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[摘 要]为了实现太阳能离网发电和户用电能自给，通过分析家用太阳能光伏发电的工作原理，设计了一种高度集成化的发电系统。系统采用TDS1093正弦波逆变控制芯片，具有空载休眠、过载保护等功能。多次测试实验结果表明该系统输出电压稳定，波形无畸变，性能优良。
[关键词]离网；光伏发电；SPWM；逆变
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0004-01
引言
随着经济的快速发展，传统的化石能源日益匮乏，环境污染问题日益严重，人类的生存空间和社会的进步收到了极大的威胁和影响。太阳能作为一种新兴的绿色能源，正得到迅速的推广应用[1-2]，如太阳能热水器已经备受重视和广泛使用。国内对太阳能光伏并网发电和太阳能路灯以及风光互补的研究比较多，而对离网式家用太阳能发电系统的研究较少。随着超级电容和蓄电池技术的进步，蓄能问题将得到进一步解决，家用太阳能发电系统将具有更为广泛的应用前景。
1 系统工作原理
本文研究的家用发电系统主要包括：太阳能电池板，储能蓄电池组、光伏发电系统控制器、DC-DC变换电路、逆变电路、升压变压器等。
系统的工作原理如图1所示，太阳能电池板将太阳能转换为电能；光伏发电控制器智能充电部分以ATMEGA128单片机为控制核心，采用了快充，过充，浮充三个阶段的充电方法[3]，配合最大功率跟踪（MPPT）算法，实现对蓄电池的快速、高质量充电，同时对逆变电路进行智能控制，并通过12864液晶显示系统的工作状态；DC-DC（直流-直流）变换电路为系统的控制器提供电源；升压变压器将逆变后的交流电压升高到220VAC，供用电设备使用。
2 硬件电路设计
逆变部分主电路如图2所示。在蓄电池组两端并联了8800uF电解电容，进行滤波处理。采用单相全桥式逆变电路，变压器利用效率高，带感性负载能力强。开关管选用型号为RU190N08的N沟道功率MOSFET，它的集电极和发射级之间最高允许电压为80V，25℃时最大允许集电极电流190A（100℃时为140A），驱动电压极限值为±25V。实验用工频变压器变比为18V/240V，由于变压器本身就是一个电感，可实现对逆变电路滤波的功能，因此本文未设计专用的滤波电感。
3 软件程序设计
在家用太阳能光伏发电系统中，单片机主要完成蓄电池的智能充电、对逆变芯片TDS1093的控制、对逆变输出的故障检测以及状态显示等功能。针对上述功能，采用模块化编程，主程序流程如图3所示。
4 实验结果与分析
实验中选用的太阳能电池板为光合90W多晶太阳能电池板，工作电压34.5V，工作电流2.60A；储能蓄电池组采用两个标准电压12V、容量20Ah的铅酸蓄电池串联。
图4为系统带负载时测得的输出电压波形，负载为25W普通灯泡和美的家用FS40-8E2型落地式电风扇，额定功率50W。通过比较可以看出，逆变后经工频变压器输出的电压波形并没有发生畸变，比较平滑，与标准的正弦波形基本重合。
5 结论
本文设计了一种离网式家用太阳能光伏发电系统，通过实验验证了所设计电路的正确性和稳定性。该系统输出电压波形良好，可供家庭用户直接使用，不存在对电网污染的问题，市场应用前景广泛。
参考文献
[1] 杨晓光，汪友华，丁宁，等（Yang Xiao-guang，Wang You-hua，Ding Ning，et al）.太阳能LED路灯照明系统的研制 [J].电工技术学报，2009，28（3）：28-31.
[2]刘树，刘建政，赵争鸣，等（Liu Shu，Liu Jian-zheng，Zhao Zheng-ming，et al）. 基于改进MPPT算法的单级式光伏并网系统[J].清华大学学报自然科学版，2005，45（7）：873-876.
