第一章 緒論
1.1 背景與意義
能源是社會發展的物質基礎和經濟增長的重要驅動力[1]，而目前能源消費主要來自一次能源：石油、煤炭。據相關機構預測：到2020年，新能源在全球能源消費中占比將達到16%，其中太陽能在人類用電消費的占比將達到4%，到2040年人類用電消費中太陽能占比將達到20%；到21世紀末，光伏發電將達到全球總發電量的60%以上。我國2016年的能源消費總量為43.6×108tce，其中煤炭消費量占62%，石油消費量占21.3%，其他清潔能源占比為19.7%，隨著我國經濟的發展，傳統的粗放式能源消費方式對我國生態環境的損害巨大，同時也嚴重製約了我國經濟的可持續發展。我國把可持續發展放到國家戰略層面上，提出發展低碳經濟並降低碳排放量，十八屆五中全會把綠色發展理念列入五大發展理念之一，同時生態文明建設成為我國“十三五”規劃的核心部分。中國在巴黎氣候大會上提出將於2030年左右使二氧化碳排放達到峰值，且單位國內生產總值CO2排放比2005年減少60%~65%。但是我國能量消費產業在低碳排放的要求下，其能源利用效率明顯低於無低碳排放要求的情況[2]，我國作為能源消費大國，在碳減排約束下如何實現經濟的可持續發展是迫切要解決的問題，現今需要尋找一種可再生能源來解決日益嚴重的能源問題。太陽能作為地球上最主要的能源來源，其具有取之不盡、綠色環保、安全可靠等特點[3]。現今利用太陽能的主要途徑是基於“光生伏特效應”原理，實現光電轉換。目前研究和應用最廣泛並且技術已經達到相對成熟的太陽能電池是矽太陽能電池，單晶矽電池的最高效率已經達到24.4%[4]。從上世紀90年代開始，世界太陽能利用進入了飛速發展的新階段，世界上很多國家越來越重視太陽能光伏發電系統的研究和建設，光伏發電已形成一個新的產業並得到世界各國的長期支持[5]。2015年全球光伏總裝機總量已達到222GW，預計到2020年將達到700GW。與此同時，進入21世紀以來，我國光伏產業飛速發展，產能和產量占世界總量的一半以上。國家“十二五”可再生能源規劃目標提出[6]：至2015年底，我國太陽能年發電總量消費可省去5.0×107tce的消耗，其中太陽能發電裝機容量為2.1×107KW；到2020年將達到5.0×107KW。截止到2012年底，世界光伏發電總裝機容量已達100GW，預計到21世紀中葉，光伏發電將發展為重要的發電方式，在世界可持續能源結構中將占有相當大的比例。
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1.2 國內外電動車光伏充電單元研究現狀
人類對太陽能利用歷史悠久，太陽能光伏發電的出現最早是為了解決偏遠地區用電困難問題，後期應用於航天空間領域，隨著光伏發電技術的發展，光伏發電應用領域越來越廣泛。目前光伏發電技術已經非常成熟，應用較多的有晶體矽光伏組件、薄膜光伏組件和聚光光伏組件，最為普及的為晶體矽光伏組件，截止到2016年底，全球光伏裝機容量達到300GW，其中中國2016年光伏新增和累計裝機容量均居世界第一。德國作為歐洲光伏產業的重心，很早就將光伏發電列入國家能源發展規劃，率先頒布大量關於規範和促進光伏產業的法案，加大技術研發投入和光伏發電併網補貼，同時歐洲各國紛紛效仿並出台相關政策，加大對光伏產業的支持力度，極大地促進了光伏產業的發展。在此期間歐洲出現了大批光伏設備製造企業：梅耶博格、Rena、歐瑞康等，同時，歐洲也是全球最大的光伏應用市場，2011年歐洲光伏市場份額達到580億美元，從事光伏產業人員達40萬。美國光伏產業起步較晚，但是隨著政府的重視，光伏技術研發投入逐漸增加、市場推廣飛速提高，極大地促進了了光伏產業的發展，2016年美國新增裝機容量約為13GW，超過2012年光伏發電累計裝機量。2006年前，日本光伏組件產量一直位居第一，隨著中國和西方已開發國家在光伏領域的發展，日本光伏組件產量逐漸被反超，但是2012年日本光伏組件出貨量仍然高達2.4GW，日本是最早啟動光伏應用產業的國家，同時在光伏研發投入大量人力物力，為光伏產業的推廣提供了巨大的助力。