并和8串13并；第2個區域采用7串12并。

3、主要產品、部件

太陽能光伏發電系統設備包括太陽能電池組件、并網逆變器等。太陽能電池采用非晶硅太陽能薄膜電池組件。非晶硅電池組件的轉換率達到6.07%，具有良好的性能和使用壽命。逆變器采用SB 3800、SB 3300和SB1100，轉換效率分別高達95.6%、95.2%和93%，采用MPPT最優化跟蹤，使用高效冷卻通風系統，內置光伏輸入直流電子開關ESS，采用IP65防護等級，設備采用創新的功率平衡功能，能夠在不同相上控制并平衡并網輸出功率。

4、光伏系統施工安裝

系統配備的通訊及監控系統由質量可靠的PC機、數據采集器、傳輸線纜及其他相關附件組成，通過先進的監控與顯示系統實時監測光伏系統運行狀況及相關數據，系統具有人機互動功能，可監測并顯示系統直流工作電壓和電流、交流輸出電壓和電流、功率、功率因數、頻率、故障信息以及環境參數（如輻照度、環境溫度等），統計和顯示日發電量、總發電量等信息，并可打印報表。另外，系統還具有過壓、失壓、過載過流、漏電、短路保護功能，并網逆變器內置的電網保護裝置具有防孤島保護單元（MSD），能有效防止孤島效應。在光伏系統中選用通過TUV、CE等認證的專業光伏電纜產品。為保證裝飾效果美觀，線纜隱蔽鋪設，在不同位置做不同大小線槽。線槽之間以及線槽與屋面金屬構件用螺絲連接，線槽之間與整個接地系統相做牢固連接，有保護功能；各方陣的線纜方便連接，有足夠的強度，線纜連接附件的防水、抗老化性能強。

光伏組件在安裝制作前應與土建施工圖進行詳細校對，對已建主體結構進行復測，并按實測結果對光伏系統進行必要的調整。所有焊接處焊縫連續、均勻，焊后除去焊渣并涂防銹漆兩道；焊接作業時，采取防護措施防止燒傷母材。硅酮結構密封膠必須在清潔、通風的室內注膠，注膠寬度和厚度符合設計要求，注膠前清除玻璃面板和鋁框表面灰塵。

5、并網系統主要性能

電池板方位角相同區域內的組件所發電通過逆變器并接到外部單項低壓電網上。實時對外部電網的電壓、相位、頻率等信號進行采樣比較，始終保證逆變器輸出與外部電網同步。逆變器實施跟蹤光伏組件的工作參數，保證逆變器輸出的電能最大化。具有過壓、欠壓、過流、漏電、短路接地、自動隔離電網等保護功能。能有效防止孤島效應發生。逆變器自帶標準的RS485與RS232通訊接口，通過數據線連接計算機及數據采集器，監測光伏系統各運行參數，統計發電及減排量，自動生成報表。逆變器有故障檢測與報告輸出功能。

6、系統能效分析計算

系統由太陽能光伏組件，逆變器等組成，整個系統的效率和光伏組件轉換效率，逆變器效率，直流傳輸損耗等相關，系統效率計算如下：

系統效率=光伏組件效率×逆變器效率×（1-直流線損率）×其他效率

非晶硅效率=6.07%×95.6%×（1-1%）×80% =4.59%

考慮電纜接頭接觸電阻等其他因素的影響，線路總損耗不超過1%，其他效率包括交流配電損耗、灰塵對太陽能電池轉換效率的影響等等。

發電量應用專業軟件RETScreen計算可以得到不同傾角光伏陣列的年發電量。在輸入基本模型之后可以估算發電量每年約為12.0兆瓦時。

7、節能量計算

我國常規電能以煤炭發電為主，煤炭發電量占全部發電量的70%以上，按我國煤炭發電廠平均每千瓦時電能耗用為400克標準煤計算。光伏系統發電每100 kWh，可以節省標準煤40千克，減排粉塵27.2千克，減排氮氧化物1.5千克，節省凈水400升，減排二氧化碳99.7千克，節省柴油26升，減排二氧化硫3千克。

8、太陽能光伏組件及直流系統的檢測及維護

太陽能光伏發電系統工程完成時對系統進行檢查。檢查內容除外觀檢查外，對太陽能電池陣列的開路電壓、各部分的絕緣電阻及接地電阻進行測量。將觀測結果和測量結果記錄下來，作為日后日常檢查、定期檢查時發現異常時的參考依據。

9、逆變器檢測及維護

逆變器安裝于屋內展示大廳處，一方面是減少外界環境對設備的侵蝕，減少損耗，同時也方便以后的檢修維護。逆變器的檢測包括：外殼是否破損、腐蝕、生銹等；外部布線是否損傷，接線端子是否松動；工作時聲音是否正常，機體的溫度是否正常，換氣冷卻口是否阻塞，安裝周圍環境是否通風干燥。除了以上外觀檢查外還要用儀表進行檢測：絕緣電阻檢測，逆變器保護功能檢測，顯示部分工作正常確認，監控系統顯示的逆變器發電狀態是否正常等。

10、配電并網裝置檢測及維護

配電并網系統的維護分為日常維護和定期檢修兩種。日常維護主要包括日常巡視檢查，一日一次（或兩次）例行檢查，定期檢修則每三個月進行一次小型規格檢修，每半年進行一次中型規格檢測，每年進行一次大型規格檢修。以確保系統始終處于最優運行狀態。

11、結束語

篇4

光伏中心現場數據采集系統用來獲取光伏電站設備的實時運行數據（例如：光伏陣列電壓、光伏陣列電流、日照強度等），光伏電站現場網絡服務系統將獲取的實時運行數據通過網絡發送到光伏中心總檢測控制室，光伏中心總檢測控制室數據管理系統接收數據并將其保存入數據服務器中，這樣總檢測控制室數據庫服務器中就存有各光伏電站的實時和歷史運行數據，并能將這些運行數據以表格和圖形曲線方式通過顯示設備顯示出來。設在各光伏電站現場的視頻攝像頭，也通過網絡傳送到總檢測控制室，并且通過顯示設備顯示光伏電站的實時現場環境畫面。現場數據采集系統是整個光伏中心數據采集系統的核心部分，承擔著第一手數據的采集任務，是整個系統的數據源。

一、數據采集

現場數據采集系統將面對不同的現場儀表傳感器和不同的傳感器數據接口與數據傳送方式。

依據光伏中心數據采集系統的要求，需要現場采集的數據有：

（1）環境溫度；（2）環境風速；（3）環境濕度；（4）太陽水平面總輻射；（5）當地的實時天氣預報數據；（6）光伏陣列電壓；（7）光伏陣列電流；（8）光伏組件表面溫度；（9）輸出交流電壓；（10）輸出交流電流；（11）輸出交流頻率；（12）逆變器起始工作電壓；（13）逆變器工作時間；（14）總發電量；（15）故障次數。

二、現場數據采集系統結構

鑒于光伏電站現場采集的數據量大及現場的每一個傳感器的數據接口的不確定性，為保證數據傳送后對于光伏監控中心的數據處理的一致性，保證可以有新的電站系統加入，光伏電站現場設置一個現場數據采集系統。

根據光伏電站現場數據采集的需求，設計現場數據采集系統結構如圖1所示：

圖中的數據采集儀表為現場的各種儀表，考慮到儀表的多樣性和以后的可擴充性，數據采集所采用的數據網絡，即儀表與數據采集器的連接方式采用以下四種方式：（1）以太網；（2）RS485；（3）RS232；（4）模擬通道加模數轉換。

為了以后的系統擴充，系統預留了其他數據接口。

現場數據采集系統依據每一個現場傳感器的數據接口協議將傳感數據接收到數據采集器中。

現場數據采集系統將采集到的數據按系統的數據格式要求打包后通過現場網絡服務系統傳送到總監控中心。

考慮到現場的各種儀表是長期24小時工作的，儀表的自診自檢是必須考慮的。故障自診自檢技術需要各個環節的密切配合，通過故障自診自檢技術，可以提供一些輔助的故障決策和故障信息、設計必要的故障自排除功能對用戶來說卻是非常必要的。如為了防止數據在傳輸過程中引起的干擾錯誤，可以采取校驗算法，確保數據的準確錄入。又如傳感器設備可以將自己的工作情況傳送到總監控中心，提示相關的設備維護人員做相應的處理，一旦由于設備故障的原因導致數據的不正常，系統無將法正常運行時，診斷出故障的儀器，可以采取針對性措施去加以排除。

