太阳能光伏发电技术（精选11篇）
太阳能光伏发电技术 篇1
0前言
随着社会的进步, 全世界依然全面的进入到了信息化带动工业化的重要时期, 这一时期具有一个鲜明的特点, 那就是工业制造业发展迅速, 垃圾污染物迅速堆积, 所以人们在追求高速发展的同时, 也将眼光投向了便捷环保。而太阳能正是这样一项适合可持续发展道路的重要环保项目, 所以世界当中各个国家都在积极努力的发展太阳能技术, 所以综上所述, 笔者以此为前提背景, 顺应开发可再生能源的政策要求, 以太阳能光伏发电为楔入点, 通过对其技术及应用的分析, 为大家系统的阐述这一技术特点。
1 太阳能光伏发电技术
控制器、电能储存、变换环节、光伏电池板是构成电能变换系统的主要结构, 也是太阳能光伏发电系统的重要组成部分。随着世界性节能资源的兴起, 太阳能光伏技术, 从单一的电池板生产已然发展到了电子电力变换器的设计, 从局部到整体有了翻天覆地的变化, 其中, 在光伏发电系统当中, 光伏阵列的最大功率跟踪技术、太阳能电池技术、孤岛效应检测技术、聚光器技术等都是系统运行所涉及到的重要技术, 但是由于篇幅有限, 笔者只能从太阳能电池技术与聚光技术两个方面入手, 为大家侧面的阐述一下。
1.1 太阳能电池技术
在太阳能光伏发电系统中, 光伏电池是其基本核心部件, 但是由于其存在着许多问题, 仍然不能得到大规模的普及与应用, 其中通过总结与分类, 我们大致可以将问题分为两类:一是成本过高, 而且高光电转换效率过低。比如在第一代光伏电池当中, 其主要基础设施以硅片为主, 虽然通过十多年的有效研究, 已然大幅度的增加了高光电转换的效率, 但是其成本还是过高, 无法大量的投入生产, 所以在第二代光伏电池中, 薄膜技术被广泛的开发应用, 其技术特点主要为在非硅材料的衬底上, 铺设很薄的光电材料层, 如此不仅增加了转换效率, 还降低了成本, 可以大规模的投入到生产使用当中, 已然成为了国际太阳能光伏发电的主流生产技术。而当下, 科研者又将目光投向了以理论极限光电转换效率为基础的第三代太阳能电池, 其利用先进薄膜制造技术为基础, 依靠有机聚合物电池、多层多结、染料敏化太阳能电池、纳米结构电池、量子点等先进技术, 以提高光电转换光电效率为目标, 以降低生产成本为最终策略, 进行了大规模的科研与实验, 相信在不久的将来, 这一技术将系统的应用在太阳能光伏发电当中。
1.2 聚光光伏技术
由于大气的阻隔和太阳的距离等不可逆的因素影响, 直接到达地面的太阳能过低, 这直接导致了利用效率的下降, 所以为了提高太阳能利用效率, 就要从有效的聚光光伏技术入手。其具体的研究难点从本质上来说反应在两个方面, 一方面成本过高, 所以如何使用低廉的聚光物质代替昂贵的聚光材料成为了研究的一大主题, 另一方面密度太低, 由于太阳光的分散性很强, 并且受控制的手段很少, 所以如何解决小面积受光却能聚集大范围能量这一问题, 也受到了广泛的关注。通过对聚光器分析, 我们可以清晰地了解其整个技术原理, 包括反射聚光技术、折射聚光技术、热光伏聚光技术、荧光聚光技术、全息聚光技术和混合聚光技术等。其中混合聚光器利用反射、内部反射和折射达到聚光。而荧光技术和全息聚光技术还尚不成熟。但是热光伏聚光技术依然完全成熟, 其工作原理是:太阳把辐射器加热到高温, 完成光热转换;辐射器再发出辐射到太阳能电池上, 完成光电转换。在2009年6月的我国自主研发出的“4倍聚光+跟踪”的新型光伏发电技术, 具有廉价、轻巧、效率高、抗风强等特点, 正是利用了这一技术特点。
2 太阳能光伏发电技术的应用
太阳能光伏发电的应用方式有多种, 包括独立、并网、混合光伏发电系统, 光伏与建筑集成系统以及大规模光伏电站领域;在偏远农村电气化、荒漠、军事、通信及野外检测等领域得到广泛应用, 并且随着技术的发展, 其应用领域还在不断地延伸和发展 (由于篇幅有限, 下面笔者就针对独立、并网、混合光伏发电等三种技术应用方式进行阐述) 。
2.1 独立光伏发电系统
独立光伏发电系统是不与公共电网系统相联接而孤立运行的发电系统, 通常建设在远离电网的偏远地区或作为野外移动式便携电源, 比如公共电网难以覆盖的边远农村、海岛、边防哨所、移动通讯基站等等。由于太阳能发电的特点是白天发电, 而负荷用电特性往往是全天候的, 因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少。尽管其供电可靠性受气象环境等因素影响很大, 供电稳定性也相对较差, 但它是偏远无电地区居民和社会用电问题的重要解决方式。
2.2 并网光伏发电系统
并网光伏发电系统与公共电网相联接, 共同承担供电任务。光伏电池阵列所发的直流电经逆变器变换成与电网相同频率的交流电, 以电压源或电流源的方式送入电力系统。容量可以视为无穷大的公共电网在这里扮演着储能环节的角色。因此并网系统不需要额外的蓄电池, 降低了系统运行成本, 提高了系统运行和供电稳定性, 并且光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统, 它是当今世界太阳能光伏发电技术的最合理发展方向。
2.3 混合光伏发电系统
混合光伏发电系统是将一种或几种发电方式同时引入光伏发电系统中, 联合向负载供电的系统。其目的是为了综合利用各种发电技术的优点, 避免各自的缺点。如光伏系统的优点是维护少, 缺点是电能输出依赖于天气、不稳定。在冬天日照差, 但风力大的地区, 采用光伏、风力混合发电系统, 可以减少对天气的依赖性, 降低负载缺电率。
以下笔者针对大连周水子机场三期航站楼项目拟采用太阳能光伏发电技术做一下简单介绍, 虽然最终由于投入资金问题并没有最终采用此技术, 但是希望大家能够对太阳能光伏发电技术有所了解, 产生兴趣并投入实际运用。
(1) 系统概述
系统设计容量:150KWp。
(2) 系统运行原理描述
1) 系统总体分为两部分, 一部分为太阳能电池阵列部分, 另一部分为控制逆变系统部分。
2) 太阳能电池阵列部分主要为太阳能电池组件组成的阵列及汇流箱 (太阳能接线箱) 等附属部件。当太阳光照射到太阳能电池组件上, 根据半导体的光伏效应, 电池组件两端产生电压。汇流箱将电池阵列产生的直流电能通过电缆输送到1#变电站逆变器。
3) 控制逆变系统主要分为逆变器以及控制柜 (太阳能交流配电柜) 。逆变器将汇流箱输送来的直流电能逆变成符合标准的交流电能, 并输送给控制柜。控制柜在有保护的情况下, 将交流电能通过电缆输送到并网点 (1#变压器0.4k V交流母线下侧) 。
(3) 设备布置概述
1) 电池阵列:采用高效多晶硅电池组件, 在新建航站楼屋顶分阵列布置。
2) 屋面电池阵列至逆变器及控制中心的电力线缆与通信线缆沿线槽铺设。
3) 控制逆变系统:逆变器及太阳能控制配电柜放置于机场新建航站楼1#变电站内。
4) 光伏发电控制中心设置在1#变电站值班室。
(4) 设备指标概述
1) 太阳能电池板:
a.在标准测试条件下峰值功率200Wp以上, 转化效率在14%以上;
b.温度范围-40℃~+90℃;
c.功率误差范围在±5%以内;
d.机械荷载 (Mechanical load) 不小于5400Pa (按照IEC61215标准测试) 。
2) 汇流箱:
a.主要功能:汇流、防雷、保护等;
b.产品防护等级为IP65。
3) 逆变器:
a.满足太阳能阵列电压在DC200V~450V范围内具有MPPT功能;
b.输出功率因数≥0.99;
c.额定效率≥93%;
d.具有完善保护功能:直流过压、欠压保护、交流过压、欠压保护、交流过频、欠频保护、短路保护、漏电保护、防雷保护、防孤岛保护等。
4) 控制柜:
a.产品类型为屋内自立型;
b.主要功能:交流输配电功能、紧急停止功能、防逆流功能、数据采集通信功能、系统运行控制功能等。
*:系统时时监测电网电能质量, 当检测到电网过压、欠压、电网过频欠频、孤岛运行、逆流等情况, 并持续一定时间, 此时系统采取保护措施, 断开输出断路开关, 停止系统对电网的电力输送。在检测到电网恢复正常并运行一定时间后, 系统重新启动输出, 恢复运行。
(5) 系统依据标准 (JGJ203-2010) 设计情况:
(6) 光伏发电系统运行概述:
1) 该系统采用0.4k V无逆流低压侧并网方式运行设计。
2) 当系统直流输入恢复正常或达到一定值后, 逆变器自动启动。逆变器将直流电转换成交流电, 调节电压并使其与商用电网同步。
3) 如果商用电网出现问题或故障, 则从商用电网中断开逆变器输出, 随后逆变器将进入待机模式。如果商用电网恢复正常, 则在设定的一定时间后, 系统重新运行为商用电网供电。
