对于太阳能光伏路灯系统的设计(共23页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 摘 要可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳能和风能是可再生能源中利用比较广泛的两种。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性。由于风能和太阳能的随机性、间歇性，为满足稳定、持续的给路灯供电的需要，一般需加入蓄电池储能环节。小型风光互补路灯控制器可研究的内容很多，此文主要有以下特点:(1) 报告了风光互补发电技术中风能、太阳能的利用现状；（2）介绍了蓄电池的充放电原理；(3)以AT89C51单片机为控制芯片，通过系统软件控制蓄电池充放电；（4）以AT89C51单片机为控制芯片，通过系统软件控制路灯运行。由于小型风光互补路灯控制器的结构复杂，影响运行控制的因素很多，此文只着重考虑了在整个风光互补系统的经济性、可靠性的基础上进行蓄电池充放电控制系统和路灯控制系统的研究，为小型风光互补路灯控制器运行控制的深入研究和控制系统的不断完善提供了参考。关键词 路灯控制器 蓄电池充放电控制 风光互补 可再生能源 Title Mini-type Road Lamp Controller with Hybrid Wind and Solar Power Supply System AbstractThe compound utilization of renewable energy resources is an effective way both to the sustainable development strategy practice and environmental protection in our country. Solar and wind energy are two kinds of widely used renewable resources which are of mutual complementary characteristics both in resources condition and technical application. Generally, it is necessary to add energy-saving steps such as battery for the random and intermittence feature of the wind and solar energy to meet the requirement of stable and continuous power consumption in daily life and production. There are many things to be studied in the system. The paper is of following characteristics: (1) Report the development of the application of wind and solar on hybrid wind/solar generation system ; (2) Introduce the theory of battery charging and discharging ; (3) Realize the control to battery charging and discharging through the system software by using AT89C51 single chip computer as control chip; (4) Carry on the research on lamp controller through the system software by using AT89C51 single chip computer as control chip; However, there are lots of other factors affect the control effect for the complicated structure of the wind/solar hybrid generation controller, thinking about these factors, the paper emphasis only on the research of battery charging and discharging control system and the lamp control system on the basis of the economy and reliability .The paper makes some valuable suggestion which can help to perfect the control system in the further research.Key Words : lamp controller ; control of battery charging and discharging ; wind/solar hybrid generation ; renewable resource 目 录1 绪论 11.1我国太阳能、风能发电的发展趋势 21.2 本课题的目的和任务32 风光互补发电系统中风、光工作原理 42.1 风力发电系统工作原理42.2 光伏发电原理53 风光互补发电系统中蓄电池工作原理 63.1 铅蓄电池电化学特性63.2 蓄电池的工作特性73.3 蓄电池工作温度影响73.4 铅蓄电池工作状态83.5 蓄电池充电控制策略93.6 蓄电池参数检测电路94 控制器硬件部分及外围电路设计 104.1 AT89C51系列单片机简介 124.2 复位电路154.3 芯片擦除164.4 AT89C51的扩展电路 174.5 按键及其接口设计224.6 显示电路的设计与介绍24 4.7 A/D转换器及外围电路 265 控制系统软件设计部分285.1 主程序流程285.2 蓄电池充电控制流程285.3 路灯定时控制345.4 显示及键盘子程序设计356 系统的硬件抗干扰设计366.1 抗干扰概述366.2 防干扰措施37结论38致谢39参考文献40附录A 硬件原理图41附录B 程序清单4对太阳能的开提问者： - 2长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"温室效应"和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：从每瓦50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站（主要是火电站）相比具有经济竞争力，还有一段同样长的路要走其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池，为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的83面积（约8000平方千米）建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。