三、現場數據采集系統數據格式

數據格式是數據保存和通信的編排格式。可為數值、字符或二進制數等形式。由數據類型及數增長度來描述。數據格式的確定應滿足一定條件：

（1）保證記錄所需要的全部信息；

（2）提高存儲與通信效率，保證存儲空間的充分利用和通信的可靠穩定；

（3）格式標準化，保證有關數據處理系統間數據的交換。根據數據記錄長度的特點，一般分為定長格式和變長格式。

鑒于各電站數據采集儀表的不確定性和復雜性，系統設計了儀表與系統的數據格式的適配器，用于各儀表與系統的連接。適配器將安裝在數據采集器中，系統留有接口，以便于針對不同儀表編寫不同的適配器軟件。

現場數據采集系統的數據格式定義如表1所示。

四、通信協議

TCP協議和IP協議指兩個用在Internet上的網絡協議（或數據傳輸的方法）。它們分別是傳輸控制協議和互聯網協議。這兩個協議屬于眾多的TCP/IP協議組中的一部分。TCP/IP協議組中的協議保證了在Internet上數據的傳輸，TCP/IP通過使用協議棧工作。這個棧是所有用來在兩臺機器間完成一個傳輸的所有協議的幾個集合（這也就是一個通路，數據通過它從一臺機器到另一臺機器）。棧分成層，棧的每一層都能從相鄰的層中接收或發送數據。每一層都與許多協議相聯系。在棧的每一層，這些協議都在起作用。

TCP/IP協議具有以下一些主要的特點：

（1）開放的協議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統；

（2）獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網，更適用于互聯網中；

（3）統一的網絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網中都具有惟一的地址；

（4）標準化的高層協議，可以提供多種可靠的用戶服務。

鑒于TCP/IP協議的廣泛應用，現場數據采集系統采用TCP/IP協議作為采集數據的通信協議。

參考文獻

[1]陳超.光伏電站的遠程數據通信及網絡監控管理[D].合肥:合肥工業大學,2004.

篇5

1、引言

隨著全球能源形勢的日益緊張和環境污染的加劇，光伏發電以其環境友好而成為了世界各國爭相發展的能源新寵。本文在詳細分析并網型光伏發電系統運行中的孤島效應基礎上，對三類孤島檢測方法進行了對比介紹。

2、孤島效應

如圖1所示，并網光伏發電系統（Grid-connected PV System）經過斷路器1接至公共連接點（point of common coupling，PCC），R、L、C為光伏發電系統負載。孤島效應是指電網從PCC處斷開，進而使得分布式電源（Distributed Generation，DG）與其負載形成封閉系統的現象[1]。一般情況下，因為DG輸出功率和負載的不匹配，電網和DG系統間都會有能量的流動，即。當孤島產生時，突變為0，這將導致PCC處電壓和頻率發生突變，進而出現過電流等現象，威脅到系統運行、設備及人員的安全，因此，孤島的快速有效檢測對保護控制尤為重要[1]。

圖1光伏發電系統運行原理圖

3、孤島檢測

孤島檢測方法主要分為基于電力線路通信的檢測方法、被動式孤島檢測方法和主動式孤島檢測方法三種。

3.1基于電力線路通信的檢測方法

基于電力線路通信的檢測方法有：基于SCADA系統的斷路器和重合閘裝置狀態檢測方法和電力線路載波方法[2]。這種方法的可靠性較強，但因為成本較高，聯動操作復雜及延時較長，基于電力線路通信的檢測方法未被廣泛應用。

3.2被動式孤島檢測方法

被動式孤島檢測方法是通過檢測PCC處電壓、頻率等電參量來完成孤島檢測的。主要有：過/欠電壓和高/低頻率檢測法（Over/Under Voltage and Over/Under Frequency，OUV and OUF）、電壓相位跳變檢測（Phase Jump Detection，PJD）和電壓諧波檢測法（Harmonic Detect，HD）[3]。被動式孤島檢測方法的優點是不會對系統產生影響；缺點是系統檢測盲區（No-detection Zone，NDZ）較大，易出現誤動。

3.3主動式孤島檢測方法

主動式檢測方法主要思想是通過分布式電源的控制器向電網中注入小的擾動，根據電網對此擾動的響應來檢測孤島。主要有：阻抗測量檢測法、主動頻率偏移法（Active Frequency Drift，AFD）、Sandia頻率漂移檢測法（Sandia frequency shift，SFS）和Sandia電壓漂移檢測法（Sandia Voltage shift，SVS）等[4]，本文重點介紹AFD及其改進檢測方法。

1）主動頻率偏移法（Active Frequency Drift，AFD）

主動頻率偏移法[5]是通過控制逆變器來改變PV系統輸出電流的半波周期，如圖2所示，在每個半波周期結束時加入一個死區時間，則半周期頻率偏移量為。基于系統穩定運行的需要，電流的整波周期認為0.02s。定義截斷系數，為電網電流周期。

正常情況下，光伏逆變器為單位功率因數運行。當電網與PV系統斷開時，電流和電壓的相位差會逆變器增大輸出電流的頻率；另一方面，死區時間的設置會使得電流頻率不斷的增大，直至頻率增大至觸動過頻率保護。這種孤島檢測方法對感性負載中檢測效果最好，電阻性負載檢測效果一般，但是由于容性負載對PCC電壓頻率的一直作用使得孤島檢測失敗，即有一定的檢測盲區。

2）Sandia頻率漂移檢測法（Sandia frequency shift，SFS）

基于AFD的Sandia頻率漂移檢測法[6]是在AFD的基礎上進行了正反饋的線性放大處理，如式（1）所示，重新定義截斷系數為：

cfk=cf0+k（（fk-1）―f0） （1）

式中：為截斷系數初值，K是反饋系數，是第k-1次檢測到的PCC處的頻率，是電網工頻（50Hz）。

未形成孤島時，和相等，即公式（1）括號內部分為0；當PV系統和電網斷開時，逐漸增大，公式（1）等號右側后半部分不斷增大，直至越過頻率保護限值。反饋系數K的控制可以實現檢測速度的調節、頻率負向變化的檢測，同時也減小了NDZ的范圍。

較被動式孤島檢測技術，主動式的孤島檢測方法檢測盲區更小、檢測速度更快；不足是會向電網注入少量的諧波，對系統電能質量產生一定的影響。

4、結束語

本文對孤島效應的形成原因及其對光伏發電系統的影響做了深入的分析，對比闡述了三類孤島檢測技術的原理和技術性能。此外，未來在開發新孤島檢測方法的基礎上，多種檢測技術的組合使用方法也是一個提高孤島檢測效率及性能的研究方向。

【參考文獻】

[1]郭小強，趙清林，鄔偉揚.光伏并網發電系統孤島檢測技術[J].電工技術學報，2007，4（22）：157-162.

[2]鹿婷，段善旭，康勇.逆變器并網的孤島檢測方法[J].通信電源技術，2006，23（3）：38-41.

[3]Z. Ye， R. Walling， L. Garces， R. Zhou， L. Li and T. Wang， “Study and development of anti-islanding control for grid-connected inverters，” NREL/SR-560-36243. Golden， CO： National Renewable Energy Laboratory， May 2004.