我國太陽能資源豐富，尤其是西藏、新疆南部、青海以及甘肅和內蒙古等地年太陽輻射量均超過6300MJ/m2[12]。我國在1958年開始光伏組件研究，至20世紀90年代我國光伏產業進入全面發展階段，進入21世紀，我國加大對光伏發電的研發投入，同時相繼出台《光伏製造業行業規範條件》、《太陽能發電發展“十二五”規劃》、《關於申報分布式光伏發電規模化應用示範區的通知》等規範並促進光伏產業發展的政策方針[13]。同時為了推進光伏產業發展，各省市也出台了相關的鼓勵政策，如江蘇省政府提出《關於繼續扶持光伏發電政策意見的通知》等。青島市積極落實國家和山東省關於光伏發電價格補貼和資金支持政策，並大力發展光伏產業，大批光伏企業在西海岸新區投資推廣光伏項目，如海爾工業園光伏發電項目、農業光伏大棚項目等。目前，我國已經形成較為完善的光伏產業鏈，隨著國內光伏政策的完善及國內外市場的拓展，我國光伏產業發展將會達到更高的水平。
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第二章 光伏充電單元總體結構與工作原理
電動車光伏充電單元具有光伏電站與電動車充電站的功能，在實現光伏發電同時可將光伏電站發電供給電動車充電，其優勢明顯，不僅可以解決電動車的充電困難、降低充電設施的建設成本、降低碳排放、改善生態環境和緩解能源危機，而且更加便捷地利用太陽能，提高光伏電站的經濟性。電動車光伏充電單元是將光伏電站和電動車充電站有機結合在一起，因此光伏充電單元主要以光伏發電系統（光伏電站）原理和電動車的充電方式為參考，其中光伏電站原理及功能是關鍵，可認為電動車充電樁為光伏電站的用電負載，電動車光伏充電單元按照是否與電網形成用電互補分為併網電動車光伏充電單元和離網電動車光伏充電單元，電動車光伏充電單元的結構設計和工作原理制定要依據其功能要求和結構特點。
2.1 光伏充電單元原理
光伏充電單元最主要的功能是將光伏陣列所發電能供電動車充電，因此光伏充電單元原理涉及到光伏電站原理和電動車充電方式。光伏電站可依據功能需求、所帶負載特性、安裝場所及是否與電網併網等分為不同類型。根據光伏電站是否與電網併網可將其分為離網光伏電站和併網光伏電站[41]；依據其所帶負載不同，可分為直流負載光伏電站和交流負載光伏電站；根據一些特殊需求還有離網併網混合型光伏電站和風光互補發電系統等。根據電動車光伏充電單元特殊工作環境和功能要求，主要分析併網光伏電站。區別於獨立光伏電站，併網光伏電站與電網併網，其主要應用於與建築相結合以及位於荒涼地帶的光伏電站，按照有無儲能裝置分為可調度式和不可調度式併網光伏電站。不可調度式併網光伏電站和可調度式併網光伏電站分別如圖2.1與圖2.2所示。除去電池組，可調度式和不可調度式併網光伏電站均由光伏陣列、DC/DC變換器(升壓器)、控制器、逆變器、負載、電網等組成，對於不可調度式併網光伏電站，逆變器將從光伏陣列輸入的直流電逆變後輸出與電網電壓同頻同相的交流電[42]，在正常工作條件下，負載由光伏陣列提供電能；當光伏陣列發電功率低於負載要求，負載從電網獲取補充電能；當光伏陣列發電功率高於用電負載額定功率，多餘功率輸送至電網；但當電網斷電情況下，用電負載無法正常工作。
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2.2 光伏充電單元總體結構設計
依據光伏電站原理和電動車充電方式，參考青島市特殊的地理環境條件，設計青島市光伏充電單元總體結構。青島市電動車光伏充電單元總體結構設計必須考慮到青島市地理環境特點，以確保青島市建設光伏充電單元的可行性，同時光伏充電單元光伏支架的設計也需要滿足青島市地理環境的要求。如圖2.3所示為青島市地理位置，青島市地處山東半島東南部，屬溫帶季風氣候，但是青島市主要經濟地區鄰近黃海，具有顯著的海洋性季風氣候。青島市年太陽能輻射總量為118.1Kcal/cm2，等效峰值日照時長為1370.0小時，平均全年日照時間為2485.0小時[43]。青島市太陽能資源豐富，其年太陽能輻射總量大、太陽光照總時數多，且青島市年均晴天數為262.1天、無霜期較長、全年降雪量較少，因此青島市適合建設光伏充電單元。光伏充電單元是集併網運行、電網削峰填谷、最大功率點跟蹤(MPPT)、孤島檢測、電動車充放電控制等功能於一體的系統[44]。如圖2.4所示電動車光伏充電單元結構，圖中實線為電能線，箭頭表示電能輸送方向；虛線為控制信號線[45]。