4) 如果系统逆变器出现直流接地断开连接、交流过流、直流泄露、断路器过流、总线过压等问题, 逆变器停止输出。
5) 如果因为光伏系统输入大于并网所在回路负载功率, 防逆流装置会检测到信息并传递给系统, 系统停止输出。
6) 当系统直流输入出现故障或低于一定值后, 逆变器自动从商用电网中断掉转换部件, 之后进入待机模式。
3 结束语
在当下, 随着科学生产力的提高, 越来越多的地方需要用电, 而针对我国而言, 由于地域广阔, 人口基数过大, 制造业又蓬勃兴起, 正是需要大量用电的高峰时期, 所以对电能源的供应相对缺乏, 而太阳能光伏发电技术的应用, 则极大程度上满足了供电不足的情况。所以笔者呼吁, 应大力开展太阳能光伏技术的研发情况, 建立大量的模拟实验场所, 对其应用性能进行广泛的测验, 只有如此, 才能促进我国的太阳能技术的研发与使用, 增强我国的供电力量。
摘要：本文重点阐述了太阳能光伏发电的技术及应用, 包括分析了太阳能电池技术、聚光光伏技术、独立、并网、混合光伏发电系统等具体的研究事项, 希望通过本文的阐述, 大家能对其有一个系统的了解。
关键词：太阳能,光伏,技术,应用
参考文献
[1]赵争鸣, 刘建政, 孙晓英等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社, 2005
[2]倪萌, MK Leung.KSumathy.太阳能电池研究的新进展[J].可再生能源, 2004
[3]狄丹.太阳能光伏发电是理想的可再生能源[J].华中电力。2006
[4]陈诺夫, 白一鸣.聚先光伏系统[J].物理, 2007
太阳能光伏发电并网技术的应用 篇2
关键词：太阳能；光伏发电并网；系统；应用
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0049-02
太阳能的可再生性、清洁性，使其拥有广泛的发展前景，在社会生活的方方面面的应用广泛。尤其是太阳能电池板、太阳能电池都在多个领域中广泛使用。
这类太阳能产品的集成性、独立性较高，像太阳能路灯、家电等，因此这些产品中的大多使用的是直流负载独立的供电方式。
太阳能光伏系统的类型逐渐增多，并更趋成熟，其应用的方式也更加丰富，因此运用光伏并网技术的太阳能发电已成为当前发展最为迅速、运用领域最为广泛的光伏新能源应用技术。
1 太阳能光伏系统并网技术
太阳能光伏系统主要有独立系统、并网系统以及混合系统三个部分组成。而依据光伏系统的运用形式、规模以及负载的类别，又可以分为6种，即小型太阳能供电系统、简单直流系统、交直流供电系统、并网系统、混合供电系统以及并网混合系统。
下面将对其中的井网系统和并网混合供电系统进行简单的介绍。
1.1 并网系统
太阳能光伏并网系统的工作特征主要是太阳能电池组件产生的直流电通过网逆变器转化成为适合电网要求的交流电网之后，直接进入公共电网，光伏电池方阵所产生的电力不仅要负责交流负载，剩下的还要返还给电网。这样，在阴天下雨时，太阳能电池设备没有生成电能或器生成的电能不能负担起所有的用电负荷，电网就开始供电。因为太阳能发电可以直接进入整个供电网络，不用安装蓄电池，，也就没有了蓄电池储能和释放这一环节，避免了能量的不必要消耗，极大的减少了整个系统的运营成本。但是在整个系统运行中就要有专门的并网逆变器，来确保输出的电能达到相应的需求。这样就会损失掉部分的能量。这种系统与公用的电网和太阳能电池组件阵列共同作为交流负载的电源，降低了整个系统的负载却电流，并且并网光伏系统可以对公共的电网有着调峰的作用。但是这个系统属于一种分散式的发电系统，会影响到电网的顺畅运行，应当给予一定的重视度。
1.2 井网混合供电系统
在太阳能光伏产业的不断发展的今天，在整个并网系统中，逐渐产生了太阳光伏阵列、电网和备用油机的并网混合供电系统。这一系统能够当做一个在线不间断电源来促进系统的负载供电保障率的提高。并网混合供电这一技术相对较为复杂，但是可以保证系统用电的稳定性，在供电要求高、备用电源以及电网供应不稳定的情况下使用更加适合.
这种并网混合供电系统一般会使用控制器和逆变器共同作用，通过电脑芯片来实现对整个系统的全面控制，对各类能源进行综合运用，来获取最佳的工作状态，并也能与蓄电池配合使用。
在并网混合供电系统中，当出现本地的负载功耗低于某个范围时，系统会对太阳电池多余的发电量或通过电网对蓄电池进行充电，确保蓄电池的浮充，以备不时之需。如果供电网络出现故障，系统就会自行断开电网，进行单独工作，通过蓄电池或者是油机系统来供给负载所需要的交流电能。如果电网恢复了正常，这一系统就会再次进入并网模式，有电网继续完成供电工作。
2 太阳能光伏发电并网技术系统的设计组成
2.1 子系统的构成
太阳能光伏发电系统的各个子系统都是相对独立的，均是由光伏子系统、直流监测配电系统以及并网逆变器系统等构成，将各个子系统的进行有机结合后，再进行380 V三相交流电接至升压变，最后进入供电网络。
2.2 主设备选型
在大多数情况下，单台逆变器的容量越大，单位造价就会相对较低，但是当单台逆变器容量过大时，一旦出现故障就会对整个电网系统产生重大的影响，因此需要依据光伏组件安装场地的真实状况，选取适合额定电量的并网型逆变器。在当前国内生产的并网逆变器单台容量最大可以达到500 kVA，但是100 kVA及以上的产品的运行不足。为确保光伏发电场能够稳定、经济的运行，并网型逆变器能通过分散成组相对独立并网的方式，这就能够促进整个光伏发电系统的顺畅运营。
并网型逆变器需要过、欠电压，过、欠频率，进行短路保护，防孤岛效应，逆向功率保护等保护方式。每个逆变器都需要连接到多个串光伏电池组件，而这些电池组件可以利用直流监测配电箱连接到逆变器。直流监测配电箱内部安装的有组串电流监测单元，能够起到对各组串电流的监测作用，还能运用数据格式将整个电流监测信息传送到逆变器控制器中。
2.3 10 kV升压系统电气部分
10 kV升压变电站的升压变压器额定容量、电压比、低压进线回数以及电容器都需要依据发电量的设计情况进行设计安排。
电气综合室需要进行分层布置，最底层主要是配电装置室、电容器室，而上层则为逆变室，安装有监控屏和逆变器屏。
在升压变压器上选择的是箱型干式变压器，容量依据相关设计进行变更；而低压进线柜选择的是低压抽出式开关柜；高压出线柜则使用的是中置式空气绝缘开关柜。
2.4 防雷保护
升压变电站一般处于室内，因此为了使光伏电池组和升压变电站的相关建筑设施在遭受直击雷和感应雷时得到相应的保护，在光伏电池组件支架和升压变电站的非导电体的顶部安装环形避雷带进行防雷保护。为了确保相关人员的生命安全，所有的电气设备都需要安装接地装置，电气设备的外壳需要进行接地保护。太阳能光伏发电并网技术系统设计的组成部分，如图1所示。
图1 太阳能光伏电并网技术系统的构成图
3 太阳能光伏发电并网技术系统的应用
光伏并网发电系统主要由太阳能组件方阵和并网逆变器两部分组成。太阳能组件将光能转化为直流电能，并网逆变器将直流电能逆变成交流电能供负载使用或传输到电网。白天有日照时，太阳能组件方阵发出的直流电经过并网逆变器转换成交流电供给负载使用或传输到公共电网。当光照不足或电网异常时，系统自动停止运行。同时不断检测电网和光照条件，当光照充足且电网正常时，系统再次并网运行。本工程所建设的光伏发电系统采用分块发电逆变，集中升压并网模式。本项目光伏并网发电原理图示意，如图2所示。
图2 光伏并网发电原理图
3.1 逆变器升压变压器的方案选择
合理的逆变器配置方案和合理的电气一次主接线对于提高太阳能光伏系统发电效率，减少运行损耗，降低光伏并网电厂运营费用以及缩短电厂建设周期和经济成本的回收期具有重要的意义，合理的电气一次主接线可以简化保护配置、减少线路损耗、提高运行可靠性。同时合理的配置方案和合理的电气一次主接线对于我国大规模的光伏并网电厂（30 MW以上）建设具有一定的示范意义。
方案一：由于厂区面积大，采用各建筑就近单独设置逆变区（逆变器均带隔离变），汇总后，再进行二次升压至10 kV。
方案二：采用各建筑就近单独设置逆变区（逆变器均不带隔离变） ，汇总后，再进行升压至10 kV。
方案比较：方案一逆变器带隔离变，经升压后汇总，再进行二次升压，减少了汇总过程的线损，但是整个系统经过了两次升压过程，多了一次变压损耗，而且增加了隔离变的投资。方案二逆变器不带隔离变，直接汇总后升压，多了一定的线损，少了一次变压损耗，而且减少了隔离变的投资。