今年6月，亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机不是新的，而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅05美分千瓦小时，效率高达4050。俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合，给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其100平方米住房全年的用电需要。另一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想，即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来，使太阳池发电的成本大大下降，在北高加索地区能与火电站竞争，并且一年四季都可用，夏天可用于空调，冬天可用于采暖。 对于淡水资源缺乏的国家来说，太阳池还有另一项不可多得的好处：据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳池，可为10吉瓦的发电机组供热，并可每年产淡水2立方千米。在欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在（尤如夹层玻璃）双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的促进了太阳能在新型建材产品中的应用。在发展中国家，各国也在积极发展利用太阳能。如菲律宾早在九九年，政府已批出了首个太阳能计划，在澳洲政府“海外援助计划”的协助下，在全国263个社区安装1000个太阳能系统。目前菲政府正在推行全球最大太阳能应用计划，整个计划耗资4800万美元，是目前为止世界上最庞大的太阳能计划。太阳能发电计划共分两期，受惠的除了民居外，还包括25个灌溉系统、97个净水及分配系统、68间学校和社区中心，及35间诊所。 由此看来，全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前，包括到太空去收集太阳能，把它传输到地球，使之变为电力，以解决人类面临的能源危机。随着科学技术的进步，这已不是一个梦想。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦（注：1兆瓦（MW）为1000千瓦），工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3，比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持，国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一。于1998年在国内首家引进了76千瓦国际上先进的屋面太阳能发电系统，至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12千瓦时以上，可满足1个小康之家用电要求。该集团还与瑞士的 ATLANTIS公司合资组建了北京-阿脱兰太阳能科技有限公司，合资生产太阳能光伏发电组件和屋面发电组件两大系列、多个品种的光伏发电产品，并将这一世界领先的太阳能利用新技术引入了中国。河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿（Piikington）太阳能国际有限公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料，如德国凯米特化学制品有限公司的优质湿法玻璃层压设备、湿法灌浆液（封装介质）等。振海集团的基地于1999年11月已在我国率先安装了100多平方米的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用，其运行使用效果良好，已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。太阳能集热管是清华大学的一项专利技术，经清华阳光公司的产业化生产，目前其年产量为世界第一，其产品性能为世界领先，清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置，用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产，目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂，每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管，预计这个项目的经营额再过3年将达到10亿元。 2008年的奥运会，北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，计划奥运会场馆周围80至90的路灯将利用太阳能光伏发电技术；采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会90的洗浴热水。届时在整个奥运会期间，我们将看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等等以一系列太阳能技术的应用。我们的生活将充满阳光！ 太阳能路灯设计· 简介：本文介绍了太阳能路灯的组成，分析了各部分的工作原理、工作特点，分析LED太阳能路灯使用环境及相关技术要求。提出在城市次干路、支路使用LED太阳能节能灯环保，是道路照明的一种趋势。 · 关键字：太阳能路灯,LED光源,蓄电池  一、前言随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。同时，也随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保的双重优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。笔者就太阳能路灯的一点体会供同行参考。二、太阳能路灯的组成太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳。如输出电源为交流220V或110V，还要配置逆变器。