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第三章 光伏充電單元匹配設計.....17
3.1 光伏支架設計參數 ............ 17
3.1.1 光伏陣列參數 ......... 17
3.1.2 光伏組件安裝方向角和傾斜角 ........ 18
3.1.3 光伏陣列間並聯最小間距 ....... 19
3.2 逆變器功率 ...... 20
3.3 電池組容量 ...... 21
3.4 充電樁充電功率 ....... 22
3.5 本章小結 .......... 22
第四章 光伏充電單元支架結構設計與優化............23
4.1 光伏支架總裝設計 ............ 23
4.2 光伏支架總裝有限元分析 ......... 25
4.3 光伏支架總裝結構優化 .... 29
4.4 本章小結 .......... 32
第五章 光伏充電單元關鍵電路設計與仿真............ 33
5.1 光伏充電單元最大功率點跟蹤設計與仿真 ........ 33
5.2 光伏充電單元逆變器(DC/AC)設計與仿真 ......... 42
5.3 光伏充電單元充電電路設計與仿真 ........... 56
5.4 本章小結 .......... 60
第五章 光伏充電單元關鍵電路設計與仿真
光伏充電單元功能的實現需要一套完整的電路系統，目前並未有針對青島市光伏充電單元電路參數的設計理論研究，在建設光伏充電單元之前，依據光伏充電單元總體結構與工作原理和光伏充電單元匹配設計，對光伏充電單元關鍵電路結構進行設計，同時對光伏充電單元光伏陣列最大功率點跟蹤、光伏充電單元光伏發電併網、電池組充電等進行仿真實驗分析，驗證光伏充電單元的合理性、可靠性和經濟性，對青島市光伏充電單元具有非常重要的意義。光伏充電單元參考項目設計要求，青島市電動車光伏充電單元光伏陣列輸出功率選定為 1kW，採用額定功率為 250W 的光伏組件，需要 4 塊光伏組件。
5.1 光伏充電單元最大功率點跟蹤設計與仿真
5.1.1 光伏組件建模與仿真
光伏陣列是光伏充電單元最重要的組成部分之一，其 I-U、P-U 特性受太陽輻射強度、安裝地點溫度以及光伏組件內部 PN 結參數影響呈現非線性關係[73]。要研究光伏充電單元的動態特性，首先要建立光伏陣列的光伏組件的數學模型，並建立仿真模型，進行仿真模擬分析。光伏組件模型依據參數組成可分為三種：五參數模型、四參數模型、三參數模型，不同模型所對應的等效電路圖如圖 5.1 所示，光伏組件對負載 RL供電，Rsh為並聯電阻、Rs為串聯電阻、Iph為光伏組件光生電流、IL為光伏組件輸出電流、ID為流過等效二極體的電流、Ish為流進並聯電阻的電流、U 為光伏組件輸出電壓（即外電路路端電壓），其中五參數模型是考慮了光伏組件等效電路中的串聯電阻和並聯電阻的作用、四參數模型是不考慮光伏組件等效電路中的並聯電阻的作用以及三參數模型是不考慮光伏組件等效電路中的串聯電阻和並聯電阻的作用。
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結論
光伏發電在可再生能源結構中具有十分重要的地位，青島市政府高度重視生態環境的保護工作，大力發展新能源，並採取鼓勵措施促進電動車的發展，青島市電動車光伏充電單元研究正是站在社會需求的角度所提出的，並作為青島市光伏充電單元建設的理論基礎。依據青島市電動車光伏充電單元功能需求，設計光伏充電單元總結構，並對光伏充電單元光伏支架、關鍵電路等進行設計和仿真分析，為光伏充電單元建設提供重要參考依據。