3.2 系统主要方案
拟利用工厂厂区的建筑屋面上沿屋面敷设光伏组件，通过对太阳能的综合利用，实现太阳能光伏发电应用，采用多晶硅组件和并网式逆变器，建设总容量为30 MWp以上规模光伏发电系统。采用分块发电、集中逆变，集中升压并网方案，每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列。太阳能电池阵列输入光伏方阵初级防雷汇流箱、直流配电柜后，通过光伏并网逆变器逆变输出低压交流电，通过10 kV升压变升压后并入电网。
根据不同建筑屋面大小布置电池组件，直流汇流箱采用10进1出，然后接入直流配电柜和逆变器。采用光伏发电设备集中控制方式，在集中控制室实现对光伏设备及电气设备的集中控制和数据检测。
光伏电站内配置电流速断/过流保护。在集中控制室屋顶安装一套太阳能发电环境监测系统，主要监测的参数有：风速、风向、环境温度、太阳能电池温度、太阳总辐射等。
4 运用太阳能光伏发电并网技术时需要注意的问题
4.1 系统电压的波动
太阳能光伏发电装置的实际输出功率会因为日光的强度的变化而发生变化，在白天日照强度较强时，其发电装置会输出最大功率的电能，而在夜幕降临时，输出的功率近乎为零。所以，除了系统中设备设施的故障因素外，发电装置的输出功率会因为光照、气候、季节等自然因素而发生变化，输出功率出现波动。
4.2 谐 波
太阳能光伏发电系统是利用光伏组件来将太阳能转变为直流电能，再经并网型逆变器将直流电能转变成为和电网有着同样的频率和相位的正弦波电流，与电网共同作用，然而再这一过程中，会有大量的谐波产生。依据我国标准的《电能质量 公用电网谐波（GB/T 145-93）》中对于公用电网谐波电压值的相关规定，见表1，可以对太阳能光伏发电系统产生的谐波的危害进行相关的评估。
再进入到公共联接点的谐波电流允许值的规定上，因为太阳能光伏发电系统的电压不够稳定，实际进入到公联接点的谐波电流需要在发电装置并网时依据相关的规定的测量方式来进行测量。这样，太阳能光伏发电系统在实际进入到电网时需要对谐波电流进行检测，确保电流符合国家的标准，如果不符合，就要采取安装滤波装置等等措施。
5 结 语
从以上对于太阳能光伏发电并网技术的相关分析探讨中，可以看出太阳能并网发电技术的应用在技术上是具有可行性，从经济的角度来说也是具有可行性的，对于社会环境的改善和社会的可持续发展有着巨大的影响，其推广运用能够极大的促进人类社会的长远发展。
参考文献：
[1] 赫明亮.太阳能光伏发电并网技术的应用分析[J].电子技术与软件工程，2015，（1）.
[2] 许炜强.光伏发电并网技术的应用[J].科技与企业，2014，（24）.
太阳能光伏发电技术的应用 篇3
1 工作原理
太阳能光伏发电系统是利用半导体材料的光生伏打效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。所谓光生伏打效应,就是某些物质受到光的照射时,物质内部会出现电动势或电流的现象。
独立运行的光伏发电系统由太阳能电池组件方阵、控制器、逆变器、蓄电池组以及支架等组成。具体工作原理:白天在太阳光的照射下,太阳能电池组件产生的直流电流通过控制器一部分传送到逆变器转化成交流电,一部分对蓄电池进行充电;当阳光不足时,蓄电池通过直流控制系统向逆变器送电,经逆变器转化为交流电供交流负载使用。系统原理如图1所示。
各部分的作用为:
1)电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳辐射能转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。
2)控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充、过放电保护作用。
3)逆变器:将直流电能转换成交流电能的装置,供交流负载用电。传统的逆变电源是采用直流电动机—交流发电机来实现这种电能转换的,而现代的逆变电源多是通过功率半导体器件来实现电能转换的,又被称为静止变流器。
4)蓄电池:一般为铅酸电池,小型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。
2 优点分析
1)节能:以太阳能光电转换提供电能,取之不尽、用之不竭;
2)环保:无污染、无噪音、无辐射;
3)安全:无触电、火灾的那个意外事故;
4)方便:安装简洁、无需架线、无需挖地施工、也没有停电限电顾虑;
5)寿命长:产品科技含量高,智能化设计,质量可靠;
6)品位高:科技产品、绿色能源,适应单位重视科技、绿色形象提高、档次提升;
7)投资少:一次性投资、长期受用;
8)适用广:太阳能源源于自然,凡事有日照的地方都可以使用,特别适合于绿地景观灯光配备,高档次住宅及室外照明,旅游景点海岸景观照明及点缀,工业开发区、工矿企业路灯,各大院校室外灯光照明等。
3 太阳能光伏发电技术的应用
随着地球资源的日益贫乏,基础能源的投资成本日益攀高,各种安全和污染隐患可谓是无处不在。太阳能做为一种“取之不尽,用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。这样,太阳能照明产品应运而生,在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果做实用对比。
1)对比一:市电照明灯具安装复杂:在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序,首先要铺设电缆,这里就要进行电缆沟的开挖、敷设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试,如任何一条线路有问题,则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能照明灯安装简便:太阳能灯具安装时,不用铺设复杂的线路,只要做一个水泥基座,然后用不锈钢螺丝固定就可。
2)对比二:市电照明灯具电费高昂:市电照明灯具工作中有固定高昂的电费,要长期不间断对线路和其他配置进行维护或更换,维护成本逐年递增。太阳能照明灯具是一次性投入,少量维护成本,三年可收回投资成本,并且不需要缴纳电费,长期受益。
3)对比三:市电照明灯具具有安全隐患:市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。
【案例】某医院总用地面积总用地96 675m2,其中建筑面积36 880m2,道路及广场面积20 500 m2,共设计路灯30盏。采用太阳能路灯与普通路灯的相关对比,见下表1。
注:对比相关价格均为单个灯具对比
太阳能灯具见图1、图2。
4 太阳能光伏发电技术的缺点及适用范围
1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1m2面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均,则只有200W左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右,这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。
2)不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来以供夜间或阴雨天使用,但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。
3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。
5 结语
太阳能光伏发电作为一种取之不尽、用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着光伏发电产业化进程和技术开发的深化,它的效率、性价比将得到提高,它在包括BIPV(太阳能光伏—建筑一体化)在内的各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动中国“绿色电力工程”的快速发展。
参考文献
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[2]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2009.
