?1、系統(tǒng)的工作原理及其電路設(shè)計(jì)?

光伏系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體框圖

由圖1可知，整個(gè)系統(tǒng)包含充電和逆變兩個(gè)主要環(huán)節(jié)。太陽(yáng)電池是本系統(tǒng)賴以工作的基礎(chǔ)，它的效率直接決定系統(tǒng)的效率。

1.1 充電控制部分

（1）太陽(yáng)電池的工作特性

太陽(yáng)電池作為光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其工作特性，包括工作電壓和電流與日照、太陽(yáng)電池溫度等有著密切的關(guān)系，圖2、圖3分別給出了太陽(yáng)電池溫度在25℃時(shí)，工作電壓、電流和日照的關(guān)系曲線及太陽(yáng)電池的輸出功率和日照（S）、U之間的曲線。

從圖2可以看出，曲線上任一點(diǎn)處的功率為P=UI，其值除和U、I有關(guān)外，還與日照（S）、太陽(yáng)電池溫度等有關(guān)。由圖3進(jìn)一步可知，由于太陽(yáng)電池的工作效率等于輸出功率與投射到太陽(yáng)電池面積上的功率之比，為了提高本系統(tǒng)的工作效率，必須盡可能地使太陽(yáng)電池工作在最大功率點(diǎn)處，這樣就可以以功率盡可能小的太陽(yáng)電池獲得最多的功率輸出。在圖2和圖3中，A、B、C、D、E點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)不同日照時(shí)的最大功率點(diǎn)。

圖2 工作電壓、電流和日照關(guān)系曲線

圖3?輸出功率和日照關(guān)系曲線

（2）太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）

由圖1可知，系統(tǒng)首先采用太陽(yáng)電池陣列對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，以化學(xué)能的形式將太陽(yáng)能儲(chǔ)存在蓄電池中。在這個(gè)過(guò)程中，通常采用自尋最優(yōu)控制方式使太陽(yáng)電池在最大功率點(diǎn)處工作。整個(gè)控制過(guò)程可以分解成兩個(gè)階段進(jìn)行：

1）確定出太陽(yáng)電池工作在最大功率點(diǎn)時(shí)的輸出電壓值Uref；
2）改變太陽(yáng)電池對(duì)蓄電池的充電電流使太陽(yáng)電池的輸出電壓穩(wěn)定在Uref。

這兩個(gè)階段是由控制電路通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)電池的輸出電壓和電流，采用逐次比較法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1.2 逆變器設(shè)計(jì)

（1）逆變電路設(shè)計(jì)

正弦波逆變環(huán)節(jié)采用單相全橋電路，用IGBT作逆變電路的功率器件。IGBT是電壓控制型器件，它集功率MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、電壓和電流容量大、工作頻率高、開關(guān)損耗低、安全工作區(qū)大、工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。逆變器將蓄電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為50Hz的SPWM波，再經(jīng)過(guò)濾波電感和工頻變壓器將其轉(zhuǎn)換為220V的標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓，采用這種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能有效地抑制波形中的高次諧波成分。

逆變器的工作方式采用SPWM控制方式，預(yù)先將0～360°的正弦值制成表格預(yù)存在EPROM中。開關(guān)模式信號(hào)是利用正弦波參考信號(hào)與一個(gè)三角載波信號(hào)互相比較來(lái)生成的，主要有單極性和雙極性兩種類型，在開關(guān)頻率相同的情況下，由于雙極性SPWM控制產(chǎn)生的正弦波，其中的諧波含量和開關(guān)損耗均大于單極性，故本系統(tǒng)采用的是單極性SPWM控制。

（2）控制核心

圖4是系統(tǒng)的控制框圖，控制芯片80C196MC是INTEL公司繼MCS96之后，于1992年推出的真正16位單片機(jī)，其數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)，指令的執(zhí)行速度更快，尤其是其內(nèi)部集成了最具特色的三相波形發(fā)生器(WG)單元，大大簡(jiǎn)化了用于SPWM波形發(fā)生的軟件和外部硬件，從而使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。為了使輸出信號(hào)和它的互補(bǔ)信號(hào)不致同時(shí)有效，在芯片的內(nèi)部設(shè)有死區(qū)發(fā)生器電路，從而避免了同一橋臂上的IGBT上下直通，保護(hù)了IGBT。