（1）分析了光伏充電單元原理，為光伏充電單元提供理論依據，確定了青島市特殊的地理環境條件適合建設光伏充電單元，按照光伏充電單元的功能要求，設計青島市光伏充電單元的總體結構，並制定光伏充電單元工作原理。
（2）建立了一整套光伏充電單元參數匹配方案，主要包括光伏支架設計參數、逆變器功率、電池組容量、充電樁功率，並作為光伏充電單元電路參數設計和後期建設的理論依據。
（3）形成了光伏支架從結構設計到優化選型的設計計算分析方法，依據光伏支架設計參數匹配方案，設計出光伏支架結構，進行有限元分析，然後進行結構優化，優化後支架總裝最大應力為119.31MPa，比優化前降低7.6%，同時光伏支架總裝質量和總變形均有所降低。根據光伏支架總裝優化結果，加工並安裝光伏支架。
（4）制定一套光伏充電單元電路參數設計理論，包括升降壓電路參數、LCL型濾波器參數、逆變器控制參數、充電電路降壓變換器參數等。
（5）搭建光伏組件仿真模型，仿真結果符合經驗特性曲線；依據光伏組件模型結合升降壓電路搭建光伏陣列最大功率點跟蹤模型，仿真結果表明光伏充電單元能夠快速實現光伏陣列最大功率點跟蹤；以光伏陣列最大功率點跟蹤模型為輸出，LCL型單相 PWM 逆變電路為主體，搭建光伏充電單元逆變器仿真模型，仿真結果符合國家對併網逆變器併網標準要求。最後根據光伏充電單元工作原理，對電池組充電電路結構進行設計，並搭建仿真模型，仿真結果分析表明：電池組能夠較好地進行充電。
（6）結合光伏充電單元光伏陣列最大功率點跟蹤、光伏充電單元光伏發電併網、電池組充電的電路結構設計和仿真實驗分析，表明光伏充電單元的功能能夠很好地實現，並且為青島市光伏充電單元建設提供重要設計數據。
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參考文獻（略）
1.1 背景與意義
能源是社會發展的物質基礎和經濟增長的重要驅動力[1]，而目前能源消費主要來自一次能源：石油、煤炭。據相關機構預測：到2020年，新能源在全球能源消費中占比將達到16%，其中太陽能在人類用電消費的占比將達到4%，到2040年人類用電消費中太陽能占比將達到20%；到21世紀末，光伏發電將達到全球總發電量的60%以上。我國2016年的能源消費總量為43.6×108tce，其中煤炭消費量占62%，石油消費量占21.3%，其他清潔能源占比為19.7%，隨著我國經濟的發展，傳統的粗放式能源消費方式對我國生態環境的損害巨大，同時也嚴重製約了我國經濟的可持續發展。我國把可持續發展放到國家戰略層面上，提出發展低碳經濟並降低碳排放量，十八屆五中全會把綠色發展理念列入五大發展理念之一，同時生態文明建設成為我國“十三五”規劃的核心部分。中國在巴黎氣候大會上提出將於2030年左右使二氧化碳排放達到峰值，且單位國內生產總值CO2排放比2005年減少60%~65%。但是我國能量消費產業在低碳排放的要求下，其能源利用效率明顯低於無低碳排放要求的情況[2]，我國作為能源消費大國，在碳減排約束下如何實現經濟的可持續發展是迫切要解決的問題，現今需要尋找一種可再生能源來解決日益嚴重的能源問題。太陽能作為地球上最主要的能源來源，其具有取之不盡、綠色環保、安全可靠等特點[3]。現今利用太陽能的主要途徑是基於“光生伏特效應”原理，實現光電轉換。目前研究和應用最廣泛並且技術已經達到相對成熟的太陽能電池是矽太陽能電池，單晶矽電池的最高效率已經達到24.4%[4]。從上世紀90年代開始，世界太陽能利用進入了飛速發展的新階段，世界上很多國家越來越重視太陽能光伏發電系統的研究和建設，光伏發電已形成一個新的產業並得到世界各國的長期支持[5]。2015年全球光伏總裝機總量已達到222GW，預計到2020年將達到700GW。與此同時，進入21世紀以來，我國光伏產業飛速發展，產能和產量占世界總量的一半以上。國家“十二五”可再生能源規劃目標提出[6]：至2015年底，我國太陽能年發電總量消費可省去5.0×107tce的消耗，其中太陽能發電裝機容量為2.1×107KW；到2020年將達到5.0×107KW。截止到2012年底，世界光伏發電總裝機容量已達100GW，預計到21世紀中葉，光伏發電將發展為重要的發電方式，在世界可持續能源結構中將占有相當大的比例。