太阳能光伏发电国内现状和展望 篇4
一、中国光伏发电的战略地位
1.1 中国的能源资源和可再生能源现状和预测；
无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10％。图一给出了世界和中国主要常规能源储量预测。
从长远来看，可再生能源将是未来人类的主要能源来源，因此世界上多数发达国家和部分发展中国家都十分重视可再生能源对未来能源供应的重要作用。在新的可再生能源中，光伏发电和风力发电是发展最快的,世界各国都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。根据欧洲JRC 的预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，达到10%以上，可再生能源在总能源结构中占到30％；2050 年太阳能发电将占总能耗的20%，可再生能源占到50％以上，到本世纪末太阳能发电将在能源结构中起到主导作用。图二是欧洲JRC 的预测。
中国是一个能源生产大国，也是一个能源消费大国。2003 年能源消费总量约为16.8 亿吨，比2002 年增长13%，其中：煤炭占67.1%、石油占22.7%、天然气占2.8%、水电等占7.3%，石油进口达到9700 万吨。由于能源需求的强劲增长，煤炭在能源消费结构中的比例有所提高，比2002 年提高1 个百分点。下图给出了我国2003 年一次能源消费构成。
我国政府重视可再生能源技术的发展，主要有水能、风能、生物质能、太阳能、地热能和海洋能等。我国目前可再生能源的发展现状如下：
水能：我国经济可开发的水能资源量为3.9 亿千瓦，年发电量1.7 万亿千瓦时，其中5 万千瓦及以下的小水电资源量为1.25 亿千瓦。到2003 年底，我国已建成水电发电装机容量9000 万千瓦，其中小水电容量3000 万千瓦。
风能：我国濒临太平洋，季风强盛，海岸线长达18000 多公里，内陆还有许多山系，改变了气压的分布，形成了分布很广的风能资源。根据全国气象台风能资料估算，我国陆地可开发装机容量约2.5 亿千瓦，海上风能资源量更大，可开发装机容量在7.5 亿千瓦,总共可开发装机容量10 亿千瓦。目前全国已建成并网风力发电装机容量57 万千瓦，此外，还有边远地区农牧民使用的小型风力发电机约18 万台，总容量约3.5 万千瓦。
太阳能：目前太阳能利用方式主要有热利用和光电利用两种，到2003 年底，全国已安装光伏电池约5 万千瓦，主要为边远地区居民及交通、通讯等领域提供电，现在已开始进行并网光伏发电系统的试验和示范工作。全国已有太阳光伏电池及组装厂 10 多家，制造能力超过2 万千瓦。到2003 年底，全国太阳热水器使用量为5200 万平方米，约占全球使用量的40%，年生产量为1200 万平方米。
生物质能：生物质能主要有农、林生产及加工废弃物、工业废水和城市生活垃圾等。目前，全国农村已有户用沼气池1300 多万口，年产沼气约33 亿立方米；大中型沼气工程2200 多处，年产沼气约12 亿立方米；生物质发电装机容量200多万千瓦。
其它可再生能源：除上述水能、风能、太阳能、生物质能外，还有地热能、海洋能等可再生能源资源。目前所占比例不大。我国目前新技术利用可再生能源（不含传统秸秆燃烧和5 万千瓦以上的大水电）总量为5000 万吨标煤，占能源消耗总量3％。
可再生能源是可循环利用的清洁能源，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。目前，小水电、风电、太阳热水器和沼气等可再生能源技术已经成熟，生物质供气和发电技术也接近成熟，具有广阔的发展前景。预计今后20-30年内，可再生能源将逐步从弱小地位走向能源主角，将对经济和社会发展做出重大贡献。我国可再生能源2010，2020 直至2050 年的发展预测如下：
中国电力现状和未来电力缺口分析
中国的电力供应在2000 年以前不紧张，2001 年以后，由于经济发展迅猛，电力需求以每年超过20％的速度增长，2003 年全国出现电力供应严重不足的现象，电力供应的紧张情况在今后2－3 年内不会缓解。2002 年全国电力装机35657万千瓦，煤电占74.5％，发电16542 亿千瓦时，煤电占81.7％。下表给出了2002年我国电力装机和发电情况：
按照目前的经济发展趋势和中国的资源情况，2010 年和2020 年的电力供应单靠传统的煤、水、核是不够的，尚存在一定的缺口，需要由可再生能源发电来填补。
二、世界光伏产业现状和发展预测
太阳电池是利用材料的光生伏打效应直接将太阳能变成电能的半导体器件，也称光伏电池。1954 年，第一块实用的硅太阳电池（η＝6％）与第一座原子能发电站同时在美国诞生，1959 年太阳电池进入空间应用，1973 年能源危机后逐步转到地面应用。
光伏发电分为独立光伏系统和并网光伏系统。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源，阴极保护，太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
并网光伏发电系统是与电网相连并向电网馈送电力的光伏发电系统。目前从技术上可以实现的光伏发电系统并网的方式有：屋定并网发电系统和沙漠电站系统。屋顶系统是利用现有建筑的屋顶有效面积，安装并网光伏发电系统，其规模一般在几个kWp 到几个 MWp 不等。沙漠电站则是在无人居住的沙漠地区开发建设大规模的并网光伏发电系统，其规模从10MWp 到几个GWp 的规模不等。
近年来，世界太阳电池年产量迅速增加，连续8 年增速在30%左右，2004 年的年增长率甚至超过60%，达到1200MW。下图给出世界历年太阳电池产量：
三、中国光伏发电市场和产业现状
3.1 中国太阳电池的市场发展
我国于1958 年开始研究太阳电池，于1971 年成功地首次应用于我国发射的东方红二号卫星上。于1973 年开始将太阳电池用于地面。我国的光伏工业在80年代以前尚处于雏形，太阳电池的年产量一直徘徊在10KW 以下，价格也很昂贵。
由于受到价格和产量的限制，市场的发展很缓慢，除了作为卫星电源，在地面上太阳电池仅用于小功率电源系统，如航标灯、铁路信号系统、高山气象站的仪器用电、电围栏、黑光灯、直流日光灯等，功率一般在几瓦到几十瓦之间。在“六五”(1981－1985)和“七五”(1986－1990)期间，国家开始对光伏工业和光伏市场的发展给以支持，中央和地方政府在光伏领域投入了一定资金，使得我国十分弱小的太阳电池工业得到了巩固并在许多应用领域建立了示范，如微波中继站、部队通信系统、水闸和石油管道的阴极保护系统、农村载波电话系统、小型户用系统和村庄供电系统等。同时，在“七五”期间，国内先后从国外引进了多条太阳电池生产线，除了一条1MW 的非晶硅电池生产线外，其它全是单晶硅电池生产线，使得我国太阳电池的生产能力猛增到4.5MWp/ 年，售价也由“七五”初期的80 元/Wp 下降到40 元/Wp 左右。
九十年代以后，随着我国光伏产业初步形成和成本降低，应用领域开始向工业领域和农村电气化应用发展，市场稳步扩大，并被列入国家和地方政府计划，如西藏 “阳光计划”、“光明工程”、“西藏阿里光伏工程”、光纤通讯电源、石油管道阴极保护、村村通广播电视、大规模推广农村户用光伏电源系统等。进入21 世纪，特别是近3 年的“送电到乡”工程，国家投资20 亿，安装20MW，解决了我国800 个无电乡镇的用电问题，推动了我国光伏市场快速、大幅度增长。
与此同时，并网发电示范工程开始有较快发展，从5kW、10kW 发展到100kW 以上，2004 年深圳世博园1MW 并网发电工程成为我国光伏应用领域的亮点。截止2004 年底，我国光伏系统的总装机容量约达到65MW。
深圳、汕头、广州和浙江等地，大量出口太阳能庭院灯，年销售额达5 亿之多。庭院灯用的电池片通常进口，然后用胶封装，工艺简单。所用电池片每年达6MW 之多，是太阳电池应用的一个大户(这部分未入统计)。3.2 中国太阳电池的产业化现状