篇6

上世紀70年代，能源危機的爆發和日益惡化的環境引發全球的思考，發展可再生、無污染能源成為人類的共識。在此前提下，太陽能特別是太陽能光伏發電，在世界范圍內受到高度重視，獲得飛速發展。這也給農業溫室大棚的發展提供了一個新的平臺。溫室大棚突破了傳統作物種植受季節、環境、氣候等諸多因素的限制，對農業生產有重大意義。但目前我國溫室大棚多依靠人工經驗進行管理，自動化程度不高，這種方式生產效率較低，不適合工廠化農業生產，且對種植者的素質要求較高。而智能型光伏溫室大棚能夠實現對農作物生長環境各基本要素的控制，實現農業生產的智能化生產，并解決了無電、缺電地區農業生產的供電問題。

2 光伏技術與溫室大棚的結合

這種溫室大棚采用非晶硅薄膜式太陽能電池。

首先，薄膜電池弱光性好，陰雨天也能發電，常年累計發電量比普通的晶硅電池高20%左右。其次，這種電池利用薄膜的分光技術將作物所需波段的太陽光穿透電池后被作物吸收，作物生長不需要的波段則被用于薄膜電池吸收發電，部分被轉換成熱能以提高棚內溫度。植物進行光合作用主要是利用有效光譜為440nm的藍光和660nm的紅光區，（見圖1所示），而這種薄膜電池的最大吸收波峰在400-600nm，在理論上薄膜電池的最大吸收波峰與植物光合作用的吸收波峰并不沖突（是否完全不影響作物生長仍在研究中）。另外，紫外線不是作物生長所需，甚至會破壞作物，薄膜電池可以對其進行吸收，省卻了加遮陽網的麻煩。

非晶薄膜電池使得光伏與溫室大棚能夠更好的融合，在不影響大棚內作物正常生長的基礎上，能夠借用大棚的向陽面直接低成本發電，供大棚內的各種設備使用（見圖3所示），實現了節能減排；同時，也充分有效的利用了土地資源，使農業用地的利用最大化。

3 光伏溫室大棚的智能控制系統

雖然溫室大棚在我國得到了廣泛應用，但大多數未采用智能控制技術，自動化程度低，環境控制能力有限，這也在一定程度上影響了溫室作物的產量和質量，因此，溫室大棚智能控制系統的建立很有必要。

影響作物生長的因素主要有溫度、濕度、CO2濃度以及光照等，其間還要進行殺蟲、灌溉等工作，如果能夠實現對這些因素的智能控制，不僅可以減輕種植者的負擔，還能提高農作物的產量與質量。而整個系統的用電可以由太陽能薄膜電池提供，即使將大棚建在無法利用電網電能的偏遠地區，也不會受到限制。光伏溫室大棚的智能控制系統原理如圖4所示。

1）溫度的調節：根據棚內作物設置最佳溫度范圍，并通過溫度傳感器進行監控。當室溫低于設定值時，系統根據棚外陽光情況（通過光照傳感器檢測）利用太陽能加熱器（陽光充足時）或者電加熱設備（陽光不足時）進行升溫，電加熱部分由蓄電池組供電。當溫度高于設定值時，采用濕簾-風機系統進行降溫，濕簾是利用水蒸發吸熱原理降溫，風機則通過產生的風壓強制空氣流動進行降溫。有研究表明，大棚的室溫達到33度時便需要強制降溫，否則會對作物生長產生不利影響，濕簾和風機二者結合使用，有效控制了棚內高溫的產生。

2）濕度的調節：如同溫度調節，當棚內濕度低于設定值時，系統驅動太陽能水泵工作，通過大棚頂端的噴嘴噴出的噴霧來提高濕度，這樣也避免了濕度過大。當濕度高于設定值時，系統驅動電動窗開啟進行通風，利用濕度差來進行室內外的空氣交換，以降低濕度，必要時可以驅動風機加快空氣流動和交換。

3）CO2濃度的調節：CO2是作物進行光合作用的重要原料，適宜的濃度可以使作物活力增強、產量增加，溫室大棚是相對封閉的環境，使得對CO2濃度進行控制成為可能。提高CO2濃度是通過CO2發生器實現的，棚內濃度低于設定值時，系統控制CO2發生器工作；濃度過高時，則驅動電動窗開啟進行通風。

4）光照的調節：傳統的大棚需要遮陽網進行遮陽，但這種光伏溫室大棚的太陽能薄膜電池本身就具有遮陽功能，且利用分光技術將不利于作物的光譜光照吸收，作物所需的則可以正常穿透（見前文所述），因此，可以兼作遮陽網使用。當光照弱于正常值時，系統根據檢測到的光照度，控制開啟相應數量的LED補光燈，以滿足作物生長的光照要求。另外，還可以根據作物的特性適當延長光照時間，提高作物的品質和產量，甚至也可以用來反季節培植作物。

5）雨感功能：溫室大棚能的智能控制系統能夠檢測天氣狀況，并適時進行防護處理。當出現下雨的天氣時，系統接受到傳感器感應到雨滴的信息，并驅動電動窗自動關閉，使棚內作物避免遭遇“雨災”。

6）殺蟲功能：大棚內作物生長可能會遭到害蟲的侵擾，再加上通風需要，時常開啟電動窗，棚外的害蟲也難免進入，為盡量減少使用農藥，培植綠色作物，棚內配置了太陽能殺蟲燈。這種殺蟲燈通過紫外光利用昆蟲趨光的特性將其引誘，并用高壓網將害蟲擊殺。殺蟲燈由智能系統控制開關時間，并由薄膜電池充電的蓄電池為其供應電能。

7）灌溉功能：棚內安裝了土壤濕度傳感器，并將檢測數據傳至控制系統，當作物需要灌溉時，系統驅動光伏水泵工作為其提供水源。而光伏水泵也肩負著為屋頂噴嘴提供水源的工作（見上文所述），其工作與否完全取決于棚內作物的需要，避免了過量用水，起到節水作用。

4 智能型光伏溫室大棚的前景展望

智能型光伏溫室大棚利用光伏技術和智能控制技術實現了對棚內溫度、濕度、CO2濃度以及光照的自動控制和調節，并根據實際情況自動進行“避雨”、殺蟲、灌溉等一系列工作，真正實現了農業生產的自動化和智能化，在減輕種植者負擔的同時，也提高了農作物的生產效率。而整個系統只需要用大棚上安裝的太陽能薄膜電池來供給能量便可運行，無污染且節約能源，也保證了不便接入電網偏遠地區的正常使用。

目前，光伏和智能控制技術在農業生產領域的應用仍處于起步階段。我國是農業大國，農業生產技術的提高對我國有著重要意義，多學科與農業的融合將是農業發展的一個必然方向。而對于光伏行業來說，將溫室大棚透光屋面充分利用，作為光伏發電的建筑基礎，可以節約大量的土地資源，有助于實現低成本發電。另外，加強對各類作物生長機理的基礎性研究對普及和推廣這種智能型光伏溫室大棚有著重要意義，有助于推動這種大棚從概念性展示向實用階段的發展，以真正實現提高作物品質和產量，又兼顧發電的雙贏效果。

篇7

引言

在人們對能源需求急劇增加,而化石能源日益匱乏的背景下,開發和利用太陽能等可再生能源越來越受到重視。世界各國政府紛紛把充分開發利用太陽能作為可持續發展的能源戰略決策,其中光伏發電最受矚目。太陽能光伏發電是新能源的重要組成部分,被認為是當前世界上最有發展前景的新能源技術,各發達國家均投入巨額資金競相研究開發,并積極推進產業化進程,大力拓市場應用。太陽能的利用雖然是無地域限制,隨處可得,但目前光伏發電系統效率偏低是光伏發電大規模推廣應用的瓶頸,因此如何最大限度地利用光伏陣列所產生的能量是關鍵問題所在。

1、概述

能源是推動世界經濟發展和繁榮的車輪，20世紀至今，在世界能源體系中，煤、石油、天然氣等非可再生資源成為人類社會文明進步的主要能源結構。隨著社會進步歷程的加速發展，人類社會對非可再生能源的需求量也不斷地增加，由于人類對非可再生資源過度地開采利用以及一些不合理的維護等，致使了全球性的環境污染及資源枯竭。

21世紀的今天，人類在能源利用方面面對著巨大的挑戰，這主要包括：大規模地開采及不合理地利用煤、石油、天然氣等非可再生資源，造成了非可再生資源儲量的銳減和枯竭；另一方面，以煤、石油、天然氣等化石燃料為主的傳統能源體系在人類強調走可持續發展道路的今天遇到了極大的限制。

太陽能資源是一種分布廣泛、儲量無限的清潔無污染能源，被科學家譽為是世界上最理想的綠色資源，是人類開發和利用新能源的首選資源。開發和利用太陽能的基本方式有：一是利用光熱轉換，將太陽能轉化成熱能；二是利用光伏陣列通過匯流裝置間接將太陽能轉為電能，即光伏發電。截止到今天，在開發利用太陽能的過程中，光伏發電已然成為其最主要的途徑，從上世紀80年代起，光伏產業就成為世界上飛速增長的新型產業之一，隨著各國不斷地加強對可再生資源開發利用重視的力度，光伏這一產業的發展市場將會更加廣闊。

光伏電池是光伏發電系統的核心部件，其輸出電流、電壓的大小和穩定情況不僅與電池本身結構等參數有關，而且還很大程度地隨著環境溫度、光照的改變而波動起伏。同時由于外界環境因素變化無常，致使光伏電池的輸出特性表現為非線性，因而在一天當中某一特定工作條件之下，光伏電池功率輸出存在唯一的最大值點。為了更有效地利用光伏電池，應當采取一定的控制技術，來確保光伏電池實時都能輸出最大功率，這即是最大功率跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）技術。在實際光伏發電系統中，裝設MPPT控制裝置，能夠有效提高光伏電池的發電效率。