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1.2 國內外電動車光伏充電單元研究現狀
人類對太陽能利用歷史悠久，太陽能光伏發電的出現最早是為了解決偏遠地區用電困難問題，後期應用於航天空間領域，隨著光伏發電技術的發展，光伏發電應用領域越來越廣泛。目前光伏發電技術已經非常成熟，應用較多的有晶體矽光伏組件、薄膜光伏組件和聚光光伏組件，最為普及的為晶體矽光伏組件，截止到2016年底，全球光伏裝機容量達到300GW，其中中國2016年光伏新增和累計裝機容量均居世界第一。德國作為歐洲光伏產業的重心，很早就將光伏發電列入國家能源發展規劃，率先頒布大量關於規範和促進光伏產業的法案，加大技術研發投入和光伏發電併網補貼，同時歐洲各國紛紛效仿並出台相關政策，加大對光伏產業的支持力度，極大地促進了光伏產業的發展。在此期間歐洲出現了大批光伏設備製造企業：梅耶博格、Rena、歐瑞康等，同時，歐洲也是全球最大的光伏應用市場，2011年歐洲光伏市場份額達到580億美元，從事光伏產業人員達40萬。美國光伏產業起步較晚，但是隨著政府的重視，光伏技術研發投入逐漸增加、市場推廣飛速提高，極大地促進了了光伏產業的發展，2016年美國新增裝機容量約為13GW，超過2012年光伏發電累計裝機量。2006年前，日本光伏組件產量一直位居第一，隨著中國和西方已開發國家在光伏領域的發展，日本光伏組件產量逐漸被反超，但是2012年日本光伏組件出貨量仍然高達2.4GW，日本是最早啟動光伏應用產業的國家，同時在光伏研發投入大量人力物力，為光伏產業的推廣提供了巨大的助力。我國太陽能資源豐富，尤其是西藏、新疆南部、青海以及甘肅和內蒙古等地年太陽輻射量均超過6300MJ/m2[12]。我國在1958年開始光伏組件研究，至20世紀90年代我國光伏產業進入全面發展階段，進入21世紀，我國加大對光伏發電的研發投入，同時相繼出台《光伏製造業行業規範條件》、《太陽能發電發展“十二五”規劃》、《關於申報分布式光伏發電規模化應用示範區的通知》等規範並促進光伏產業發展的政策方針[13]。同時為了推進光伏產業發展，各省市也出台了相關的鼓勵政策，如江蘇省政府提出《關於繼續扶持光伏發電政策意見的通知》等。青島市積極落實國家和山東省關於光伏發電價格補貼和資金支持政策，並大力發展光伏產業，大批光伏企業在西海岸新區投資推廣光伏項目，如海爾工業園光伏發電項目、農業光伏大棚項目等。目前，我國已經形成較為完善的光伏產業鏈，隨著國內光伏政策的完善及國內外市場的拓展，我國光伏產業發展將會達到更高的水平。
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第二章 光伏充電單元總體結構與工作原理
電動車光伏充電單元具有光伏電站與電動車充電站的功能，在實現光伏發電同時可將光伏電站發電供給電動車充電，其優勢明顯，不僅可以解決電動車的充電困難、降低充電設施的建設成本、降低碳排放、改善生態環境和緩解能源危機，而且更加便捷地利用太陽能，提高光伏電站的經濟性。電動車光伏充電單元是將光伏電站和電動車充電站有機結合在一起，因此光伏充電單元主要以光伏發電系統（光伏電站）原理和電動車的充電方式為參考，其中光伏電站原理及功能是關鍵，可認為電動車充電樁為光伏電站的用電負載，電動車光伏充電單元按照是否與電網形成用電互補分為併網電動車光伏充電單元和離網電動車光伏充電單元，電動車光伏充電單元的結構設計和工作原理制定要依據其功能要求和結構特點。
2.1 光伏充電單元原理