上世纪七十年代末到八十年代中，我国一些半导体器件厂开始利用半导体工业废次单晶和半导体器件工艺生产单晶硅太阳电池，我国光伏工业进入萌发时期。八十年代中后期，我国一些企业引进成套单晶硅电池和组件生产设备，以及非晶硅电池生产线，使我国光伏电池∕组件总生产能力达到4.5MW，我国光伏产业初步形成。九十年代初中期，我国光伏产业处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。九十年代末我国光伏产业发展较快，设备不断更新。2003 年、2004 年在我国《送电到乡》工程及国际市场推动下，一批电池生产线、组件封装线、晶硅锭∕硅片生产线相继投产和扩产，使我国光伏产业的能力有大幅度上升，我国光伏产业进入全面快速发展时期。截止2004 年底，我国光伏产业总的年生产能力为：组件150MW，电池生产67MW，硅锭∕硅片生产54MW；生产量约为组件100MW，电池42MW(其中非晶硅 4MW)，硅锭∕硅片46MW。
最近3 年由于《送电到乡》工程和国际市场的推动，我国太阳电池∕组件生产迅速增长，2004 年的产量是2002 年的6 倍。电池和组件性能不断提高，商业化电池效率由八十年代的10－12％提高到12－14％。太阳电池∕组件成本20 年来不断降低，售价由八十年代初的65－70 元∕Wp 降到2003 年的24－28 元∕Wp，2004 年由于太阳级硅国际性紧缺，售价又回升到28－32 元∕Wp。2004 年我国太阳电池的实际产量达到50MWp，国内光伏市场消化掉不到10MWp 的光伏组件，产品绝大部分出口到国外。
虽然我国光伏产业发展迅速，产业规模和技术水平都有相应提高。但同发达国家相比，仍存在很大差距，如：专用原材料国产化程度不高，品种不全，已经实现国产化的材料和部件，其性能比国外偏低，如银、铝浆、EVA 等。组件封装低铁绒面玻璃、TPT 尚未投放市场。
光伏产业链上游小、下游大的不平衡状态，其中最严重的是太阳级多晶硅生产是空白，完全依赖进口。其它环节的差额部分需要进口，如电池片、硅锭∕硅片，配套材料等，如图5 所示。
产业设备设计水平和制造能力落后。多晶硅铸造炉、线锯、破锭机完全需要进口；PECVD 氮化硅沉积设备、丝网印刷机、电池片分选机、串联焊接机等性能均不能满足现代化生产需要。这些设备都需要全套引进，等等。
这些差距同研发基础和工业基础薄弱有关。企业通过引进消化吸收能够在短时间内建立起现代光伏产业，但配套的专用材料和设备一时还跟不上，其中太阳级多晶硅材料尤其突出。国家应组织光伏产业同化工、机电设备制造产业联合攻关，同时积极寻求国际合作，以太阳能级硅为切入点，避开半导体级硅的技术封锁。
四、中国光伏发电的市场预测和规划建议
4.1 总体分发展目标
“
十一、五”以及到2020 年光伏发展规划目标预测如下：
4.2 “
十一、五”建设重点布局
“
十一、五”期间，应把实施农村离网光伏发电计划，落实开阔地（荒漠）大型并网光伏电站先导项目以及“中心城市建筑光伏并网”计划作为重点。对于光伏商业化发展也给予政策方面的积极扶持和支持。
4.2.1.农村离网光伏发电计划
我国还有大约28,000 个村庄，7 百万户，3,000 万人口无电。这些无电人口大都分布在我国西部地区和一些海岛，其中一些无电村庄使用柴油发电机发电，每日供电2－3 小时；有些连柴油发电机也没有，只能点酥油灯、煤油灯和蜡烛照明。这些无电地区有很丰富的太阳能资源，光伏发电在这样的地区有广阔的市场前景。下表列出了中国当前无电村和无电户的分布情况：
无电乡的供电问题已经通过“送电到乡”工程基本解决。还有无电村和无电户需要解决供电问题。如果每个无电村按照10KWp,每个无电户按照400Wp 规划，再考虑到已建电站的扩容，则潜在市场大约是3,000 MWp。
从目前的国力和政策看，2010 年以前，争取全部解决西部50 户以上的无电村和15%的散居无电户的用电问题，2006-2010 年间，争取解决10000 个无电村和100 万无电户的用电问题,新增光伏用量265MWp，累计用于农村电气化的太阳电池达到300 MWp，分计划如下：
4.2.2.开阔地大型并网光伏电站建设
从目前的国力和政策看，2010 年以前，应先开展开阔地大型光伏电站试验，所选择的试验地点应当具备如下条件：靠近主干电网（最好在50 公里以内），以减少新增输电线路的投资；主干电网具有足够的承载能力，在不改造的情况下有能力输送光伏电站的电力；距离用电负荷中心在100 公里以内，以减少输电损失；如果附近没有用电负荷中心，则最好有大型水电站，可以将光伏电站的电力通过抽水蓄能转换。规划在2010 年以前建立2－3 座10－20MWp 左右的开阔地(荒漠)先导示范电站，总装机达到30MWp，以实验其技术和经济的可行性。2010－2020 年正式启动中国开阔地（荒漠）光伏电站计划，争取2010-2020年新增光伏电站装机11,970MWp，到2020 年底累计开阔地(荒漠)光伏电站装机12GWp。
五、结论
1、中国有很好的太阳能资源，有足够的建筑屋顶和沙漠／荒漠资源，具有大规模发展光伏发电的条件；
2、光伏将在中国未来的电力供应中扮演重要角色，预计中国光伏工业将以每年不低于40％ 的速度增长；
3、当前中国光伏工业和光伏市场发展很快，但存在“头小尾大”不平衡的问题，不解决高纯多晶硅原材料和硅片生产的问题，中国光伏工业的发展就会受到限制；
太阳能光伏发电课程设置探讨 篇5
【关键词】光伏发电 光伏产业 课程设置
【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0251-02
随着社会经济的发展，世界各国的能源需求日益增加，目前推动社会经济发展的主要动力能源为煤、石油、天然气等不可再生的化石能源。然而，化石能源在推动社会发展的同时，其自身亦在日益耗尽。另外，化石能源的无节制使用也导致了严重的环境污染和气候变化等负面问题。因此，世界各国纷纷把发展绿色环保可再生能源与新能源作为未来能源战略的重要组成部分，在各种新能源中由于太阳能取之不尽用之不竭使其备受关注，特别是太阳能光伏发电被认为是未来电力供应的一种主要方式。在此背景下，太阳能光伏发电产业近年来得到迅猛发展，太阳能光伏产品的应用领域也愈来愈广，但与其发展对口的光伏专业人才却严重不足。因此为满足光伏发电产业对光伏人才的需求，全国很多高校陆续开办光伏发电相关专业和设置相关光伏课程。由于光伏发电产业是一个新兴的产业[1]，涉及物理、化学、电工电子、材料、能源与动力、机械、电气以及建筑等多个学科和专业的交叉[2]，导致光伏课程设置方向模糊、课程结构缺乏系统性以及理论课与实践实验课匹配不合理等问题。因此，基于市场需求和光伏发电产业相关学科及专业，构建可操作性强和设置结构合理的光伏课程体系有利于光伏课程的优化、光伏人才的培养和相关光伏学科专业的发展。本文从光伏课程设置目标和光伏发电产业链、光伏人才定位以及光伏人才社会市场需求等几个方面出发，浅析对光伏课程设置的认识。
一、基于课程目标和光伏发电产业链设置光伏课程
光伏课程的设置目标对于如何优化设置光伏课程具有指导性作用。光伏课程的设置目标是为了培养适应我国光伏发电产业建设需要，德、智、体、美全面发展，掌握太阳能光伏发电基本理论、基本知识和基本技能以及适应性强、自学能力强，能凭借坚实的光伏基础知识和强烈的光伏创新意识在光伏发电产业或专业相关方向开展工作的能力，有团队协作精神和科研创新能力，能在太阳能光伏发电相关领域从事研究、应用开发、教学和管理的专业人才。由于太阳能光伏发电产业属于新兴产业，涉及物理、化学、电工电子、材料、能源与动力、机械、电气以及建筑等多个学科和专业的交叉。因此设置光伏课程需在明确具体设置目标的前提下设置合理的光伏课程，否则可能引起教学目标不清晰、学生难以学习、教学效果差以及课程开设重复等现象的发生。此外，光伏发电产业还具有较长的产业链，如上游为硅料、硅片生产加工环节，中游为电池片、电池组件制备组装环节，下游为光伏系统设计应用环节。光伏发电产业的这些特征导致光伏课程具有知识面广、学科交叉性强、课程难度大、课程系统性差、知识内容更新速度快以及学时长等特征。因此光伏课程的开设还需考虑光伏课程在光伏发电产业链中的定位。例如，如果课程设置偏向产业链前端，其课程开设应偏重于材料物理、半导体物理、光伏材料生产、电池片结构设计和制备、组件封装检测等方面的课程；如果课程偏向产业链后端，那么其课程设置应侧重光伏电站安装与设计、光伏电气设备检修与电站维护、光伏发电系统及应用等方面的知识。