2、光伏發電存在的問題

近年來光伏發電雖然從技術和市場上都得到了飛速發展,但值得注意的是,光伏發電自身存在一些問題需要亟待解決:

1）發電效率偏低,目前我國火電機組年利用小時數一般可達500小時以上,最高可達7000小時以上,水電年機組利用小時約在3500小時左右,而光伏組件只有2000小時左右。

2）發電成本偏高,目前生產一度電,火電成本約為0.4~0.5元,水電成本約為0.2~0.3元,核電成本約0.3~0.4為元,風電成本約在0.6元以上,而光狀發電成本在1元以上;從上網電價看,風電上網電價約為火電1.3倍,而光伏上網電價約為火電的2.2倍。

要提高光伏發電在可再生能源應用中的比例,必須從提高效率和降低成本兩方面入手,這就需要從光伏組件的材料與制作工藝、光伏陣列的配置優化、逆變器的拓撲與控制等多方面考慮,尋找一切盡可能提高光伏發電效率與降低成本的方法。

3、效率影響因素分析

3.1、自然環境因素:光輻照資源、溫度太陽福射強度指太陽投射到組件單位面積上的福射功率,這里的溫度是環境溫度,光伏組件的工作溫度一般比環境溫度高。根據光伏組件的工作特性,其輸出電壓和電流都會隨著太陽福射強度和溫度的變化而變化,因此環境因素會影響光伏組件的工作性能,從而影響光伏組件的轉換效率。

3.2、光伏組件

光伏組件的光電轉換效率、組件標稱功率偏差、組件的光照人射率和組件初始光致衰退效應這4個方面因素影響光伏電站效率。光伏組件的轉換效率越高、標稱功率正偏差越大、光照人射率越高、光致衰退效應越小，光伏電站效率越高。如果光伏組件衰減越慢，電站長期效率越高。

3.3、光伏組件匹配

由于制造工藝限制，同型號的光伏組件存在制造誤差。當組件構成方陣時，會產生組件匹配損失，組件串聯時會產生電流損失，組件并聯時會產生電壓損失。組件匹配損失范圍在1.5%一3％，典型值為2％。

3.4、電池溫度

光伏電池的工作溫度對光伏方陣的輸出功率響重大影響，單晶硅電池功率溫度系數為一0.5％/℃即電池工作溫度上升1℃，電池輸出功率降低0.5％。如果由于環境溫度和太陽輻射使得電池工作溫度由于標準條件工作溫度35℃，使得電池功率下降17.5％，進而光伏電站效率也至少下降17.5％。

3.5、MPP損耗

MPP所造成的功率損失包括靜態和動態跟蹤損失。靜態跟蹤損失是指最大功率點跟蹤算法并不能跟蹤到真正的最大功率點造成的能錄損失,如目前采用的的擾動觀察法和電導增量法,這兩種算法由是基于擾動步進行最大功率點蹤,所以在最大功率點附近會產生振蕩,從而造成能量損失。動態最大功率點跟蹤損失是指在進行最大功率跟蹤過程中,外界環境輻射強度、溫度等發生變化時,最大功率點跟蹤算法不能跟蹤到真正的最大功率點造成的能量損失。

3.6、線損、變壓器損耗

光伏發電系統內部的各個環節都需要使用電纜來進行電能傳輸,因此傳輸過程中必然存在阻抗損耗。對于大型光狀發電系統,交流電能并網前需要變壓器升壓,其系統損耗相對于小型光伏發電系統多了變壓器損耗。

4、優化

4.1、建筑物表面對光伏發電的影響

對于地面大型光伏電站,光伏陣列基本能采用最優傾角和方位角進行安裝,但對于分布式光伏發電系統,尤其是建筑光伏,其朝向和傾角就有各種各樣的可能,如光伏幕墻、斜屋頂等。對于建筑光伏,組件傾角和方位角朝向的選擇需考慮建筑的美觀度、陣列安裝的復雜度以及建筑物的朝向等,因此在設計安裝應在保證安裝可行的基礎上盡量降低建筑物對光伏陣列發電量的影響。

4.2、優選設備，特別是優選組件和逆變器。在試驗電站里，對比不同組件或逆變器的發電量，進而確定最佳性價比的設備。

4.3、積極進行系統集成研發工作，主要目標是提高效率、降低成本，包括開展系統解決方案的研發和推廣;新技術、新產品的跟蹤和應用;光伏電

站及其環節的(效率)檢測和分析;技術信息化(數據庫)以及工程共性難題研究和解決。

4.4、逐步提高光伏電站設計技術水平，能夠根據地理位置、氣候條件、污染情況、客戶需求、風險控制和生態環境等條件設計最佳的光伏發電系統。

4.5、加強光伏電站效率檢測和工程評價工作。構建電站效率檢測、優化方案研發、示范電站測試、工程項目推廣等環節組成的循環機制，不斷提高光伏電站性能。

結束語

光伏電站發電系統其自身的特點,沿用傳統跟蹤模式會使建設成本攀高,甚至提高的發電效率還不足于彌補建設成本的升高,本文分析了光伏發電系統效率的提高的相關方面,但是其還是有需要不足，需要進一步的研究采取相應的措施。

參考文獻

篇8

光伏系統中，如何提高光伏電池的轉換效率，以使照到地面上的太陽光子的能量盡可能被吸收轉換成電能，從而對發展清潔能源、降低不可再生能源的消耗和碳排放，具有十分重要的意義，而由此產生的最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking， 即MPPT）跟蹤技術也成為了光伏發電系統研究的一個重要方向。

最大功率點跟蹤（MPPT）是指根據環境和負載的變化，采用一系列硬件設備和配套軟件控制方法，通過控制太陽能光伏發電模塊輸出電壓和輸出電流，使輸出功率始終保持在光伏模塊最大輸出功率曲線上，從而最大限度發揮太陽能光伏電池的光電轉化效率，這對提高光伏系統的單位面積功率密度和降低投資成本具有重要意義。

實驗表明，光伏系統的I-U輸出特性隨環境溫度、光照強度以及負載變化而變化，為非線性關系，這些變化規律能通過PV（Photovoltaic，光伏）的系統狀態（PV電池端口電壓Upv和電流Ipv）形成控制信號。傳統的MPPT方法可分為開環和閉環MPPT方法，而最常用的閉環MPPT基本方法包括電導增量法（Incremental Conductance，INC）和擾動觀察法（Perturbation and Observation Method）。基于擾動觀察法和電導增量法的研究方法的選擇上，據國內期刊文獻顯示，有文獻[1]基于擾動觀察法和短路電流法對MPPT進行研究，文獻[2]利用單片機檢測PV端口電壓實現對天氣變化的擾動法MP

PT研究，文獻[3]采用零均值電導增量法進行MPPT跟蹤的研究，文獻[4]應用電導增量法對MPPT跟蹤的研究等；文章先對光伏陣列的輸出特性進行分析，接著基于擾動觀察法和電導增量法算法，對MPPT跟蹤要點進行分析，然后指出存在問題并進行優化探討，最后形成結論。

1 光伏陣列的輸出特性分析

1.1 光伏陣列的電路模型[3]

太陽能光伏陣列是利用晶體半導體在受到光照射時產生電動勢（光生伏特效應），從而產生電能帶動負載或為蓄電池充電。其電池電路模型如圖1所示。

圖1中：I為輸出電流，Iph為光伏模塊的光生電流，ID為暗電流， Rs為內阻，Ish為旁路電流，Rsh為并聯旁路電阻，U為開路電壓，其接負載RL后為負載端電壓URL。

輸出負載RL上的電壓、電流關系式為：

式中：K，q分別為波爾茲曼常數和電子電荷量；A為太陽能板的理想因數，可取A=1.5；T為光伏面板的溫度；Isat為太陽能電池內部等效二極管的P-N結的逆向飽和電流。

1.2 光伏陣列的輸出特性

從以上光伏陣列電路模型分析可知，太陽能電池陣列的輸出參數（輸出電流、開路電壓等）是一個隨光照強度、溫度以及負載等因素變化的變量。圖2為太陽能電池在幾種測試條件下，即光照強度分別為1000W/m2、600W/m2、200W/m2，溫度T=25℃時的典型輸出特性。由圖2光伏電池輸出特性曲線可知，光伏電池在輸出電壓較低時，其輸出電流變化很小，可視為一個直流的恒流電源。光伏電池的P-U曲線是一個單峰值曲線，光伏電池輸出功率隨輸出電壓變化而變化，在變化過程中存在一個最大值，即最大功率點，如圖2所示。