光伏充電單元最主要的功能是將光伏陣列所發電能供電動車充電，因此光伏充電單元原理涉及到光伏電站原理和電動車充電方式。光伏電站可依據功能需求、所帶負載特性、安裝場所及是否與電網併網等分為不同類型。根據光伏電站是否與電網併網可將其分為離網光伏電站和併網光伏電站[41]；依據其所帶負載不同，可分為直流負載光伏電站和交流負載光伏電站；根據一些特殊需求還有離網併網混合型光伏電站和風光互補發電系統等。根據電動車光伏充電單元特殊工作環境和功能要求，主要分析併網光伏電站。區別於獨立光伏電站，併網光伏電站與電網併網，其主要應用於與建築相結合以及位於荒涼地帶的光伏電站，按照有無儲能裝置分為可調度式和不可調度式併網光伏電站。不可調度式併網光伏電站和可調度式併網光伏電站分別如圖2.1與圖2.2所示。除去電池組，可調度式和不可調度式併網光伏電站均由光伏陣列、DC/DC變換器(升壓器)、控制器、逆變器、負載、電網等組成，對於不可調度式併網光伏電站，逆變器將從光伏陣列輸入的直流電逆變後輸出與電網電壓同頻同相的交流電[42]，在正常工作條件下，負載由光伏陣列提供電能；當光伏陣列發電功率低於負載要求，負載從電網獲取補充電能；當光伏陣列發電功率高於用電負載額定功率，多餘功率輸送至電網；但當電網斷電情況下，用電負載無法正常工作。
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2.2 光伏充電單元總體結構設計
依據光伏電站原理和電動車充電方式，參考青島市特殊的地理環境條件，設計青島市光伏充電單元總體結構。青島市電動車光伏充電單元總體結構設計必須考慮到青島市地理環境特點，以確保青島市建設光伏充電單元的可行性，同時光伏充電單元光伏支架的設計也需要滿足青島市地理環境的要求。如圖2.3所示為青島市地理位置，青島市地處山東半島東南部，屬溫帶季風氣候，但是青島市主要經濟地區鄰近黃海，具有顯著的海洋性季風氣候。青島市年太陽能輻射總量為118.1Kcal/cm2，等效峰值日照時長為1370.0小時，平均全年日照時間為2485.0小時[43]。青島市太陽能資源豐富，其年太陽能輻射總量大、太陽光照總時數多，且青島市年均晴天數為262.1天、無霜期較長、全年降雪量較少，因此青島市適合建設光伏充電單元。光伏充電單元是集併網運行、電網削峰填谷、最大功率點跟蹤(MPPT)、孤島檢測、電動車充放電控制等功能於一體的系統[44]。如圖2.4所示電動車光伏充電單元結構，圖中實線為電能線，箭頭表示電能輸送方向；虛線為控制信號線[45]。
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第三章 光伏充電單元匹配設計.....17
3.1 光伏支架設計參數 ............ 17
3.1.1 光伏陣列參數 ......... 17
3.1.2 光伏組件安裝方向角和傾斜角 ........ 18
3.1.3 光伏陣列間並聯最小間距 ....... 19
3.2 逆變器功率 ...... 20
3.3 電池組容量 ...... 21
3.4 充電樁充電功率 ....... 22
3.5 本章小結 .......... 22
第四章 光伏充電單元支架結構設計與優化............23
4.1 光伏支架總裝設計 ............ 23
4.2 光伏支架總裝有限元分析 ......... 25
4.3 光伏支架總裝結構優化 .... 29
4.4 本章小結 .......... 32
第五章 光伏充電單元關鍵電路設計與仿真............ 33
5.1 光伏充電單元最大功率點跟蹤設計與仿真 ........ 33
5.2 光伏充電單元逆變器(DC/AC)設計與仿真 ......... 42
5.3 光伏充電單元充電電路設計與仿真 ........... 56
5.4 本章小結 .......... 60
第五章 光伏充電單元關鍵電路設計與仿真