二、基于人才定位设置光伏课程
目前，全国已有多所高校开设光伏相关专业和相关课程，这些院校即有职业技术院校也有部属重点高校和省属普通高等院校，在人才培养层次方面即有高职生也有本科生和研究生，因此光伏课程的设置应基于正确的人才层次培养定位。例如，由于职业技术院校在光伏人才定位方面主要侧重于相关光伏领域的实践技能和实际工作能力的培养，因此其课程应在硅片加工、电池片制备、组件组装测试以及系统安装等实践课程等方面有所侧重。对于本科层次人才培养，由于她主要是培养面向生产、建设、管理、服务第一线需要的具有可持续发展潜力的高级应用型人才[3]，其光伏课程设置应根据社会需求和光伏产业的发展，在通识教育的基础上，结合光伏基本理论知识和光伏工程实践，注重光伏专业教育，促使学生在光伏相关领域具有一定的学术性和职业特性，因此其课程应侧重于太阳能电池材料基本性能、光伏发电原理、制备原理、性能改进、光伏系统设计等理论课程的开设。基于上述分析，光伏课程的设置应基于人才定位，人才定位不同，所开设课程结构、内容、体系以及课程安排等都不相同。
三、基于光伏产业市场需求设置光伏课程
光伏课程的开设是为了培养专业的光伏人才，光伏人才的培养是为了满足光伏发电产业市场发展对光伏人才的需求，设置符合光伏发电产业市场需求的光伏课程内容和光伏课程体系，是保证光伏人才培养质量与就业的先决条件。光伏发电产业对光伏人才需求和学生就业形势有密切联系，不符合光伏市场需求的光伏课程设置和人才培养一方面会造成学生就业困难或者所学知识和专业同其职位或工作性质不匹配，另一方面又将导致光伏用人单位难以找到所需的相应人才。因此，光伏课程须从光伏发电产业出发，在光伏发电产业市场职位需求的基础上进行合理地设置。例如，某些光伏企业和公司可能不需要光伏生产、设备安装、调试、维护等工作人员，而对于从事光伏产业知识信息的获取、分析、评价、组织、开发以及管理等工作人员可能会十分急缺，这样在进行用人选择时可能会倾向于有光伏背景的管理类人才，而对具有生产操作实践经验技术类人员可能不会太关注。因此，根据光伏发电产业市场和用人单位对不同职位或岗位人员的需求，设置恰当合理的光伏课程体系有利于光伏专业人才的培养和就业。
四、总结
通过发展新能源特别是太阳能光伏发电来逐步解决化石能源所带来的全球气候变化和能源危机问题，是当今世界各国很好的一个现实选择，合理的光伏发电课程设置是培养优质合格光伏人才的先决条件。本文基于光伏课程设置目标和光伏发电产业链、光伏人才定位以及光伏人才社会市场需求，阐述了对光伏课程设置的一些认识和观点。
参考文献：
[1]廖东进，罗剑英.高职光伏应用技术专业课程体系建设探讨[J]，职业教育研究，2013（5），40-41.
[2]张巧杰，白连平，杨秀媛.太阳能光伏发电技术课程改革初探[J]， 教育教学论坛，2014（49），131-132.
太阳能光伏发电技术进展及其应用 篇6
1 太阳能光伏发电技术的原理
太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池, 也被称为光伏电池, 太阳能电池的发电原理是光生伏打效应。当太阳能电池上受到太阳光或者其他光照射的时候, 电池就会对光能进行吸收, 从而形成光生电子—空穴对。光生电子和空穴在电池内建电场的作用下被分离, 异号电荷的积累出现在电池两端, 所谓的“光生电压”就会产生, 这就是太阳能发电的原理“光生伏打效应”。光伏系统发出的直流电通过一系列控制、逆变、保护、检测等手段并入电网。太阳光能也就被转化成了能够用于生产和生活当中的电能。
2 光伏发电技术的研究进展
太阳能光伏发电技术的核心器件是太阳电池, 降低太阳能电池生产成本以及提高太阳电池的光电转换效率是现阶段实现光伏发电向替代能源甚至主力能源过渡的主要途径与主攻目标, 太阳能光伏发电的发展历史就是太阳电池的发展史。1839年, Becquerel把两个涂敷卤化银的金属电极浸在稀酸溶液中, 发现当光照电极时会产生额外的电势, 这一现象被他称为“光生伏打效应”。1877年W.G.Adams研究了硒的光伏效应, 并制作第一片硒太阳电池。1940年Russel Ohl发现了硅材料的光伏效应。1954年Chapin和Pearson首次制成了实用的单晶硅太阳电池, 当时的效率为6%, 成为光伏发展史上的一个里程碑, 标志光伏发电的实际应用真正开始迈步。同年, 韦克尔发现了Ga As亦有光伏效应, 并在玻璃上沉积Cd S薄膜, 制成第一块薄膜太阳电池。1957年硅太阳电池的光电转换效率达到8%, 1958年太阳电池首次在空间应用, 装备在美国先锋1号卫星上。1995年, 太阳电池的转换效率实现奇迹般飞跃, 高效聚光Ga As太阳电池效率达到32%, 高于以往任何水平。1996年以来, 世界光伏发电高速发展, 应用范围越来越广, 尤其是各国有关太阳能光伏屋顶计划的提出, 为光伏发电展现了无限光明的未来。
3 光伏发电的产品用途及太阳能电池的应用
光伏发电技术能够用在任何需要电源的场合, 上至航天器, 下到家用电源, 大到兆瓦级电站, 小到玩具, 光伏电源能够无处不在。如今, 光伏发电产品主要用在三个方面:
(1) 太阳能日用电子产品, 如各类太阳能充电器、太阳能路灯与草坪灯等。
(2) 为无电场合提供电源, 主要为广大无电地区居民提供生活生产电力, 与微波中继电源等, 同时, 还包括一些备用电源以及移动电源。
(3) 并网发电, 这在发达国家已经进行了广泛的推广实施。我国并网发电还未起步, 不过2008年北京“绿色奥运”部分用电由风力发电与太阳能发电提供。
我国太阳能电池应用领域越来越大, 已涉及林业、农业、牧业、气象、交通运输、文化教育、通讯、石油管道与家庭电源等诸多方面, 光伏发电在解决特殊场合用电与偏僻边远无电地区供电上已起到引人注目的作用。但是我国与工业发达国家相比从总体的应用技术水平和规模上看, 还有很大的差距, 主要问题是光伏系统应用示范不够、造价偏高与公众不了解太阳电池应用的潜力。所以, 有必要加强对太阳能电池应用技术研究和示范, 拓宽应用领域和市场, 推进产业化。
4 光伏发电技术的应用前景展望
通过分析我国光伏发电的发展情况, 在今后一段时间, 我国光伏发电的应用主要在以下几个方面:
(1) 城市并网光伏发电。
(2) 边远地区离网供电。
(3) 荒漠和海岛地区的供电。
(4) 景观灯、LED照明等商业应用。
5 结束语
我国的太阳能光伏发电和国外发达国家相比, 依然存在一些问题, 如:产业链不完整、生产规模小, 硅材料紧缺, 技术水平低, 平衡设备薄弱落后, 标准规范不健全等。21世纪人类面临的覆大课题是可持续发展问题与绿色能源, 对现有能源的充分合理利用同时开发新能源, 已经得到各国政府的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽、用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。
摘要：随着当今能源越来越枯竭, 以及环境污染日益严重, 人们开始越来越关注绿色能源与可再生能源的开发。太阳能作为一种可再生能源, 具有干净、无污染与可持续利用的优点, 所以太阳能的应用前景十分广阔。在这个背景下, 人们开始关注太阳能光伏发电技术。目前太阳能光伏发电技术正处在不断地发展和完善的过程中, 其主要发展方向为智能化、高功率密度、高效率以及高可靠度。与传统的火力、水力发电相比, 太阳能发电的主要途径是并网发电系统。本文主要对太阳能光伏发电技术原理、研究进展、应用以及未来发展趋势进行了探讨。
关键词：太阳能,光伏发电技术,进展,应用
参考文献
[1]党敏灵.太阳能光伏发电技术应用探讨[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (22) .
