电源等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。目前应用较广的太阳能电池有单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜3 种,转换效率最高达到20%左右, 具体数据见表1，
中国 单晶硅 20.3 24.7 表1 太阳能电池转换效率 ％ 多晶硅 14.5 19.8 非晶硅薄膜 11.4 21.0 世界 太阳能电池作为将太阳能转换成电能的主要转换器件，它的转换效率取决于诸多因素，如温度、光照情况、负载参数等．在一定条件下，根据负载匹配原理适当调整匹配参数，使太阳能电池出力达到最大是太阳能电池的最大功率点问题（Maximum Power Point，简称MPP）。在小型太阳能发电装臵中，为了提高发电效率，这一技术受到重视。在中等规模太阳能发电系统中，还应考虑太阳跟踪技术所产生的发电效益。太阳能电池板输出伏安特性存在最大功率点，输出电压过高或过低，输出电流过高或过低，都会影响太阳能发电系统的发电效率。而负载很难为了迎合最大功率点的要求去调整它的阻抗，所以目前普遍的做法是在太阳能电池板和负载之间加入DC-DC 转换电路，使输入和输出阻抗实现匹配。其中，DC-DC 转换电路主要有Buck 电路，Boost 电路和SEPIC 电路等。
a. Buck 电路分析
典型的Buck 电路如图3 所示，它是一种降压电路，输出电压Vo 低于或等于输入电压Vi。忽略电路的能量损失，电路的效率= 1，则输入功率等于输出功率Pi = P0 ，即：
Vi Ii =Vo Io ，(1) V0/Vi =Io/Ii =Dc，(2)
图3 Buck电路
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在太阳能发电系统中，Vo是太阳能电池板的输出电压，Io是太阳能电池板输出电流，它们随光照强度和温度发生变化．为了使太阳能电池板输出最大功率，调整电子开关S的脉冲占空比，使Vi、Ii始终工作在最大功率点附近，这就是MPP的工作原理．假设电路为纯电阻性负载Ro，由（2）式可知
Ri=Vi/Ii, Ro=Vo/Io, (3)
2Ro/Ri==Dc2， (4) （Ii/Io） Ro=Dc2Ri, (5)
其中Ri是Buck电路的等值入口阻抗。由于Buck电路的输出电压Vo不可能高于输
入电压Vi，根据（2）式得Dc<1。由（5）式有Ro 根据以上分析得出如下结论：假设太阳能电池板在一定条件下的最大功率点为Pm （Vm，Im），其等值阻抗Rm=Vm/Im, 只有在负载阻抗满足Ro 电压/V 图4 太阳能电池输出特性和负载特性曲线 b.Boost电路分析 典型Boost电路如图5所示，它是一种升压电路，输出电压Vo大于或等于输入电压Vi。类似于Buck电路的分析方法，对Boost电路，前面的（1）~（5）式完全相同，只是对Boost电路而言Dc>1，因此其结论为：假定太阳能电池板在一定条件下的最大功率点为Pm（Vm,Im），其等值阻抗Rm=Vm/Im，只有在负载阻抗Ro>RM的条件下才能实现MPP跟踪。图解说明如图3所示，只有在输出特性如OB时才可能调整S的占空比，实现MPP跟踪。Boost电路如图4所示， 图5 Boost电路 7 c. SEPIC电路分析 典型的SEPIC电路如图6所示，它的输入电压和输出电压可以为任意比例，其计算式为Vo/Vi=а/1-а，（6） 其中表示S开关的占空比，即ton=T，T为S开关的周期．由（6）式可知，改变既可以使Vo>Vi，也可以使Vo 图6 SEPIC电路 2)充放电控制器主要对蓄电池组实施监控,是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。双电压比较器LM393两个反相输入端②脚和⑥脚连接在一起，并由稳压管ZD1提供6.2V的基准电压做比较电压，两个输出端①脚和⑦脚分别接反馈电阻，将部分输出信号反馈到同相输入端③脚和⑤脚，这样就把双电压比较器变成了双迟滞电压比较器，可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R2、RP1、C1、A1、Q1、Q2和J1组成过充电压检测比较控制电路；R3、RP2、C2、A2、Q3、Q4和J2组成过放电压检测比较控制电路。电位器RP1和RP2起调节设定过充、过放电压的作用。可调三端稳压器LM371提供给LM393稳定的８Ｖ工作电压。被充电电池为12V65Ah全密封免维护铅酸蓄电池；太阳电池用一块40W硅太阳电池组件，在标准光照下输出18V、2.3A左右的直流工作电压和电流；D1是防反充二极管，防止硅太阳电池在太阳光较弱时成为耗电器。 