1、太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因为多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因为单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定。非晶硅太阳能电池在室外阳光不足的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。2、太阳能控制器无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。3、蓄电池由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压2030%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。4、光源太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、DLED光源。（1）低压节能灯：功率小，光效较高，但使用寿命2000小时，电压低灯管发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。（2）低压钠灯：低压钠灯光效高（可达200Lm/w），但需逆变器，低压钠灯价格贵，整个系统造高，采用较少。（3）无极灯：功率小，光效较高。该灯在220V（纯正弦波，频率50赫兹）普通市电条件下使用，寿命可以达到5万小时，在太阳能灯具上使用寿命大大减少和普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、项位、电压都是不能和普通市电相比的）。（4）LED：LED灯光源，寿命长，可达小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50 Lm/w，进口80 Lm/w。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。5、灯杆及灯具外壳灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。三、太阳能路灯设计体会1、道路照度与适用范围根据城市道路照明设计标准的规定：快速路平均照度20lx，均匀度0.4，主干路平均照度15lx，均匀度0.35，次干路平均照度8lx，均匀度0.35，支路平均照度5lx，均匀度0.3。现投入使用的LED路灯，由于技术条件，LED功率偏小30100w，光效5080lx/w，道路照度较低，笔者做过测试，杆高8.5米，间距30米，光源2×50wLED灯，灯下照度19lx，两灯之间11lx，最暗处3.5lx。以上数把为新安装灯具的初始照度值，故其照度是不能满足快速路与主干路。太阳能路灯宜在次干路、支路上使用，主要道路慎用。2、照明时间LED路灯每天的工作时间应同一般路灯的工作要求，应考虑冬天日照时间短时，其工作时间应能在12小时之上。由于LED灯受天气影响较大，如遇连续阴雨天就使LED灯缺乏电能而无法使用。国家现无规范对LED路灯在低辐照度（连续阴雨天）情况，允许最少工作时间没有做出规定，现一般根据灯具厂家和当地的气象情况，应在低幅照度（连续阴雨天）工作状况下工作在1520天。在设计时应充分考虑太阳能电池板及蓄电池的容量。3、防雷接地LED路灯的工作电压一般为12V或24V，属安全电压，不做保护接地。但LED路灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻不大于10欧姆。控制器 科技名词定义中文名称：控制器 英文名称：controller 定义：按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置控制器 由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 主要功能： 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中位置 对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作； 指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。 控制器：根据事先给定的命令发出控制信息，使整个电脑指令执行过程一步一步地进行，是计算机的神经中枢。 LED控制器LED控制器(LED controller)就是通过芯片处理控制LED灯电路中的各个位置的开关 一、低压型LED产品大功率控制器 低压型LED产品一般设计电压12V-36V,每个回路LED数量3-6个串联，用电阻降压限流，每个回路电流20mA以下。一个LED产品由多个回路的 LED组成，优点是低压，结构简单，容易设计；缺点是：产品规模大时电流很大，需要配置低压开关电源。由于产品的缺点所限，低压不可能远距离输电，都是局限于体积不大的产品上，如招牌文字、小图案等。根据这个特点，控制器设计规格：12V的选用75A/30V MOS功率管控制，输出电流8A/路；24-36V选用60A/50V MOS功率管控制，输出电流5A/路。用户可以根据以上规格选定控制器的路数，跳变的可以选购NE20低压系列、渐变的选购NE10低压系列控制器即可。注意LED的必须是共阳(+)极连接法，控制器控制阴(-)极，控制器不包括低压电源 二、高压型LED产品控制器 高压型LED产品设计电压是交流/直流220V电压，每个回路LED数量36-48个串联，每个回路电流20mA以下，限流方式有两种，一种是电阻限流，这种方式电阻功耗较大，建议使用每4个LED串接一个1/4W金属模电阻，均匀分布散热，这种接法在目前是最稳定可靠；另一种是电阻电容串联限流，这种接法大部分电压降在电容上，电阻功耗小，只能用在稳定的长亮状态，如果闪动电容储能，反而电压加倍，LED容易损坏。凡是使用控制器的LED必须使用电阻限流方式，LED一般每个回路一米，功率5W，三色功率每米15W。常用渐变控制器NE112K控制直流1200W，NE103D交流负载4500W直流负载1500W，如果灯管闪动单元多就使用NE112K，如果只需要整体闪动就使用NE103D。如果使用渐变方式，要注意负载匹配，霓虹灯和LED的发光分布特性不一样，同一回路不能混接不同类型的负载。 三、低压型LED产品串行控制器 低压型LED产品串行控制器的特点是控制路数多，利用串行信号传输达到控制的目的，一般512单元的控制只需要4条控制连线，串行LED控制器需要在LED的光源板配有寄存器，控制器可选用型号NE040S控制器，该控制器的最大容量达到4096KBit,如果负载512单元的LED可以最大实现8192桢画面。太阳能光伏网 简介：中国太阳能光伏网 是中国太阳能光伏行业权威网站， 光伏论坛、光伏交友、光伏博客、光电城堡、ShowSolar、出版物、太阳格等栏目和频道组成。由国家外权威太阳能光伏专家指导的中文光伏产业的门户网站，每天有超过15万次访问发布最权威的产业要问资讯，提供最翔实的市场信息。 