[2]刘思伟, 刘章男.太阳能光伏发电技术研究评述[J].企业文化 (中旬刊) , 2013 (03) :148.
太阳能光伏发电并网技术的应用 篇7
一、概括
早在80年代初期光伏合并网就已经开始, 有很多国家都做出了很大的贡献, 例如意大利、日本、德国和美国这些国家, 并且由当时的理解, 并且大多都是大型光伏合并网型电站, 规模形式也是从1MW和100KW不等, 并且都是由政府部门投资的用来试验的电站。研究结果也是在一些技术方面取得成功, 但是有一些经济性内容不是十分的让人称赞, 原因是由于一些由太阳能资源的成本费用高, 虽然属于可再生能源, 带来环境方面的效益, 但是太阳能发电的昂贵费用难以被电力方面的公司纳用。到90年代后, 一些发达的国外有更好的技术, 从而带来了光伏合并网模式的探究高潮, 然而, 这一次探究的重点并没有围绕光伏合并电站的建造, 转而更加发展“屋顶的光伏电站系统”因为, 人们想利用房顶的空地来安装太阳能, 既能更好的吸收太阳, 更好的利用能量中密度比较低的优点, 而且具有经济性与方便灵活性特点, 与光伏发电相比太阳能源更有利于广泛普及和保护能源的有效安全利用, 因此应当得到各个地方的重视。
二、太阳能光伏发电系统组成
太阳能光伏发电系统主要包括:太阳能电池组件 (阵列) 、控制器、蓄电池、逆变器、用电负载等。其中, 太阳能电池组件和蓄电池为电源系统, 控制器和逆变器为控制保护系统, 负载为系统终端。太阳能光伏发电系统的组成如图1所示。
用太阳作为能源来发电这一系统有独立的系统和用交流电与网络的联系模式系统两大类别组成。独立的系统有太阳作为可再生能源发电的根本的系统形式。同时又被叫做太阳能资源的原型模式。这种模式较多被与市区离得较远的地方, 例如坐落于海上的灯塔、漂浮着的浮标与山顶上的无线接收电台等, 都可以作为供电的电源。
与电网 (系统) 联系系统的构造如图2所示。该系统的特点是当太阳能电池阵列发出的电功率超过负荷需要时, 可以通过自动控制输向交流市电电网, 即向电力公司卖出电力。从电力系统的术语来说, 称为“逆潮流”运行或通俗地称为“卖电”。反之, 对电力公司来说正常运行是向用户供电, 称为“正潮流”。系统联系型太阳能发电系统的优点是, 当阴雨天气或夜间太阳能发电量不足时, 可以通过系统联系直接向市电电网买电。系统联系系统的另一重要优点是可以取消蓄电池, 使成本降低, 且加强了供电的稳定性和可靠性。
三、光伏并网逆变器的研究现状及方向
光伏并电系统中的逆变器是很重要的一个部件, 因为逆变器可以把直流电转换成交流电, 可以决定输出两种电流成波形以及是否提高系统之间的效率。在逆变器中最常用的拓扑结构式全桥的结构, 所以为了减少光伏并网系统的费用, 现在又一部分国家都在尽最大能力的探索提高逆变器的效率, 就当前在国际上有一部分知名企业的逆变器的机器效率已经上升为93%~95%。
光伏合并网系统逆变器有下列五个特点:
l、并网型系统的逆变器是由正弦波为输出方式。普遍情况下可以使用脉带协调方法或者是“伪正弦”方法, 因为这些办法可以使许多负载的用户得到满足, 一定程度还可以对谐波进行负载等特殊情况要求, 一般促进输出的波形有好的质量是靠变压器或者是电感等方法, 但是一定程度上会带来动态较差和效率的低下, 并且其造价较高, 系统比较笨重等缺点。现在一些外国的合并电网的条形规定里指出逆变器的波形不仅要有很好的动态特点, 其中总谐波的因数不能大于5%, 并且每一次的谐波都不能大于3%。
2、并网型系统的逆变器具有降低轻载和空载损耗的优点, 同时提高了机器转化的效率。例如ADVANCEDENERGY Inc.中的MM-5000, 这种产品的空载逆变器中的损耗是小于20W, 最大逆变器的效率抵94%以上, 而在刚输出的时候效率为90%, 一半的额定输出的时候为92%
3、并网型系统的逆变器应该具备较高的可靠性;
4、并网型系统的逆变器中的功率包含的因数应与1接近;
5、并网型系统的逆变器要包括电网中电压的跌落、频率的故障、输入超过电压、电压缺少、输入与输出过流、反接的故障、风扇冷却的故障和独自在岛效应等多种保护措施。
现在国外的并网系统逆变器成为一种相比较下来在市场里成熟的产品, 像欧洲的光伏合并网中逆变器产业市场里有simens, SMA, Sputnik, Fronius和Sun Power等众多公司中产品具有市场化特点, 在其中SMA具有一半的产业市场的份额。
然而在我国, 利用光伏开发电资源相关的起步较晚, 一些研究探索技术也比较落后, 一些著名大学像上海交大, 燕山大学, 安徽合肥工业大学针对能源探究所和中科院研究中心对官府逆变器有一些相关研究。另外还有安徽合肥阳光有限公司与北京索英电气有限公司与山东皇明太阳能有限公司也开始进行探索, 其中前面的两家有限公司还推出一些关于逆变器相关产品。
并网型光伏电系统在我国目前还没有开始形成像一些商业化的产品运行, 而现在都是一些被称为模范型工程的光伏发电工程正在进行, 其中逆变器的科技还大部分是靠合作与进口取得, 促使整个系统的造价成本费用高, 进行大规模的实施非常困难。
在并网型逆变器中也会有很多损耗, 其中像在开关小器件中损耗、对电路控制的损耗、变压器的隔离中间的损耗还有滤波器、电容和电感的损耗, 然而损耗占最大的是开关器件, 在开关中的损耗主要是开通与断开损耗和在开通状态下的损耗以及对二极管逆向的损耗恢复。
由IGBT作为例子, 在初级的电流时I=52A电压U=520V, 功率P0=11k W工作时的频率f=20k Hz作为前提条件下预算得到的数据:
开通时候的损耗是:P1=12W;断开时候的损耗是:P2=56.6W;得出使用时候的损耗是:P3=53.8W。
由此可以看出若想减少开关的损耗, 要在一定程度上提高逆变器的使用效率。
当今提升逆变器的效率可以用这几种措施:应用软件开发技术、提高逆变器相关结构和改良操控方法。
四、统领上文
就目前来说, 用太阳作为能源的地区还仅仅占初级的时段, 但是若用太阳能资源发电更健康长久的发展, 要提前做好以下内容:1.继续研究开发用太阳能来作为电池里的新材料, 加快太阳能电池光纤电转化的效率, 2.探究用太阳作为资源的电池提高功率的跟踪计算方法, 从而实现太阳能资源的跟踪功率;3开发光伏和太阳能资源的结合算法, 有利于实现光伏能源和太阳能的效率高的组合;4.为了降低光伏对一些电网有冲击, 进行开发太阳能和光伏的并网科技;5.研究并发掘建筑与太阳能源光伏电的有效结合, 达到建筑进行自我的供电与绿色能源发电;6.为了更好的可持续的利用太阳能资源产业, 研究并制定保护这一宝贵资源的相关法律政策, 对太阳能资源进行保护。
参考文献
[1]王长贵, 王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M], 北京:化学工业出版社, 2005, 8-195.
