第1章绪论
1.1论文选题的背景及意义
光伏建筑一体化（BIPV)，即光伏产品与建筑相结合，将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术「‘〕，这一概念在1991年被正式提出光伏产品既有外围围护结构的功能，又可自主发电供建筑使用，是利用可再生太阳能清洁能源发电的绿色建筑技术。人们日益追求更高的住宅生活质量，建筑能耗进一步提高，光伏建筑一体化需求酝酿产生。随着社会的发展和科技的进步，全球经济的迅速发展和人口的不断增加，人类对能源的消耗速度逐步加快。地球能源构成比例中，石油占41%、煤炭占27%、天然气占23%，[3],由探测到的能源存量和人类消耗速度估计，这些矿物质能源还可供人类消耗一百多年左右。地球环境因大量燃烧矿物能源而日益恶化，大量的废弃排放引起温室效应，世界能源组织高度呼吁各国注意保护环境，同时，各国积极响应高度重视节能减排、降低能耗，保护环境、积极探索开发利用可再生新能源。而太阳能资源是最丰富的可再生能源之一，其取之不尽用之不竭，且对环境无任何污染，将会是最为理想的替代性新型能源⑷。
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1.2建筑光伏发电系统国内外研究状况
1.2.1国内研究现状
光伏建筑一体化把建筑与光伏发电系统融为一体，有利于节能环保和提高建筑能效。据悉，深圳已建成我国第一栋光伏建筑；西藏为解决当地生活用电，已建造6座光伏发电站；北京奥运会建造太阳能光伏奥运村，太阳能光伏板安装在建筑楼顶和楼面釆集能源，为运动员提供生活用电需求。尽管已经建成一些示范性的太阳能光伏建筑发电系统，由于太阳能光伏制造成本高和发电效率低的瓶颈没有突破，光伏建筑系统还远没有达到规模化的程度，也没有达到国外的规模水平，随着国家政策的扶持和技术的升级改进，未来会有很大的发展空间，可以想象我国太阳能光伏建筑的利用前景将是一片光明。我国是能源需求大国，积极发展新能源领域技术，在2006年中国太阳能电池产量达到369.5MWP，超过美国，仅次于日本和德国，成为世界第三大光伏电池生产国。2007年光伏电池产量达到1088MW，成为世界最大的太阳能电池生产国。中国光伏发电市场主要在通信、工业应用、农村和边远地区。光伏建筑一体化的研究开发也取得很大的发展，在北京、上海、深圳等地建成光伏屋顶系统，联合国能源机构调查显示，光伏建筑一体化将成为重要的新能源应用之一，是未来城市建筑节能环保的热点方向，光伏产品和建筑集合是未来光伏产业发展趋势，中国目前处于太阳能建筑一体化和并网系统的技术科技攻关和工程示范阶段。
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第2章太阳能电池
2.1太阳能电池发电原理
法国物理学家贝克雷尔(Becqurel)于1839年发现光伏电池的光生伏特效应[23]，简称“光伏效应”，英文名称：Photovoltaic effect,即把光能转化为电能。上世界五十年代中期，第一块单晶桂太阳电池在贝尔实验室问世，其原理是利用半导体的光伏效应，半导体PN节的电子和空穴在导体受到光照时定向流动，电压由此产生。桂片电池经过一系列串并联后封装成不同电压电流等级的电池组件。对晶体桂太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0. 5?0. 6V, —般不作为直接应用，将电池单元按照需要的输出电压功率再进行串联、并联，并封装成光伏组件，再将光伏组件按不同功率电压需要进行串并联，组成光伏阵列。太阳能等效电路如图2-1
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2. 2太阳能电池种类
现今市场上使用最多的太阳电池是桂电池，桂电池种类有单晶、多晶和非晶桂太阳电池三种，它们根据晶体结构划分。单晶娃和多晶桂太阳电池称为晶体桂太阳电池，桂体电池是当前市场上的主流产品，占据较大市场份额。
2. 2. 1单晶娃电池性能
