家用光伏发电储能装置的设计

家用光伏发电储能装置的设计摘要能源危机日益严重，化石能源的环境污染不断促进新能源发电技术的进步。其中，太阳能发电在贮藏量大、无污染等优势下越来越普及和应用。目前，网络型家用光伏发电的快速发展和中国许多偏远地区输电困难等因素，也给中国的太阳能发电事业带来了美好的前景。本文对家用光代发电的能源储存装置进行了研究和设计。该系统将加压控制、逆变器、能源储存等部分一体化，便于安装、使用，具有较好的商业前景。本文首先说明了离网型发电系统的结构和基本原理，接着分析了光伏阵列模块工作点(MPPT)跟踪控制中使用的方法，详细介绍了逆变电路中的SPWM调制方式。全面分析和比较离网型光伏发电系统，根据设计要求对离网型太阳能发电系统进行总体设计，对太阳能发电电池的基本原理、输出特性和最大功率跟踪原理进行理论研究，分析目前常见的几个最大功率点跟踪控制算法通过比较，设计了本文的改进型最大功率跟踪算法。根据电池的工作原理以及常见的充放电控制算法的研究，结合离网型光代发电系统自身的特点，进行了蓄电池充放电控制战略设计。基于MATLAB/SIMULINK软件环境模拟验证了设计的改进型最大功率跟踪算法。完成这次课题的设计。关键词：离网型光伏发电系统：MPPT控制：储能电路1目录雯41绪论11.1课题的研究背景及意义….11.2光代发电在国内外的研究现状…21.2.1国内光代发电的现状及前景..1.2.2国外光伏发电的现状及前景24444444,1.3MPPT控制策略研究现状31.4储能元件策略研究现状32离网型光代发电系统的结构和基本原理44442.1离网型光代发电系统的组成..42.2离网型光伏发电系统结构…2.3光伏阵列模块工作点(MPPT)跟踪控制62.3.1光伏阵列输出特性.62.3.2MPPT控制方法72.3.3恒定电压跟踪法72.3.4改进型最大功率跟踪算法的实现原理3离网型光代逆变器结构和工作原理….133.1逆变器的PWM控制方式.143.2SPWM调制方式153.3双极性SPWM波调制方法.154储能装置..….224.1离网光伏系统能量流动模式224.2蓄电池充放电控制策略.…244.2.1蓄电池充放电电路设计…244.2.2蓄电池充放电控制策略设计与实现.255基于MATLAB/SIMULINK的仿真研究27.…16总结.31参考文献……321绪论1.1课题的研究背景及意义能源供应是全人类社会求生存和经济发展的不可或缺必要条件。当今世界的能源供应构造是以煤、原油、燃气等化石能源技术为主的。随着科学技术的进步，工业规模不断扩大，传统化石能源的消耗量与日俱增，出现了严重的能源短缺现象和环境污染问题。化石能源作为一种不可再生的化石资源，消耗大量的能源生产和消费，污染和破坏生态环境。为了确保人类的稳定，可持续能源供应和生态环境保护，我们必须优化结构。太阳能作为新型能源可以转换成电能并将其提供给电力网，它不会有枯竭危险，而是清洁、安全、无噪音：它不受资源地理分布的限制，它具有广泛的应用范围，安装简便，运输简单，建设时间短。它将逐渐取代疲惫的传统化石能源，同时避免人类生活环境的持续恶化。中国为了改善西部地区的生活环境和投资环境，也实施了西部的太阳能发电项目，推进了西部地区的经济发展。太阳能是一种必要的能源补充，是未来能源结构的基础。即使经济社会走上可持续发展的道路，保护地球生态环境的高度取决于人类的生存，太阳能的发展对于解决特殊用途的真正能源供应问题具有重大的战略意义。作为一个重要的分散型太阳能发电系统，家用太阳能发电系统吸引了国内外许多企业的目光。