[3] 郭凤仪，周坤，姜丽，等（Guo Feng-yi，Zhou Kun， Jiang Li-li，et al）.太阳能 LED照明控制系统的设计与实现[J].电工电能新技术，2012，31（3）：86-89.
[关键词]离网；光伏发电；SPWM；逆变
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0004-01
引言
随着经济的快速发展，传统的化石能源日益匮乏，环境污染问题日益严重，人类的生存空间和社会的进步收到了极大的威胁和影响。太阳能作为一种新兴的绿色能源，正得到迅速的推广应用[1-2]，如太阳能热水器已经备受重视和广泛使用。国内对太阳能光伏并网发电和太阳能路灯以及风光互补的研究比较多，而对离网式家用太阳能发电系统的研究较少。随着超级电容和蓄电池技术的进步，蓄能问题将得到进一步解决，家用太阳能发电系统将具有更为广泛的应用前景。
1 系统工作原理
本文研究的家用发电系统主要包括：太阳能电池板，储能蓄电池组、光伏发电系统控制器、DC-DC变换电路、逆变电路、升压变压器等。
系统的工作原理如图1所示，太阳能电池板将太阳能转换为电能；光伏发电控制器智能充电部分以ATMEGA128单片机为控制核心，采用了快充，过充，浮充三个阶段的充电方法[3]，配合最大功率跟踪（MPPT）算法，实现对蓄电池的快速、高质量充电，同时对逆变电路进行智能控制，并通过12864液晶显示系统的工作状态；DC-DC（直流-直流）变换电路为系统的控制器提供电源；升压变压器将逆变后的交流电压升高到220VAC，供用电设备使用。
2 硬件电路设计
逆变部分主电路如图2所示。在蓄电池组两端并联了8800uF电解电容，进行滤波处理。采用单相全桥式逆变电路，变压器利用效率高，带感性负载能力强。开关管选用型号为RU190N08的N沟道功率MOSFET，它的集电极和发射级之间最高允许电压为80V，25℃时最大允许集电极电流190A（100℃时为140A），驱动电压极限值为±25V。实验用工频变压器变比为18V/240V，由于变压器本身就是一个电感，可实现对逆变电路滤波的功能，因此本文未设计专用的滤波电感。
3 软件程序设计
在家用太阳能光伏发电系统中，单片机主要完成蓄电池的智能充电、对逆变芯片TDS1093的控制、对逆变输出的故障检测以及状态显示等功能。针对上述功能，采用模块化编程，主程序流程如图3所示。
4 实验结果与分析
实验中选用的太阳能电池板为光合90W多晶太阳能电池板，工作电压34.5V，工作电流2.60A；储能蓄电池组采用两个标准电压12V、容量20Ah的铅酸蓄电池串联。
图4为系统带负载时测得的输出电压波形，负载为25W普通灯泡和美的家用FS40-8E2型落地式电风扇，额定功率50W。通过比较可以看出，逆变后经工频变压器输出的电压波形并没有发生畸变，比较平滑，与标准的正弦波形基本重合。
5 结论
本文设计了一种离网式家用太阳能光伏发电系统，通过实验验证了所设计电路的正确性和稳定性。该系统输出电压波形良好，可供家庭用户直接使用，不存在对电网污染的问题，市场应用前景广泛。
参考文献
[1] 杨晓光，汪友华，丁宁，等（Yang Xiao-guang，Wang You-hua，Ding Ning，et al）.太阳能LED路灯照明系统的研制 [J].电工技术学报，2009，28（3）：28-31.
[2]刘树，刘建政，赵争鸣，等（Liu Shu，Liu Jian-zheng，Zhao Zheng-ming，et al）. 基于改进MPPT算法的单级式光伏并网系统[J].清华大学学报自然科学版，2005，45（7）：873-876.
[3] 郭凤仪，周坤，姜丽，等（Guo Feng-yi，Zhou Kun， Jiang Li-li，et al）.太阳能 LED照明控制系统的设计与实现[J].电工电能新技术，2012，31（3）：86-89.