1、引言
在能源日益紧张的今天，国内外政府一致看好太阳能、风能等蕴藏量丰富的可再生新能源。根据欧盟预测，在21世纪中叶光伏发电容量将占整个欧盟发电总量的40%左右，因此可以说21世纪是太阳能利用的世纪。只要有阳光，光伏电池就可以发电，不受地域限制。随着各国政府的支持力度不断加大，光伏电池的生产种类、数量增多以及成本不断下降，同时光伏电池板可以替代建筑材料，这些都极大地促进了光伏发电事业的迅猛发展。
光伏发电系统结构主要由集中式、分支式和模块式三种。图1（a）是集中式光伏发电系统，它由串并联连接的光伏电池板组成，采用一个并网逆变器向电网供电，因此易受阴影影响。图1（b）和（c）是分支式。它有单支路式和多支路式两种，每个支路由串联连接的光伏电池板组成，一条支路有一个并网逆变器，它们也不能解决受阴影影响支路的最大功率点跟踪问题[1，2]。图1（d）是AC module。每块光伏电池板都带有一个独立的并网逆变器，可以从根本上解决阴影问题，但是成本相对较高[3]。图1（e）是DC module。每块光伏电池板带有一个独立的DC/DC变换器，然后多个DC module电路串联，共用一个并网逆变器。该电路可以解决阴影问题，系统成本相对较低[4]。因此，本文重点讨论DC module电路组成的光伏发电系统。
  
（a）集中式 （b）单支路式 （c）多支路式
 
（d）AC module （e）DC module
2、基于DC module的光伏发电系统
2.1 系统组成
图2是本文采用的光伏发电系统示意图。每块光伏电池板和一个独立的DC/DC变换器组成DC module电路，每个DC module电路独立实现最大功率点跟踪。多个DC module电路串联连接构成较高的直流电压向直流负载供电。
通常光伏电池板的功率较小，输出电压较低，需要多块串联来达到较高的输出电压。在相同输出电压前提下，由于DC module电路的作用可以将每块光伏电池板较低输出电压升高到一定的电压水平，再将DC module电路的输出电压串联，这样可以大大减少光伏电池板的数量，虽然发电总容量可能小了，但是总体硬件投资必然大幅度减少。
本文实验系统由三个DC module电路组成，由一片英飞凌公司生产的XE164F单片机完成三个DC module电路控制、直流母线电压控制和并网电流控制等功能。其中，ADC单元负责三块光伏电池板的输出电压与输出电流、直流母线电压、逆变器输出电流和电网电压等采样，CC2单元负责控制三路DC module电路的主功率开关，CCU6单元控制单相逆变器，USIC0负责LCD和键盘，USIC1负责与上位机进行串行通信。
图2 光伏发电系统示意图
2.2 DC module电路
文献[4]对由Buck、Boost、Buck-Boost或Cuk等非隔离型的DC/DC变换器组成的DC module电路进行了讨论，本文设计了一种经典单端反激变换器组成的隔离型DC module电路，如图3所示。
该反激变换器工作于完全能量转换即电感电流不连续方式，在储能周期中变压器存储的所有能量，在反激周期中都转移到输出端。副边电流在下一个导通时刻之前已下降为零。因此，主功率开关管是零电流开通。由于反激变换器的磁芯需要有一定的气隙，因此会有较大的漏感。当功率开关关断时，由漏感储能引起的电流突变会引起很高的电压尖峰。为了抑制电压尖峰保护开关管，本文采用RCD吸收箝位电路。开关管关断时，变压器漏感能量转移到电容C上，并通过电阻R将这部分能量消耗掉。开关管导通过程中电容C不一定放电到零，因此功率管关断时，漏源电压上升过程中，一段时间内电容C不起作用，这有利于反激过冲。
图3 反激变换器结构图 |