当太阳光照射的时候，硅太阳电池组件产生的直流电流经过J1-1常闭触点和R1，使LED1发光，等待对蓄电池进行充电；Ｋ闭合，三端稳压器输出８Ｖ电压，电路开始工作，过充电压（＞14.5）检测比较控制电路和过放电压（＜11.5）检测比较控制电路同时对蓄电池端电压进行检测比较。当蓄电池端电压小于预先设定的过充电压值时，A1的⑥脚电位高于⑤脚电位，⑦脚输出低电位使Q1截止，Q2导通，LED2发光指示充电，J1动作，其接点JI-1转换位臵，硅太阳电池组件通过对蓄电池充电。蓄电池逐渐被充满，当其端电压大于预先设定的过充电压值时，A1的⑥脚电位低于⑤脚电位，⑦脚输出高电位使Ｑ1导通，Q2截止，LED２熄灭，J1释放，JI-1断开充电回路，发光，指示停止充电。当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，A2的③脚电位高于②脚电位，①脚输出高电位使Q3导通，Q4截止，LED3熄灭，J2释放。其常闭触点J2-1闭合，LED4发光，指示负载工作正常；蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低，当端电压降低到小于预先设定的过放电压值时，A2的③脚电位低于②脚电位，①脚输出低电位使Q3截止，Q4导通，LED3发光指示过放电，J2动作，其接点J2-1断开， 8 正常指示灯LED4熄灭。切断负载回路，避免蓄电池继续放电。闭合Ｋ，蓄电池又充电。其电路图如图7， KJ1LM317R2 R5R7R6常闭开关D1 5AR1C4R9R15J1R12保险丝2.2A6.2KR4R329010uFC32K536.2K6212K100uFU?A10KQ1R134K810K12V710uF41R1010K10KR14Q3充电指示Q2R16J2-14KR1710KU?LM3934KJ2停充指示2RP14电池组110KRP2C2ZD1C231R1110K过放指示正常指示10K6.2V1.3K图7 充放电电路控制 3)蓄电池组其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电率低；b.使用寿命长；c.深放电能力强；d.充电效率高；e.少维护或免维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。蓄电池组是系统储能装臵,在发电充足时储存电能,在夜间或日照不足时向负荷供电，因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。 4)逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。电压型逆变器如图8所示和电路图如图9所示， 图8 电压型逆变器框图 信号输出R31K68uFVCCR41KR81KGSC4100uF 810uFR810KLM393AQ412V1AGS220V4069R510K68uF图9 电压型逆变器电路图 9 a.功率转换是逆变器的核心, 它把12V 的直流电变换成50 Hz、220 V 的交流电,其关键部件为四只大功率MOS 场效应晶体管和一只12 /220 V 高效变压器。 b.稳压及过流保护电路的作用是把输出电压和输出电流的波动反馈至控制回路, 以使达到稳压和过流保护的目的。 c.输出显示将输出电压用指针表显示, 电源的工作状态用指示灯指标。 5)太阳跟踪控制系统由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位臵存储到PLC、单片机或电脑软件中，也就是靠计算太阳位臵以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不能够随便操作。 本控制系统的控制器为计算机，通过过程输入输出通道发送信号到直接控制部件，直接控制部件由步进电机及其驱动器组成，然后步进电机带动执行机构运动。检测部件产生反馈信号到计算机。检测部件由光电传感器和光电检测电路组成。控制系统的整体结构框图如图11所示， 图10 太阳跟踪控制系统图 本系统是同时采用视日运动轨迹跟踪方法和光电跟踪方法来完成一次跟踪。两种跟踪方法在系统中的关系如图12所示， 图11 两种跟踪方法在系统中的关系 开始跟踪时，系统首先采用视日运动轨迹跟踪的跟踪方法，在地平坐标系中根据太阳轨迹的算法求出一日内某时刻太阳的高度角△аs、和方位角△?s的理论值，再加上系统的预修正量△аs、△?s，若系统是第一次运行，那么在第一步跟踪动作里预修正量为0，但第一步跟踪动作里的光电跟踪会产生一个预修正量， 10