用途：关注新能源当我们利用各种交通工具穿梭于世界各地； 当我们因各种电子产品改变生活方式； 当我们享受着大自然为人类提供各种资源的时候； 您是否知道，以目前的开采速度计算，我们赖以生存的地球石油储量可供生产40年，天然气和煤炭则分别可以供应65年和162年。现代人类的精神文明及物质文明是必须建立在资源的可持续供给上。 自第二次世界大战结束至2006年底，世界人口从22.5亿增长到65亿，伴随着人口的极速攀升地球上的各种不可在生资源频频告急。以煤炭、石油、天然气等化石燃料为动力的工业文明飞速发展，人们在享受现代文明所创造的优越的物质生活的同时，能源和环境两大危机已不期而至，能源枯竭、环境污染已成为人类生死攸关的严峻问题。按照目前人类活动所需的能源消费水平，再过100年(也有专家预计40年)，地球在50万年漫长的地质年代所形成的煤炭、石油、天然气等常规化石能源将要消耗怠尽；而与此同时燃烧化石燃料要向大气中排放大量废气，使大气变浊，酸雨剧增，气候变暖，洪涝干旱灾害频繁，臭氧层被破坏。科学家已发出了严厉的警示，如果人类继续不加限制地使用化石燃料，在不久的将来，人类将无法在地球上生存下去。能源危机已经成为人类生发展不可回避的重大问题！ 目前，各国之间日益激烈的能源竞争和储备，都无法从根本挽救资源消耗。需找新的可在生替代能原已经成为各国科学家研究的主要方向。各国政府投入巨资来推动可替代能源即“新能源”可持续利用能源的科学研究，同时相继出台可在生资源法、能源法等相关法规鼓励新能源产业发展。这样以太阳能光伏产业为代表的新能源产业将为世界所瞩目！逆变电路图光伏发电系统中逆变器原理及应用 目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同(如12V、24V、48V等)，很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。光伏发电系统对逆变电源的要求采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器四部分组成(并网发电系统一般可省去蓄电池)，而逆变器是关键部件。光伏发电系统对逆变器要求较高：1.要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。2.要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。3.要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V蓄电池，其端电压可在10V16V之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。4.在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如12V、24V，就必须设计升压电路。中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，由于升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在20KHz以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电(一般均在300V以上)再通过工频逆变电路实现逆变。采用该电路结构，使逆变器功率大大提高，逆变器的空载损耗也相应降低，效率得到提高，该电路的缺点是电路复杂，可靠性比上述两种电路低。逆变电路的控制电路上述几种逆变器的主电路均需要有控制电路来实现，一般有方波和正弱波两种控制方式，方波输出的逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成份大。正弦波输出是逆变器的发展趋势，随着微电子技术的发展，有PWM功能的微处理器也已问世，因此正弦波输出的逆变技术已经成熟。1.方波输出的逆变器目前多采用脉宽调制集成电路，如SG3525，TL494等。实践证明，采用SG3525集成电路，并采用功率场效应管作为开关功率元件，能实现性能价格比较高的逆变器，由于SG3525具有直接驱动功率场效应管的能力并具有内部基准源和运算放大器和欠压保护功能，因此其外围电路很简单。2.正弦波输出的逆变器控制集成电路，正弦波输出的逆变器，其控制电路可采用微处理器控制，如INTEL公司生产的80C196MC、摩托罗拉公司生产的MP16以及MI-CROCHIP公司生产的PIC16C73等，这些单片机均具有多路PWM发生器，并可设定上、上桥臂之间的死区时间，采用INTEL公司80C196MC实现正弦波输出的电路，80C196MC完成正弦波信号的发生，并检测交流输出电压，实现稳压。逆变器主电路功率器件的选择逆变器的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管(BJT)，功率场效应管(MOSFET)，绝缘栅晶体管(IGBT)和可关断晶闸管(GTO)等，在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET，因为MOSFET具有较低的通态压降和较高的开关频率，在高压大容量系统中一般均采用IGBT模块，这是因为MOSFET随着电压的升高其通态电阻也随之增大，而IGBT在中容量系统中占有较大的优势，而在特大容量(100kVA以上)系统中，一般均采用GTO作为功率元件。光伏发电系统中逆变器的原理与应用目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如12V、24V、48V等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。 中国照明网技术论文·电器附件 在应用中对逆变器的要求：中国照明网技术论文·电器附件 1.要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。中国照明网技术论文·电器附件 2.要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。中国照明网技术论文·电器附件 3.要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V蓄电池，其端电压可在10V16V之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。中国照明网技术论文·电器附件 4.在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。中国照明网技术论文·电器附件 逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如12V、24V，就必须设计升压电路。中国照明网技术论文·电器附件 中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管