2 光伏電池模塊MPPT[6]

圖3為PV電池在一定光照條件下的負載曲線和輸出特性曲線的I-U圖，由圖可見，負載線與光伏電池輸出特性曲線交于a點，工作點隨光伏模塊的I-U特性和負載線的變化而變化，工作點不同，光伏電池輸出功率也不同。在不同的負載和環境條件下，按Pm=Um?Im輸出值最大來調整負載阻抗，使得Um?Im≈U1?I1，使光伏電能得到最大利用，從而實現 MPPT 的控制。由圖3可知，當只考慮光伏電池時，系統輸出的最大功率點取決于光伏模塊Imax和Umax的交點，若將光伏電池通過變換器與負載連接，其工作點則由負載限定。當負載不可調節時，光伏電池運行在a點，該點的輸出功率小于最大功率點（MPP）的輸出功率。當負載可調節時，通過檢測光伏電池的輸出U、I，計算出光伏電池輸出功率，再根據dP/dU調整Boost升壓變換器的占空比D，調節光伏電池的輸出電壓，從而將負載電壓調節至 （U1+ΔU）處，使負載功率從a點右移到（a+Δa）點。而（a+Δa）點與光伏電池的MPP曲線在同一條等功率線上，此時光伏電池的輸出功率最大。當外界環境變化時，仍然可通過不斷調整占空比，實現光伏電池與 Boost 升壓變換器之間的動態負載匹配，從而實時獲得光伏電池的最大輸出功率。

3 擾動觀察法和電導增量法MPPT跟蹤策略要點分析[6][7]

3.1 擾動觀察法MPPT跟蹤策略要點

擾動觀察法通過改變光伏模塊的輸出電壓，通過控制器施加一定的擾動增量U，得到光伏電池在擾動下的實時輸出功率，然后將其和上一采樣時刻的功率相比較。若大于上一時刻功率，則維持原來電壓擾動的方向；若小于上一時刻功率，則施加反向擾動電壓。這樣確保了光伏電池的輸出電壓向著輸出功率增大的方向變化，從而實現 MPPT。圖4 為光伏電池輸出功率對電壓的P-U曲線。由圖可知，在MPP處的功率對電壓的導數為零；在MPP左邊導數為正，在MPP右邊導數為負。

dP/dU可表示為[6]：

式中：I/U，I/U 分別為電導和增量電導。

通過判斷 I/U+I/U 值來確定擾動的方向。當 I/U+I/U>0，增大光伏模塊的電壓；當 I/U+I/U=0 時，維持光伏模塊不變，當 I/U+I/U

振動觀察法算法程序框圖如圖5所示。

3.2 電導增量法（INC法）MPPT跟蹤策略要點[3]

電導增量法是一種以控制、調整光伏電池的輸出電壓進行MPPT的方法，它通過比較光伏電池的電導和瞬間電導來改變輸出電壓參數，從而使工作點工作在光伏電池的最大輸出功率曲線上，其算法的數學模型為：

即在最大功率點有：

其算法程序流程圖如圖6所示。

圖6中，U0、U分別為光伏電池輸出電壓初值和增量；dI和dU 分別為光伏電池兩次采樣讀取的電流差值和電壓差值；U（i）和I（i）分別為光伏電池統第i次采樣的輸出電壓值和電流值。

4 存在問題與優化探討

4.1 擾動觀察法

擾動觀察法雖然具有計算簡單，無需PV電池模塊的具體參數等優點，但也存在跟蹤響應速度慢，穩態情況下，由于不可避免的輸入誤差，會造成光伏模塊的實際工作點在MPP附近振蕩、波動，造成功率損失，而且在光照強度變化快的情況下會背離實際最大功率點的變化方向，造成振蕩過大跟蹤失敗。

為避免上述反應速度慢、效率低及工作點波動過大等不利情況，實踐中應考慮對傳統的擾動觀察法進行改進，以提高其精度和穩定性。例如，將光伏系統輸出參數的采樣信號通過DSP控制器進行閉環反饋控制，充電電路采用變換器調制。利用DSP控制器的A/D轉換器實時采集計算PV系統的輸出功率，通過調節電壓波型的占空比，控制變換器的半導體功率管開關時間，調整系統負載的等效阻抗與太陽能板的內阻相匹配，從而使太陽能板輸出最大功率。或結合其它方法，采用綜合算法以提高精度和穩定性。

4.2 電導增量法

電導增量法通過比較光伏模塊的電導和瞬間電導來改變控制信號，能減小跟蹤的穩態振蕩，精度較擾動法精確，響應速度較快，在溫度和（或）光照強度發生變化時，輸出電壓能以平衡的方式跟蹤其變化。但是，該方法計算復雜，對參數檢測精度要求高，當受到噪聲、測量誤差和數字控制量化誤差時，該方法也無法避免最大功率點附近的振蕩，特別是當外界環境變化劇烈時。

為避免上述環境影響和輸入誤差所帶來的振蕩，實踐中應考慮對傳統的電導增量法進行改進，以提高其精度和穩定性。例如，采用零均值電導增量法[3]，或結合其它方法，采用綜合算法以提高精度和穩定性。

5 結束語

太陽能光伏系統的I-U輸出特性為非線性關系，輸出特性隨外界溫度、光照和負載的變化而變化。擾動觀察法和電導增量法是目前最常用的閉環控制最大功率點跟蹤（MPPT）的兩種方法，其中擾動觀察法雖然具有計算簡單，無需PV電池模塊的具體參數等優點，但傳統單一的擾動觀察法存在跟蹤響應速度慢，穩態情況下，會造成實際工作點的振蕩、功率損失甚至跟蹤失敗，因此實際應用時應優化算法，例如，引入DSP控制器或單片機控制調節PMW波占空比，或與其它算法結合采取綜合控制。與擾動觀察法相比，電導增量法具有更小的穩態振蕩，和更優的精度，響應速度較快，但該方法對參數檢測精度要求高，當受到噪聲、測量誤差和數字控制量化誤差時，也無法避免最大功率點附近的振蕩，因此實際應用時也應優化算法，例如，采用零均值電導增量法，或結合其它方法，采用綜合算法以提高精度和穩定性。

參考文獻

[1]劉軍，張成林.光伏發電系統最大功率點跟蹤算法的研究[J].青島科技大學學報（自然科學版），2012，2，33（1）：78-81.

[2]黃禮明，連永圣，陳標龍，等.基于擾動觀察法的MPPT控制優化策略[J].現代電子技術，2011，12，34（24）：206-208.

[3]董密，楊建，彭可，等.光伏系統的零均值電導增量最大功率點跟蹤控制[J].中國機電工程學報，2010，7，30（21）：48-53.

[4]，黃洪全.電導增量法實現光伏系統的最大功率點跟蹤控制[J].現代電子技術，2008（22）：18-19.

篇9

文章編號：1004373X(2008)2201802

Maximum Power Point Tracking Control Method Based on Incremental Conductance

HUANG Yao,HUANG Hongquan

(College of Electrical Engineering,Guangxi University,Nanning,530004,China)

Abstract：Maximum Power Point Tracking(MPPT) is one of the important problems for the photovoltaic system.This paper introduces the construction of photovohaic system.A type of maximum power point tracking control method is proposed using incremental conductance based on the analysis of the photovohaic cell′s P-V curves,associating it with photovohaic grid-connected inverter′s characteristics and mechanism of MPPT.This method can make the control accurate and response pace speedy.