光伏充電單元功能的實現需要一套完整的電路系統，目前並未有針對青島市光伏充電單元電路參數的設計理論研究，在建設光伏充電單元之前，依據光伏充電單元總體結構與工作原理和光伏充電單元匹配設計，對光伏充電單元關鍵電路結構進行設計，同時對光伏充電單元光伏陣列最大功率點跟蹤、光伏充電單元光伏發電併網、電池組充電等進行仿真實驗分析，驗證光伏充電單元的合理性、可靠性和經濟性，對青島市光伏充電單元具有非常重要的意義。光伏充電單元參考項目設計要求，青島市電動車光伏充電單元光伏陣列輸出功率選定為 1kW，採用額定功率為 250W 的光伏組件，需要 4 塊光伏組件。
5.1 光伏充電單元最大功率點跟蹤設計與仿真
5.1.1 光伏組件建模與仿真
光伏陣列是光伏充電單元最重要的組成部分之一，其 I-U、P-U 特性受太陽輻射強度、安裝地點溫度以及光伏組件內部 PN 結參數影響呈現非線性關係[73]。要研究光伏充電單元的動態特性，首先要建立光伏陣列的光伏組件的數學模型，並建立仿真模型，進行仿真模擬分析。光伏組件模型依據參數組成可分為三種：五參數模型、四參數模型、三參數模型，不同模型所對應的等效電路圖如圖 5.1 所示，光伏組件對負載 RL供電，Rsh為並聯電阻、Rs為串聯電阻、Iph為光伏組件光生電流、IL為光伏組件輸出電流、ID為流過等效二極體的電流、Ish為流進並聯電阻的電流、U 為光伏組件輸出電壓（即外電路路端電壓），其中五參數模型是考慮了光伏組件等效電路中的串聯電阻和並聯電阻的作用、四參數模型是不考慮光伏組件等效電路中的並聯電阻的作用以及三參數模型是不考慮光伏組件等效電路中的串聯電阻和並聯電阻的作用。
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結論
光伏發電在可再生能源結構中具有十分重要的地位，青島市政府高度重視生態環境的保護工作，大力發展新能源，並採取鼓勵措施促進電動車的發展，青島市電動車光伏充電單元研究正是站在社會需求的角度所提出的，並作為青島市光伏充電單元建設的理論基礎。依據青島市電動車光伏充電單元功能需求，設計光伏充電單元總結構，並對光伏充電單元光伏支架、關鍵電路等進行設計和仿真分析，為光伏充電單元建設提供重要參考依據。
（1）分析了光伏充電單元原理，為光伏充電單元提供理論依據，確定了青島市特殊的地理環境條件適合建設光伏充電單元，按照光伏充電單元的功能要求，設計青島市光伏充電單元的總體結構，並制定光伏充電單元工作原理。
（2）建立了一整套光伏充電單元參數匹配方案，主要包括光伏支架設計參數、逆變器功率、電池組容量、充電樁功率，並作為光伏充電單元電路參數設計和後期建設的理論依據。
（3）形成了光伏支架從結構設計到優化選型的設計計算分析方法，依據光伏支架設計參數匹配方案，設計出光伏支架結構，進行有限元分析，然後進行結構優化，優化後支架總裝最大應力為119.31MPa，比優化前降低7.6%，同時光伏支架總裝質量和總變形均有所降低。根據光伏支架總裝優化結果，加工並安裝光伏支架。
（4）制定一套光伏充電單元電路參數設計理論，包括升降壓電路參數、LCL型濾波器參數、逆變器控制參數、充電電路降壓變換器參數等。
（5）搭建光伏組件仿真模型，仿真結果符合經驗特性曲線；依據光伏組件模型結合升降壓電路搭建光伏陣列最大功率點跟蹤模型，仿真結果表明光伏充電單元能夠快速實現光伏陣列最大功率點跟蹤；以光伏陣列最大功率點跟蹤模型為輸出，LCL型單相 PWM 逆變電路為主體，搭建光伏充電單元逆變器仿真模型，仿真結果符合國家對併網逆變器併網標準要求。最後根據光伏充電單元工作原理，對電池組充電電路結構進行設計，並搭建仿真模型，仿真結果分析表明：電池組能夠較好地進行充電。
（6）結合光伏充電單元光伏陣列最大功率點跟蹤、光伏充電單元光伏發電併網、電池組充電的電路結構設計和仿真實驗分析，表明光伏充電單元的功能能夠很好地實現，並且為青島市光伏充電單元建設提供重要設計數據。
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參考文獻（略）
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