目前市场上使用较多的是单晶硅和多晶硅，前者光电转换效率大约在16%?18%之间，后者略低一些。硅电池的工作性能受温度影响，而开路电压随着温度的升高而较大幅度下降，短路电流会随着电池工作温度升高而小幅度升高。
2. 2. 2多晶娃电池性能
以多晶桂为基体材料的太阳电池称为多晶桂太阳电池，该材料以饶铸成型，减少了制造生产时间和生产成本，所以价格方面要优于单晶桂。多晶桂太阳电池按材料的厚度分，可分为体电池和薄膜电池，多晶桂体太阳电池一般称为多晶桂太阳电池。
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第3章太阳能电池最大功率点跟踪.........18
3.1试验用太阳能电池参数.......18
3. 2最大功率点跟踪方法..............18
3. 3最大功率跟踪采用的硬件电路...........22
3.4基于Cuk升降压电路的matalab仿真..........26
第4章光伏建筑发电系统的控制器与逆变实现.........27
4.1逆变硬件电路及功能........27
4. 2逆变技术控制策略......28
4. 3数字控制SPWM生成的几种方法.......29
4.4 SPWM驱动电路.........31
4. 5单片机PWM输出规..........33
4. 6基于面积等效法建立的正弦表........34
4.7单片机输出SPWM波形部分程序..........35
4.8逆变输出波形.........37
第6章逆变器闭环控制算法
为使系统稳定，一般都使用闭环控制，实现闭环控制的方法有很多种，较为常用的是PID控制。随着智能控制的进一步发展，越来越多的系统使用智能控制方法。智能控制方法种类也很多，一般有自适应控制、神经网络控制、模糊控制等。论文结合逆变器着重介绍经典HD控制算法实现，比较PID控制方法和纯模糊控制方法的特点，提出参数自调整模糊PID控制方法，介绍与论文相关模糊数学理论方法，给出参数自调整模糊PID具体的实现方法和实现过程。
6.1 PID控制和纯模糊控制
经典模拟PID由比例积分微分环节、被控对象、检测机构构成闭环控制系统，其数学表达式可以由位置式和增量式来表达。经典模拟PID控制框图如图6-1所示。
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第7章总结
设计了一台1000W的太阳能建筑发电系统，利用最大功率点跟踪技术以提高系统发电功率，设定初始值启动MPPT具有更快的追踪效果。单片机结合面积等效法数字软件生成SPWM波形技术，数字软件生成SPWM技术容易实现复杂算法，具有较强的通用性，修改程序方便灵活。采用均方根交流采样算法采样计算逆变器输出的交流电压，在一个电压周期结束即可计算出电压有效值，快速准确误差小。参数自调整模糊PID闭环控制技术输出稳定的交流电压，具有在线动态调整PID系数参数，较快的响应速度。工频模式把逆变输出的电压升高至工频电压，工频模式具有高低压隔离和滤波功能，能承受更高的电压冲击。论文在对比了不同方法下最大功率点跟踪的优劣，以Cuk升降压电路作为试验最大功率点跟踪电路，更加适用于不同负载的变化；对比了不同的SPWM生成理论方法，选择面积等效法作为SPWM生成理论基础，给出具体的设计过程和试验波形；对比了不同的交流采样方法，选择了均方根算法，给出详细的软硬件设计过程，取得较好的精度；对比了传统PID控制技术和纯模糊控制技术的优缺点，并结合这两种方法的优点，提出参数自调整模糊PID控制策略，使系统具有更好的响应速度和动静态特性。由于设计的是独立式光伏建筑发电系统，涉及到的知识面非常广泛，既有建筑学又有力学和电气学等，论文侧重于电气部分，没有从建筑安装力学等方面考虑，也没有设^计并网功能。在设计参数自调整模糊PID闭环控制的时候，变量论域的选择，隶属函数的选择，模糊规则的确定都存在较大的人为主观性和经验性，模糊化输入量比例因子和输出量比例因子的选择也是按照一定的经验和规则，其合理性有待进一步验证。无论是变量论域、隶属度函数、模糊规则控制规则表还是输入输出量的比例因子，都还有进一步优化改进的空间。
参考文献（略）