Keywords：solar power;photovoltaic system;maximum power point tracking;incremental conductance

能源緊缺,環境惡化是日趨嚴重的全球性問題。人類為追求可持續性發展，正積極發展可再生能源技術，尋找新能源已經是當前人類面臨的迫切課題［1］。太陽能以其清沽、無污染，并且取之不盡、用之不竭等優點越來越得到人們的關注。全球能源專家們一致認定［2］：太陽能將成為21世紀最重要的能源之一。最近幾十年，太陽能的光伏利用得到了迅猛的發展，受到了各國的普遍重視。光伏并網發電將太陽能轉化為電能饋送給電網，是太陽能發電規模化發展的必然方向。其在緩解能源危機以及保護環境等方面都具有重大意義。

光伏系統的主要缺點一是初期投資比較大，二是太陽電池陣列的光電轉換效率太低，目前最高的轉換效率在實驗室條件下也不超過30％［3］。為了解決這些問題，首先要研制價格低廉的并且能量轉換效率高的光電材料，其次是在控制上實現太陽電池陣列的最大功率輸出。目前，光伏系統的最大功率點跟蹤問題已成為學術界研究的熱點。

1 光伏并網系統的結構

光伏并網系統的結構如圖1所示，控制單元MPPT為最大功率跟蹤控制單元，其完成太陽電池陣列最大功率點工作電壓Ur的確定。AVR為電壓調節控制單元，其調節輸出為并網電流幅值給定Ip，電流控制單元完成并網交流電流的跟蹤控制。

圖1 并網光伏系統結構圖

2 光伏陣列輸出特性

光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度、環境溫度和負載情況影響［4］。在一定的光照強度和環境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才達到最大值，這時光伏電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點（Maximum Power Point，MPP）［4］。因此，在光伏發電系統中，要提高系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）。

圖2為太陽電池陣列的輸出功率P-U曲線，由圖可知當陣列工作電壓小于最大功率點電壓Umax時，陣列輸出功率隨太陽電池端電壓UPV上升而增加；當陣列工作電壓大于最大功率點電壓Umax時，陣列輸出功率隨UPV上升而減小。MPPT的實質是一個自尋優過程［5-9］，即通過控制陣列端電壓UPV，使陣列能在各種不同的日照和溫度環境下智能化地輸出最大功率。

圖2 太陽電池的輸出功率P-U曲線

3 最大功率點跟蹤（MPPT）控制

光伏系統常用的最大功率點跟蹤方法有:定電壓跟蹤、擾動觀察法、電導增量法、最優梯度法、滯環比較法、間歇掃描法、模糊控制法、實時監控法、神經網絡預測法等［10］。這些方法都是根據太陽電池的特性曲線上最大功率點的特點來搜索最大功率點對應的電壓，有的方法需要大量的計算，有的方法需要實時采樣數據并進行分析。這些方法各有優缺點，可以根據不同的系統要求選用不同的控制方法。

3.1 電導增量法

電導增量法（Incremental Conductance）是MPPT控制常用的算法之一［4］。通過光伏陣列P-U曲線可知最大值Pmax處的斜率為零，所以有：

ИPmax=U?I（1）

dP/dU=I+U?dI/dU=0（2）

dI/dU=－I/U（3）И

式（3）為達到最大功率點的條件，當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，光伏陣列工作在最大功率點。

3.2 本文提出的電導增量法

本文控制方法的程序流程圖如圖3所示，Un，In為檢測到光伏陣列當前電壓、電流值，Ub，Ib為上一控制周期的采樣值。程序讀進新值后先計算其與舊值之差，再判斷電壓差值是否為零（因后面做除法時分母不得為零）；若不為零，再判斷式（3）是否成立，若成立則表示功率曲線斜率為零，達到最大功率點；若電導變化量大于負電導值，則表示功率曲線斜率為正，Ur值將增加；反之Ur將減少。再來討論電壓差值為零的情況，這時可以暫不處理Ur，Ы行下一個周期的檢測，直到檢測到電壓差值不為零。

圖3 電導增量法程序

4 結 語

電導增量法控制精確，響應速度比較快，適用于大氣條件變化較快的場合。但是對硬件的要求特別是傳感器的精度要求比較高，系統各個部分響應速度都要求比較快。這種最大功率點跟蹤方法在光強和溫度大范圍變化的情況下具有高速、穩定跟蹤特性。

參考文獻

［1］趙玉文.光伏發電是未來最重要的戰略能源［R］.中山大學講座，2004.

［2］林安中，王斯成.國內外太陽電池和光伏發電的進展與前景［J］.太陽能學報，1999(增刊):68-74.

［3］王曉晶，班群.硅太陽電池材料的研究進展［J］.能源工程，2002(4):28-31.

［4］趙爭鳴.太陽能光伏發電及其應用［M］.北京：科學出版社，2005.

［5］Reinhard Haas.The Value of Photovoltaic Electricity for Society［J］.Solar Energy,1995,54(1):25-31.

［6］Franz Trieb,Ole Langnib,Helmut Klaib.Solar Electricity Generation-A Comparative View of Technologies,Costs and Environmental Impact［J］.Solar Energy,1997(59):1-3.

［7］Chenming Hu,Richard M White.Solar Ceils［M］.McGraw-Hill Inc,1983.

［8］趙富鑫，魏彥章.太陽電池及其應用［M］.北京：國防工業出版社，1985.

［9］趙玉文.21世紀太陽能光伏發電發展趨勢和展望［C］.北京市太陽能研究所論文匯編\，1999.

［10］王飛.單相光伏并網系統的分析與研究［D］.合肥:合肥工業大學,2005.

篇10

其次，全球光伏市場波動和競爭加劇。由于各國光伏產能迅速擴張導致供過于求，以及受到國際金融危機等影響，2008年后光伏市場產品價格逐步下滑，太陽能組件制造企業普遍虧損。在此背景下，全球貿易保護主義抬頭，2011年美國對中國光伏企業發動“雙反調查”，2012年美國商務部終裁對中國光伏企業征收反傾銷稅、反補貼稅；2013年6月，歐盟基于“雙反調查”，對中國光伏企業執行11.8%的臨時稅率，近期中歐就中國輸歐光伏產品貿易爭端達成價格、出口數量等承諾協議；印度也對來自中國、美國等的太陽能電池組件發起反傾銷調查。

再次，國內光伏產業發展面臨困境。我國光伏產業2004年后快速發展，從無到有、從小到大，從粗放發展到技術提升、結構優化發展，2007年至今光伏電池產量居世界首位，產能占全球60%，成為全球最大的光伏產品輸出地。我國光伏產業的最大挑戰在于“兩頭在外”：多晶硅材料約50%從國外進口，光伏電池生產設備主要依靠進口；光伏電池產品90%出口國外，其中60%出口歐盟。受美國“雙反”影響，我國對美光伏產品出口下降八成，歐盟市場對國內光伏企業影響更大。在國外市場低迷及國內市場未啟動背景下，我國光伏產業出現嚴重產能過剩，2011年第四季度以來半數以上電池組件企業停產，2012年以來制造環節全線虧損，企業普遍融資困難。當務之急是調整產業結構，淘汰落后產能，開發國內市場。

分析光伏產業發展前景，據歐洲光伏工業協會EPIA預測，太陽能光伏發電在21世紀將成為能源供應主體，預計2030年、2040年占世界總電力供應比重將分別達到10%、20%以上，21世紀末占比將達到60%以上。根據各國光伏發電技術路線和裝機容量規劃，美日歐2020年裝機量將是2010年的4倍左右，2030年裝機量將是2020年的6倍左右。同時，隨著節能要求及環境約束收緊，火力發電成本將呈上升趨勢；而光伏組件出貨量每翻一番平均售價下降約20%，能源轉換率可望提升至30%以上，光伏發電設備成本尚有30%的下降空間。預計全球光伏市場過剩產能經整合重組將重拾升勢，可再生能源將逐漸發揮對傳統能源的替代作用。

上海發展光伏產業具有技術研發、服務集成、金融資源等優勢，但人力、土地和商務運行成本較高，我們堅持有所為有所不為，聚焦發展高附加值的產業鏈高端環節，走出一條適合上海特點的光伏產業發展之路。2009年《上海推進新能源高新技術產業化行動方案》，大力推進太陽能光伏等新能源產業發展，形成產業鏈集聚態勢。其中電池組件領域集聚了晶澳、中電、神舟、超日等企業，生產裝備領域有理想能源、空間電源所、漢虹、森松等企業，集成服務領域主要有航天機電太陽能科技公司，檢測認證平臺領域有太陽能工程技術研究中心、上海微系統所等。目前上海晶硅電池及組件產能超過4.5GW，在薄膜電池及裝備領域形成技術研發領先團隊，全市光伏應用規模達到30MW以上。

受國內外市場因素等影響，2012年以來本市太陽能企業產值、利潤等大幅下降，部分企業面臨資金緊張、停工停產等風險。上海航天機電等克服不利因素，堅持加強研發、優化管理、提升產業鏈價值，今年上半年航天機電出售光伏電站150MW，實現收益3.4億元，位居國內光伏企業第一位。其具體做法和發展優勢有：

