家用太阳能—光伏发电逆变装置设计

家用太阳能—光伏发电逆变装置设计摘要近几年来，世界上越来越多的国家发展并重视“阳光计划”。

因使用和发掘太阳能探索充足的绿色能源、为经济进步注入新能量的诉求在不断增加，为此，光伏发技术在各个领域里发挥作用。

随着新能源的出现，中国光伏发电系统的进步也将拥有更好的实验环境。

我国西部地区地域广阔，仍然存在着大量少电或无电的地区，但是因为其独特的地理环境，阳光照射时间长，每日辐射量大，得天独厚的优势为光伏发电技术在此运用提供了良好的条件。

独立式光伏发电系统结构简单，成本低廉，工作稳定可靠，能够有效的解决无电或少电地区的供电问题。

把太阳能蓄电池生成的直流电或蓄电池传出的直流电转化成负载必备的交流电，逆变器在光伏发电系统里处于核心位置，其性能对光伏系统的应用具有很大影响。

本研究使用了“推挽电路+高频升压+全桥逆变”的部署方式，因使用了高频步骤真正地削减了系统里的滤波线路，削减电感、电容的数目和削减电感、电容应用值，不仅节约成本，而且减少系统损耗、缩小了系统的体积、提高了系统的效率。

系统硬件包含了推挽升价步骤和全桥逆变步骤。

在前者当中使用的是推挽线路，对应的变压器铁芯属于双向磁化，能够切实地防止高频变压器磁偏饱和的情况，在一样铁芯尺寸的条件下，和正激励式的线路对比而言，推挽升压线路的输出功率更高，此外也提升了系统的可靠性与动态响应速度。

依靠SG3525芯片对推挽线路实施35KHz PWM操控。

在工频逆变部分，这次设计使用单项纯正弦波逆变器的特备芯片EG8010对全桥电路实施SPWM控制，保证系统传出充足、稳压、稳频、失真较小的高水平正弦波。

最终，依靠MATLAB打造系统仿真模型，对设计的计划进行可行性试验和解析。

线依靠MATLAB对部分模块实施建模与仿真，获得对应的信息，实现预估目标；然后依靠MATLAB对有关部分的线路实现相连，打造总体的系统仿真模型，实施联调仿真，依据得到的数据能够发现，预定目标达成。

关键词：光伏电源；推挽电路；逆变电路；SPWM控制第1章前言在现在的能源构成里，全球所用的能源包含了石油、天然气等一般的化石燃料。

但是化石燃料的不受调控地使用和上纪70年代两次石油危机的出现，让人类越来越清醒的认识到:化石燃料资源终将会消耗殆尽。

化石燃料资源对环境污染严重所导致的生态破坏、地球的温室效应、大气污染等严重的问题威胁着人类的生存[1]。

能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大严峻的问题，制约着社会和谐进程和世界的和平与安宁、影响着经济的发展。

太阳能是非人造自然，具有清洁的特点。

地球一年从中得到的能量是6×1018千瓦时，是现在全球所用能量的数万倍，其属于源源不断的，可以永久使用的能源[2]。

由于它清洁环保和永不衰竭的特征，受到了世界环保人士的好评和各国能源专家的亲睐。

光伏发电设备能在屋顶或高度较大的房屋外墙表面安置，且光伏系统发电装置里并无器械转动设备，无法实现化学反应。

为此，和其余的发电办法对比，光伏发电的管控办法非常便利[3]。

独立式光伏电源优势也是显而易见的[4]。

1.1光伏发电发展现状及其前景在20世纪80年代的高新技术产业出现了爆发，“阳光计划”受到重视，并在越来越多的国家开始实行。

长时间以来，欧美先进国家非常关注环境与生态情况，大众的环保理念变强，这为太阳能光伏发电方式的进步和使用打造了基础；有关部门落实补助的策略，使用高电价购入的办法，推动了清洁可再生能源领域的壮大。