最有名的是由特斯拉启动的家用能源储存电池电力墙系统，国内太阳能发电公司也建立了自己的系统。随着技术的进步，成本进一步削减，相关的国内政策补助金和奖励也加大力度，家用太阳能发电系统在将来具有广泛的应用前景。11.2光伏发电在国内外的研究现状1.2.1国内光伏发电的现状及前景目前，我国能源排放主要源自石化工业，化工，建筑材料，钢，造纸和航空业，二氧化碳排放量约为八十。其中电力行业的碳排放总量约占全国的40%。不过，到2021年底，中国的太阳能发电并网设备容量达到了3.06亿千瓦。连续7年稳居全球首位，新增装机容量5493万千瓦；2022年1-2月光代发电装机容量约3.1亿千瓦，同比增长20.9%，新增装机容量约1086万千瓦。根据观研报告网发布的《中国光代发电行业发展趋势研究与未来投资分析报告(2022-2029年)》显示，太阳能集热器的容量约为到十亿兆瓦，其容量约为太阳能集热器的三分之一。集中式光伏装机容量为19848千瓦增加容量2560千瓦。进入2022年，近期国家能源局提出，加快实施可再生能源替代行动，在东部、中部和南部地区附近促进风力发电和光伏发电的开发和消费。积极推动“三北”地区风电光代基地化开发，抓好沙漠、戈壁、荒漠风电光伏基地建设，启动实施“千家万户沐光行动”等，太阳能再生能源产业将继续增长。数据显示，2021年全国的太阳能发电量为3259亿千瓦时，比去年同期增加25.1%，利用时间为1163小时，比去年同期增加3小时，太阳能发电的利用率增加了98%。1.2.2国外光伏发电的现状及前景在过去的十年中，可再生能源的生产成本急剧下降。供应链发展的激烈竞争技术革新导致2010年至2019年太阳能发电的成本下降了82%。为2了应对全球变暖和化石能源枯竭，开发和利用可再生能源受到国际社会的关注。全球太阳能发电的设备容量正在急速增加。可再生能源的积极发展已经成为世界各国的共识。巴黎协议在2016月正式生效，强调各国致力于发展替代能源产业。太阳能是一个增长最快的可再生能源的清洁。太阳能电池板的成本在2010到2019年下降百分之八十二。2010年迄今，开发成本的减低多半是因为电池板的生产成本和控制系统的组套成本的大大降低。前者降幅达90%。在过去十年问，这些因素使得太阳能光代发电PV)的总装机成本下降了约五分之四。1.3MPPT控制策略研究现状现在，在国内有很多关于MPPT算法的研究。有必须采用大量数据资料存储空间的曲线拟合技术控制算法。还有短路电压和电流的方法。更有拟定了不需要弄清楚光代功能模块特性的扰动观察法，因此，此种技术手段的成功实施相对简单，但仍有缺陷。因此我们改进算法，改进算法中最终步长是基于先前步长与当前步长的比较来确定的。这些改进的算法缩短了跟踪时间，提高了跟踪效率。关于可变步长的研究一直是学者的焦点。总之，大多数学者使用的MPPT算法是扰动观察法和电导增量法。算法的未来研究趋势是基于扰动观测方法和导纳增量方法的可变步长的改进。1.4储能元件策略研究现状电池在太阳能发电系统中广泛使用。有许多方法，如恒流，恒压，高速快充。固定电流充电过程中，电极电压变化，充电电流不变。好处是方法简单，调节简单，成本低。但具有低效率的缺点。恒定电压的充电方法是固定电压。充电电流在后期减少。有一个缺点是，太多的电流在充电的开始。目前常用的三段式阶段充电法。32离网型光伏发电系统的结构和基本原理2.1离网型光伏发电系统的组成离网型太阳能发电系统广泛应用于远山地带、电力自由地区、岛屿、通信基站和路灯。太阳能阵列将太阳能转化为电能的条件下，通过太阳能充电控制器。当没有光时，直流电源负