一是，全產業鏈布局全球發展。航天機電2007年來大規模投資發展光伏產業，形成了從多晶硅、硅片、電池片、電池組件、EPC總承包、電站運營到裝備研發等垂直一體化的光伏產業鏈；建成上海、內蒙、江蘇三大產業基地，具備4500噸多晶硅、500MW電池片、500MW電池組件的產能。承擔了上海世博會太陽能應用總體規劃研究及永久性場館太陽能應用設計，建設了世博中心兆瓦級光伏電站、酒泉衛星發射中心問天閣風光互補照明系統、國家級“光明過程”等項目，參與上海虹橋樞紐太陽能光伏發電項目建設。同時實施全球化發展戰略，與美、德、意、韓等國光伏運營商成立合資公司，提高光伏產品市場份額，持續提升海外業務競爭力。

二是，上海加強技術研發應用做精做強企業。積極打造產業鏈核心技術研發平臺，依托上海太陽能工程技術研究中心，累計投入1億多元，加強硅材料、BIPV組件、聚光電池、薄膜電池、硅電池、PECVD等產品的技術研發，擁有相關專利超過30項。正在加快雙面膠帶電池組件、標準成本組件、抗PID組件等新產品的研發；探索應用3D打印技術提高電池組件轉換效率，應用離子注入技術提高裝備生產水平；將在連云港電池組件制造廠應用自動化焊接機器人，預期生產線可擴大40%產能，進一步降低生產成本、提高產品質量。

三是，上海以集成服務為主的贏利模式。當前光伏制造環節普遍虧損，產業鏈利潤向電站建設運營環節轉移，其中電站項目授權開發、EPC建設、電站項目開發商環節毛利率分別為3%～5%、7%和10%～15%。航天機電正從光伏制造商向電站運營商轉型，以電站項目建設為突破口，拓展綜合集成業務，已累計建設國內外600多座光伏電站。2011～2012年，航天機電在光伏系統集成市場排名全球第15位、國內第6位，預計2013年將進入全球光伏系統集成市場前10位。

此外，上海具備多樣化融資支持路徑。隨著國內外光伏行業陷入困境，銀行收緊對光伏企業貸款，電站項目融資困難，光伏企業IPO受阻，VC/PE投資案例大幅下降。航天機電具有強大的金融支撐服務能力，由航天集團提供財務支持，搭建海內外融資平臺；已申請使用國家開發銀行44億元授信額度，通過資本市場融資累計約40億元；與上實集團加強戰略合作，組建合資公司收購運作國內外電站項目；探索組建新能源產業發展基金等。

根據國內外光伏產業發展格局及上海產業鏈整體情況，上海必須在把握技術升級規律、成本結構、產業鏈細分和價值分析的基礎上，確立融入世界、服務全國、發展自身的定位。堅持核心高端引領，發揮核心技術研發、高端裝備制造、集成配套服務等優勢，形成在全國的產業龍頭地位和引領作用；堅持引進開發并舉，把握發展空間、載體和資源，一手抓結構調整優勝劣汰，一手謀市場可持續發展；堅持創新發展模式，推動建立行業聯盟，加強國內外合作，提升產業鏈優勢，努力打造上海光伏產業核心競爭力。發展目標是到2015年，形成3～5家有較強市場競爭力的龍頭企業，光伏產業鏈核心裝備技術水平和產業規模保持國內領先，進一步提升光伏總集成總承包等現代服務業發展優勢，推動能源結構轉型，促進經濟社會可持續發展。

上海要研究制定城市能源發展路線圖。2010年5月國際能源署（IEA）太陽能光伏路線圖報告，描述了光伏技術發展現狀及到2050年的發展前景。國內相關機構和省市也開展了光伏產業發展路線圖的研究和制定工作，分階段明確光伏技術發展路線、產業格局及政策措施等。上海在資源能源缺乏、環境約束趨緊的背景下，更需從長遠發展的角度，規劃制定包括太陽能光伏在內的能源發展路線圖，明確新能源替代的總體部署、領域空間、階段步驟、載體主體和資金支持政策等，加快建設資源節約型、環境友好型城市。

與此同時，上海還需要加強核心技術和高端裝備研發。根據未來技術升級發展路線，加強超前謀劃和技術裝備研發。如在卷對卷薄膜太陽能電池領域，空間電源所已建成柔性薄膜電池卷對卷中試生產線；在多層非晶硅-微晶硅領域，理想能源開發的PECVD和LPCVD設備性能達到國外一流進口設備水平，而售價僅為進口設備一半。下一步，上海將依托承擔的國家重大專項及本市戰略性新興產業重點專項，支持N型晶硅電池、異質結、離子注入等新一代光伏技術發展，加強產業鏈配套，擴大首臺套應用；通過引進消化吸收再創新，促進從生產技術到產業技術的跨越，推動技術產業化、生產規模化發展。

篇11

光伏發電系統歷史數據的真實性和可靠性是發電功率短期預測的基礎，而在系統實際運行中，如果系統突發故障，會導致歷史數據在傳輸和保存時含有不良數據的情況發生，會破壞發電功率的規律性，導致歷史數據出現異常，必然影響預測結果的精確度和可靠性。為盡量減少不良數據對光伏發電功率預測帶來的影響，可以利用經典小波函數具有震蕩特性和迅速衰減到零的特點，通過小波函數運算將基礎數據中的不良數據進行檢測和剔除。

小波函數是具有震蕩特性、能夠迅速衰減到零的一類函數。

若函數滿足“允許性條件”

：這里為的傅里葉變換，則稱為小波函數。由基本小波通過伸縮尺度因子和平移因子所生成的函數族：

（1）

稱為分析小波或連續小波。

離散小波為：

（2）

任意函數的離散小波變換定義為：

（3）

通過上述小波函數的計算公式，明顯可以看出進行光伏發電基礎數據的小波分析查找信號間斷點的計算工作量較大，為提高小波分析的高效性和準確性，我們必須利用MatLab軟件強大的數值計算功能。

由此可見，在MatLab軟件環境下編制小波函數運算程序，對光伏發電系統發電功率基礎數據進行多層小波分解，完成對不良數據的函數計算和偽數據奇異點的篩查工作是十分必要的。

2 MatLab環境下人工神經網絡的構建

人工神經網絡又稱BP神經網絡，是一種多層前饋神經網絡，該網絡的主要特點是信號前向傳遞，誤差反向傳播。在前向傳遞中，輸入信號從輸入層經隱含層處理，直至輸出層。每一層的神經元狀態只影響下一層神經元的狀態。如果輸出層得不到期望的輸出，則轉入方向傳播，根據預測誤差調整網絡權值和閥值，從而使BP神經網絡預測輸出不斷接近期望的輸出值。

MatLab軟件在研發過程中已經設計包含了MatLab神經網絡工具箱，以人工神經網絡的基本理論為基礎，編制出了可方便利用的公式運算、矩陣計算和微分方程求解等若干子程序，極大方便于BP人工神經網絡的構建、網絡數據的訓練和數據重構工作。我們可以直接利用MatLab軟件工具箱，根據自身的需要調用相關子程序完成與數值計算有關的一系列工作，避免再另行編寫復雜MatLab語言計算程序的工作。目前我們可以應用的MatLab神經網絡工具箱有關構建BP神經網絡的函數主要有：newff，sim和train3個神經網絡函數。

3 基于MatLab環境下的不良數據分析和處理

3.1 信號奇異點分析

通常情況下，當信號在某一時刻，其幅值發生突變，引起信號的非連續時，幅值的突變處是第一類型間斷點，亦稱該信號在此處具有奇異性。下面以亦莊西南部地區光伏發電系統2014年1月1日的發電功率數據為例，每10 min進行數據采集。在MatLab中輸入基礎數據得到下面小波分解圖。可見信號分解圖中，在高頻信號d1中，能夠直觀地分析出第33信號點和第47信號點為信號奇異點，即光伏發電功率歷史數據中的不良數據，需要進行剔除和重構。

3.2 構建BP神經網絡時間序列預測模型

根據數據重構的需要，我們利用MatLab工具箱，建立經典的三層BP人工神經網絡進行數據的訓練和數據預測重構。

以亦莊西南部地區光伏發電系統2014年1月1日的發電功率基礎數據為例，在光伏發電系統輸出采集得到的基礎數據中，選擇100個數據輸入BP神經網絡，其中50個數據用于訓練，其余數據用于數據預測重構，由此得出第33信號點的預測重構數據為234.3，第47個信號奇異點的預測重構數據為244.3。

4 結語

本論文提出，我們可以在MatLab軟件環境下對基礎數據進行小波分解，將不良數據檢測并剔除。然后利用MatLab進行BP神經網絡的構建、訓練和數據預測，從而得到真實可靠的光伏發電歷史數據，作為光伏發電系統發電功率預測的樣本數據，經過MatLab軟件驗算，上文所述得到的基礎數據重構預測模型，其誤差滿足BP神經網絡設計的誤差要求，可以可靠地運用到實際工程中區。

參考文獻

[1]王小川，史峰，郁磊，李洋編著.Matlab神經網絡43個案例分析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2013.