1996年到2023年，全世界的太阳能蓄电池产量提升了接近20倍，2023年全世界这个领域的产量超过1700兆瓦，前后装机传送的电能在6GW，其中，日本这个方面的产量有760兆瓦，提升了3成左右；欧洲产量提升接近一一半，大致有470兆瓦；美国提升了10%以上，有150兆瓦；全世界太阳能蓄电池的年产量有可能超过万兆瓦，和2023年相比提升了6倍多[5]。

通过以上述数据可观察到:全球的光伏产业都走上快速发展的轨道，真正促进了有关的产业链不断进步[6]。

1.2逆变器逆变系统属于光伏发电系统的最关键部分。

逆变器属于一类把直流电转化为交流电的设备，包含了你便桥、操控线路与滤波线路，逆变电源大范围使用不间断能源等供电设备[7]。

1.2.1逆变器分类当代的逆变方式较多，可以参考形式实施类别界定，重点包含了下面几类：①依据逆变器传出频率分析，逆变器包含了工频、中频与高频。

工频变换逆变电源依靠贡品变压器达成传入和传出间的电器隔离。

高频变换是使用高频变换方式，其优势是占地小、自重不高、噪声小、效能高，为此，目前的光伏发电装置大部分是使用高频变换的办法[8]。

②依据逆变器传出的相数分，逆变器包含了单相、三相、多相等类别。

③依据逆变器的关键线路进行界定，逆变器包含了单端式、半桥式等类别。

④依据逆变器主开关部件的类别分，逆变器包含了晶闸管、晶体管、IGBT等类别。

⑤根据输出的稳定参量分，逆变器可分为电压型逆变器和电流型逆变器。

⑥依据控制办法分，逆变器包含了移项控制和PWM控制等类别。

1.2.2逆变电源研究现状和发展趋势本文研发的独立式光伏逆变电源依靠太阳能电池板传出的直流电能，把直流电能转化为需要的高水平的正弦波交流电，符合负载需求。

在有关的电能转化的时候，开关电源方式得到了大范围使用，且伴随开关电源方式的进步，供电电源的功能变得更强，可为客户的负载给出单纯、稳定、波形符合要求的高水平正弦波，符合了客户对电源的高稳定度、高水准电能传送的诉求。

现在国内的逆变电源重点使用工频变换[9]。

其实先输出50HZ的交流电信号，随后依靠贡品升压器获得需电压的交流电[10]。

电能变换技术发展到现在，变成了非常关键的一个后备设备，是供电装置里的必备元件[11]，特别是和光伏发电系统融合后，让独立式光伏供电电源的进步更为广泛。

近些年，当代逆变方法的进步很快，其走向关键体现在下面几个：①高频化。

理论解析和现实情况说明：变压器、电感、电容的体积和质量和供电频率的平方根是负关联，在将频率从工频50HZ增加到2023KHZ，用电装置占据的空间缩减至50Hz的规格时的4%-10%，能够节约九成的关键材料[12]。

②模块化。

一是功率器件模块化，二是电源单元模块化。

大功率开关电源，通产更实用数个独立的电源模块并联运作，有关模块一起担负负载电流，在几个模块失效时，其余的模块会均匀的担负复杂电流带来的压力。

用这个办法，不止可以提升功率容量，在部件水平不足时，方可了高电流的传送需要。

电源模块尽管冗余，但是相较于整体系统而言是非常小的，且让系统的平稳度获得提升[13]。

③数字化。

伴随数字信号应对方式的不断成型和健全，对应的线路也有更大价值，其优势变得更为关键，让电脑处理操控难度降低，防止模拟信号的失灵，提升了系统抗扰乱的水平，方便程序的调试与硬件的遥控，此外也为新能源的并网方式创造了条件[14]。

④绿色化[15]。

第一，节点优势明显。

第二，有关电源对电网无干扰。

1.3本文内容概述本次研究融合独立式逆变电源技术与光伏发电技术研发一款光伏发电家用逆器具，这个系统关键是用在偏僻、光照比较强烈的无电区域，研发关键是为了应对缺电、无电的情况。