篇12

1 太陽能電池輸出特性及模型分析

典型的太陽能電池的I-V方程為：

式（1）中IL為光電流；I0為反向飽和電流；q為電子電荷；K為玻耳茲曼常數；T為絕對溫度；A為二極管因子；Rs為串聯電阻；Rsh為并聯電阻。

工程用太陽電池模型通常要求供應商提供幾個重要技術參數，如Isc、Voc、Im、Vm、Pm。以下在基本解析表達式（1）的基礎上，通過兩點近似：（1）忽略（V+IRs）/Rsh項，這是因為在通常情況下該項遠小于光電流；（2）設定IL=Isc，這是因為在通常情況下Rs遠小于二極管正向導通電阻，開路狀態下，I=0，V=Voc。按此，太陽能電池的I-V方程可簡化為：

在最大功率點時， V=Vm，I =Im，可得

注意到開路狀態下，當I=0時，V=Voc，并把式（3）代入式（2）得

由于exp（1/C1）>>1，忽略式中的-1項，解出C2

最后的太陽電池模型特性由（2）確定。

為了對光伏電池性能進行仿真，在MATLAB里選擇用m文件編寫，利用MATLAB提供的S函數接口，通過編寫S函數來建立光伏電池的模型，它具有簡單實用的特點，是建立光伏電池模型的不錯選擇。首先需要編寫M文件，創建函數Ipv=fcn（S，Rs，T，Vpv）來求電流值I。

圖1 光伏電池Simulink仿真模塊及程序文件

2 擾動觀察法實現最大功率跟蹤

擾動觀察法的實現原理是測量當前陣列輸出功率，然后在原輸出電壓上增加一個小電壓分量（或稱之為擾動），其輸出功率會相應發生改變，測量出改變后的功率，比較改變前的即可知道功率變化的方向。如果功率增大就繼續原擾動方向。如果減小則改變原擾動方向。如果電壓增加了，功率也增加了，或者電壓減小了，功率也減小了，說明工作點位于最大功率點的左側，下一步需要增加電壓；如果電壓增加了，而功率減小了，或者電壓減小了，功率增加了，說明工作點位于最大功率點的右側，需要減小電壓。其最后的結果是工作點在最大功率點附近來回振蕩。

定步長擾動觀察法的實質是基于太陽能電池陣列輸出功率的計算和采樣電壓和電流值計算的功率變化，比較前一個和當前的電壓值來檢測功率變化，計算出參考電壓Vref用于產生PWM（脈寬調制）的控制信號。其中ΔV為占空比間隔，決定功率變化的步長。如果步長值較大，則系統響應快，但不準確；相反，如果步長值太小，則系統反應慢，但相對精確。通過對Vref的不斷調整，最終可以搜索到最大功率點。

3 仿真實驗與結果分析

根據以上定步長擾動觀察法思想，通過成比例地增加或減少變換器的輸入電壓，移動操作點向最大功率點靠近，同時計算變換器所需要的占空比，然后基于占空比產生變換器所需的脈沖信號用以控制開關管的開通與關斷。在MATLAB中，利用上面建立的光伏電池模型，在MATLAB中建立MPPT仿真環境。電壓、電流檢測裝置檢測出當前太陽電池工作點的電壓電流值，計算功率相對電壓的變化率，通過擾動觀察法實現太陽能電池陣列的最大功率跟蹤。

眾所周知，溫度和光強度是影響太陽能電池發電的兩種主要因素。利用太陽能光伏電池發電，我們希望能獲得最大功率輸出的能量。實際上，隨著外界環境的變化，就需要所建立的光伏電池膜性能快速的跟蹤外界環境的變化，保持光伏系統的最大功率輸出。基于此，圖2給出了標準光強下，溫度從25℃升高到30℃，然后從30℃緩慢降到20℃，光伏電池的電壓、電流的仿真波形。

圖2 溫度變化時，光伏系統電壓、電流變化曲線

從圖2可以看出，當外界環境變化時光伏電池能快速的跟蹤最大功率點且跟蹤精度較高。另外，光伏電池的電壓電流隨溫度變化的情況也嚴格符合上述光伏電池的輸出特性。即當溫度下降時，光伏系統的開路電壓降低，短路電流上升，當溫度升高時，光伏系統的開路電壓上升，短路電流降低，并且溫度對開路電壓影響更加明顯。

4 結束語

隨著新能源在未來的廣泛使用，光伏發電系統必然會發揮它重要的作用，作為系統的核心部件，最大功率跟蹤部分仍有一些問題需要解決。光伏電池數學模型需要進一步完善，希望能把風速、濕度等小的影響因素加進去，使得數學模型更接近實際光伏電池特性；如何更高效的將光伏電池產生的電能輸送，這需要對MPPT進行更深入的研究。

參考文獻

[1]C Hua and J Lin.A modified tracking algorithm for maximum power tracking of solar array[J].Energy Conversion and Management，2004，45（6）：911-925.

篇13

（3）針對于水下傳感器節點的路由研究，考慮到水聲信道傳輸的特點，水下傳感器網絡的路由跟陸地上的傳感器網絡有著明顯的差異。《水下無線傳感器網絡能量路由協議的仿真研究》提出一種基于表驅動路由協議設計思想的選優能量路由協議能夠有效的延長網絡生存時間。也是采用類似的路由算法。

2.項目研究內容、研究目標以及擬解決的關鍵問題

2.1研究目標

（1）綜合考慮影響路由協議的因素，通過設定不同的影響權值來實現最優路由算法，以便于適應不同的檢測環境。

（2）采用新的傳輸機制，降低網絡的時延和傳輸錯誤率。

（3）構建基于基站式的檢測網絡拓撲結構，路由算法由基站根據影響因子實時調整，檢測節點定時與基站同步路由算法，在降低水下傳感器能耗的同時，由于其是基于基站的廣播方式，提高了系統的可拓展性。

2.2研究內容

本項目旨在實現基于自獲取能量的水下無線傳感器網絡的部署和路由研究。在項目期間，將針對于目前的所做研究結合研究目標概括以下三點主要內容：

（1）完善協議MAC層傳輸機制算法。

完善課題組提出的OVSF傳輸機制，其依據下面公式實現不同節點之間的不相干數據傳輸。此機制成熟地應用在水下無線傳感網絡協議中，降低網絡延時同時提高能量利用率。

實現基于優先級的傳輸機制，最大程度優化傳輸路徑

（2）基于基站式的路由廣播機制

基于層次分析（AHP）的路由算法，實現不同檢測環境下通過調整不同的權值來優化路由協議。

構建基于基站的檢測網絡拓撲結構，基站實時檢測影響路由協議的因素變化情況，并且根據相應的權值計算并廣播相路由協議，水下節點會依據設定的閥值來決定是不是改變目前所用傳輸路由協議。

（3）實現整個系統持久工作，能量來源為自獲取（分為節點獲取和基站獲取）。

基站是基于太陽能、風能等自然能量，采取自獲取的方式來補充電池。

節點采用在現在國外提出的生物能的基礎上改進型，提出基于三個階段數據傳輸算法，實現最大化利用能量的前提下去實現數據的無差別傳輸。

2.3擬解決的關健問題

（1）如何在自獲取能量的前提下實現系統的持久工作，同時實現網絡在最優的路由協議下數據通信將是本項目的重點解決難題。

（2）基于OVSF和優先級的算法：優化課題組之前提出的算法同時將算法成熟地應用在項目所提出的協議中，達到時延和能量利用率的要求。

3.項目的特色和創新之處

本項目旨在研究基于自獲取能量的水下無線傳感網絡的部署和路由研究，和以往此方向的研究相比，本研究項目的特色和創新之處在于：

（1）采用自獲取的方式來解決節點能源問題，大幅度地增加網絡的使用壽命。