本文的选用的电源包含了光伏电池板、蓄电池、控制器与逆变线路。

此次设计关键是为了：(1)蓄电池充放电管控。

研发了附带反馈操控的蓄电池充放电线路依靠单片机实时追踪电池电压，且操控开关部件，从而控制充放电电路的工作避免蓄电池出现低压放电现象和过充现象。

(2)推免升压电路。

研发了半桥逆变线路。

使用SG3525实施PWM操控，把低压直流实施高频逆变，更改成低压交流，通过高频变压器实施增压，变为高压交流电由滤波线路、全桥整流线路变为高压直流。

H桥工频逆变电路。

研发H全桥逆变线路，使用单相纯正弦波逆变器的特有芯片EG8010实施SPWM管控，让线路生成50Hz220V正弦交流电，让负载应用。

(4)基于MATLAB仿真程序打造了对应的模型，对逆变控制策略进行了仿真。

第2章基本原理2.1光伏发电基本原理太阳能光伏发电基础布局关键是依靠半导体部件的构造特征和光学优势，其可以在阳光下吸取专门的波长范围内的光能，且用于激活自由电子和空穴，两者的定向运动会催发电动势与电能[16]。

这便是光伏部件特有的光电效应。

为了认知其中的机理，先要思考下面若干对应的含义。

P型半导体:加进去三价杂质元素，如硼等，产生了P型半导体。

由于三价杂质子产生共价键的过程中，少了单个价电子且在共价键里导致一个空穴的出现，P型半导体里的空穴属于多数载流子，关键是掺杂产生的，电子属于少数载流子，是从热激发中出现的[17]。

N型半导体:在中假如五价杂质元素，如磷，产生这种半导体。

由于五价杂质原子里仅存4个价键可以和附近的4个半导体原子里的价电子产生共价键，多出来的单个价电子由于没有共价键的约束很可能产生自由电子，在N型半导体里自由电子是多数载流子，其关键是从杂质原子里供应的：空穴属于少数载流子，从热激发里出现。

PN结:在半数半导体晶片上，依靠一些工艺方法，让一些表现出P型半导体，一些表现出N型。

如此最后实现动态平衡，处于此种状态后，硼离子和磷离子的范围宽度是固定的，此范围就是PN结[18]。

光生伏特效应:符合要求的波长的光射在半导体装置上，其吸纳光能后两侧出现电动势，此种情况就是光生伏特效应[19]。

如上图的情况，在光线到了包含了P、N两种类别的同质半导体材质组成的PN结上时，在既定的情况下，光能在被半导体吸纳后，出现了电子—空穴对。

如果持续有光照，便会一直有电流通过线路[20]。

2.2光伏发电系统的分类光伏发电系统包含了光伏阵列、控制器、负载等，从构造上分析，太阳能光伏发电装置包含了三个类别：独立运作，并网型以及混合型[21][22]。

1.独立运行光伏发电系统独立运作的光伏发电系统的构造见下图。

在独立的光伏发电系统，蓄电池当成储能电源单元是必须具备的，其把阳光照射传出的剩余的电能保存起来，在阳光不足或无光时应用。

独立运走的光伏发电设备大多用于偏远山区，解决没电问题，因为这些地方需要的电量相对来说较小、地势复杂，建设变电站成本昂贵。

2.并网型光伏发电系统在不存在公共电力供应的范围里，光伏发电系统能够与电网连在一起，这需要逆变器可以和电网连在一起，并网类别的光伏发电系统构造见下图。

此种系统能把蓄电池剔除，将电网做为自身的蓄能单元。

操作好后，此系统的成本会少不少。

3.混合型光伏发电系统在混合型光伏发电系统里提升一个备用发电机组，对应的构造见下图。

2.3逆变电源技术及其原理1.逆变电源技术逆变电源属于一类使用开关类别的电能变换设备，其从交流或直流传入得到稳定的交流传出[23]。

逆变电源的能量转化属于：传入的工频交流电通过整流线路变成直流电，直流电依靠逆变线路是交流PWM[24]的波电压。