太阳能光伏发电系统应用技术 篇8
1 太阳能光伏发电的组成和分类
1.1 太阳能光伏的组成。太阳能光伏主要由控制器、逆变器及太阳能电池方阵三部分组成。
1.1.1 控制器。太阳能控制器可以对整个光伏发电系统进行控制并保护, 当局部温差较大时, 还可以实现温度补偿。1.1.2 逆变器。由于太阳能电池和蓄电池使用的都是直流电源, 只有在逆变器的作用下, 才可以直接将直流电转化为交流电, 为独立的负载提供电能。按照运行方式, 可以将其分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器应用于独立运行发电系统;并网逆变器应用于并行太阳能发光系统。1.1.3 太阳能电池方阵。在光照下, 电池会吸收一定的光能, 然后在其两端产生电荷, 可以称之为“光生伏打效应”。在光生伏打作用下, 可以产生电动势, 然后将光能转化为电能, 成为能量交换器。
1.2 太阳能光伏系统的分类。目前可以将太阳能光伏系统分为离网光伏蓄电系统和光伏并网发电系统。
1.2.1 离网光伏蓄电系统。离网光伏蓄电系统的主要特点是应用简单、适应性广, 但是由于其体积较大, 维护起来较困难, 导致使用范围受到了约束。1.2.2 光伏并网发电系统。当用电荷载比较大时, 太阳能系统必须向市场供电。在光伏并网发电系统的作用下, 扩宽了电能使用范围, 提高了系统灵活度, 同时降低了资金耗费, 具体示意图如图1 所示。
2 太阳能光伏发电系统应用的优缺点
太阳能光伏发电系统的优点:不受地方限制;安全性能好;无噪音、无污染;不浪费资源;安装简易、建设时间较短;可以分步实施;不需要架设远程输电线路。
太阳能光伏发电系统缺点:容易受地理位置、气象条件影响;光能转化效率较低;安装成本较高。
3 国外光伏发电技术的应用现状
在经济发展的带动下, 光伏发电得到了迅速发展, 已经成为全球增长速度最快的新型技术之一。进入21 世纪后, 在欧洲和日本等地扶持政策的支持下, 光伏发电技术取得了新进展, 转化效率也得到了显效提升, 实验室使用的晶体硅光电池转化效率已经可以达到15%, 单体硅转化率23.4%, 与此同时, 太阳能光伏电池使用寿命也得到了明显增长, 最长可以达到30 年。
目前太阳能光伏发电系统已经在很多欧盟国家兴起, 实现了太阳能电池的可再生计划。在1997 年6 月, 美国总统宣布了“克林顿总统百万屋顶光伏计划”, 国家能源机构实施了一系列宏伟计划, 完成了325个城市10 万个建筑项目上安装3GW光伏系统;日本政府在2010 年完成4600MW光伏发电系统;德国安装了并网光伏发电系统, 可以满足50%的总能耗量。
截至2010 年, 很多欧盟国家太阳能发电总容量可以达到3GW, 澳大利亚是0.75GW。在太阳能光伏技术的不断发展下, 太阳能光伏系统将围绕高效率、低消耗、长寿等开展。很多专家预测, 在2050 年, 太阳能光伏发电应用总量可以达到15%, 在21 年将会占据65%。
4 国内太阳能光伏发电应用现状
在我国实施“六五“”七五“”八五”等计划之后, 光伏发电得到了迅速进步, 光伏组件的生产及加工能力也在不断增强, 市场越来越大。截至现在为止, 我国已经可以稳定的占据全球光伏产业市场的1%份额。
在“十二五”实施期间, 我国光伏发电装机量已将达到七万KW, 我国光伏市场正在发生着着显著变化, 我国在2010 到2012 年, 已将光伏发电由传统独立系统转化为并网发电系统, 根据相关研究显示, 在2020年, 我国光伏产业将会得到新的变化。
国内1MW并网应用举例如下:第一, 深圳国际园林花卉博览园建立的太阳能光伏发电:该发电站主要由太阳能电池板和并网逆变器组成, 使用直接与市并网连接的方式运行, 总容量在1000.323KW, 年发电在100 万KW/h, 提供了大量电能, 节省了运营费用。第二, 上海市崇明县前卫生态村:上海市崇明前卫村太阳能光伏发电由上海威信能源发展有限公司建立, 此项目的成功建立成为上海太阳能光伏发电示范项目之一, 年发电量可以达到107.4KW/h, 与火力发电站比较, 不仅减少了有害气体排放, 还节省了能源。
5 太阳能光伏发电面临的问题
第一, 成本问题。太阳能光伏发电建设项目耗费的资金远大于其他新能源项目。成本较高的主要原因是, 原材料硅价格涨的非常快, 而且现阶段, 太阳能电池板又是整个工程中资金消耗较大的部分, 所以, 要解决成本高问题, 必须降低原材料成本。
第二, 电网产生的冲击。太阳能光伏是一种能量密度低、稳定性能差的资源, 很容易受到天气和地方差异的影响, 并网发电后, 定会给电网的安全、稳定和经济运行造成一定影响。
第三, 政策支持较少。国外的很多国家会对太阳能光伏发电用户给予一定的扶持和优惠。在国内, 由于太阳能光伏发电起步的较晚, 很多政府部门还不能对其引起重视, 在高额成本的消耗下, 政府不能对太阳能光伏发电引起重视, 影响了光伏发电项目的顺利进展, 为了解决这些问题, 应该加强政府政策扶持。
结束语
随着太阳能光伏技术广泛的发展, 全世界已经广泛开始了光伏技术应用, 为了促进光伏技术的发展, 国家相关机关应该给予光伏技术一定的政策和资金扶持, 帮助太阳能光伏技术迅速的进入千家万户, 给人们的生活带来方便, 减少能源浪费。
参考文献
[1]李薇薇.太阳能光伏发电技术的应用前景及展望[M].北京:化学工业出版社, 2015 (3) .
[2]王长贵;秦盼盼.太阳光伏发电的实用技术[J].机电产品开发和创新, 2014 (9) .
太阳能光伏发电系统应用技术 篇9
1615年, 法国著名工程师所罗门·德·考克斯发明了世界第一台太阳能发动机。这标志着近代太阳能开发利用的开端。1958年, 我国开始进行太阳能开发与研究。1971年, 首次将我国自主研发的太阳能电池成功运用到“东方红二号”卫星发射中。1973年开始, 我国逐步将太阳能电池运用到地面项目。1981年, 国家将太阳能合理开发与运用列入科技攻关计划。通过长期努力, 我国在这方面取得了可喜了成绩。进入二十一世纪后, 我国分别启动了“826”和“973”计划, 支持太阳能光伏发电系统应用技术的发展。太阳能被逐步运用到航天、科技、农业、建筑等重要领域。同时它也成为近期急需的补充能源和未来新能源结构的主体。
由于不同的规模和用户使用性质, 太阳能光伏发电系统可分为分布式发电系统和集中式发电系统。前者主要指用户自用为主的屋顶光伏发电系统, 就近解决用户的用电问题, 通过并网实现供电差额的补偿与外送。后者是指太阳能板集中放置到专门场地, 充分利用荒漠等地区丰富且相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站, 接入高压输电系统供给远距离负荷。
2 太阳能光伏并网发电系统
太阳能光伏发电系统工作原理是充分利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”, 把太阳光辐射转化成电能。它的规模没有明确标准, 大小均可。
光伏系统分为并网系统和离网系统。并网系统主要由太阳能电池方阵, 逆变器, 交流配电柜等设备组成, 离网系统还需要蓄电池组, 充放电控制器。
并网发电系统主要设备作用如下: (一) 太阳能电池板。主要作用有两个, 第一, 把太阳能转化成电能;第二, 把太阳能传输到蓄电池中, 以便存储;因此太阳能电池板的成本和质量是整个发电系统的关键。 (二) 逆变器的使用。它能够把太阳能发电系统发出的直流电转换成交流电能。因此太阳能发光伏发电系统离不开DC-AC逆变器。
3 并网系统要求
(1) 并网方式:太阳能光伏系统并网方式分为可逆流和不可逆流两种。可逆流分为自发自用余电上网、全部并网, 系统需要加双向计量表。不可逆流一般为全部自发自用, 系统需要加装防逆流装置;
(2) 并网电能质量要求。并网过程中必须要确保电能质量。频率、谐波、电压偏差、功率等需要符合相关规范。
(3) 并网逆变器。并网逆变器是并网光伏发电的核心, 确保输出电力符合电网电力对频率、电压等方面的要求。光伏并网逆变器必须具备以下条件:首先, 能够输出正弦波电流;其次, 在日照和负载变化幅度较大的情况下, 能够正常高效率的运行;然后, 能确保光伏方阵最大功率的工作;最后, 还必须具备可靠性高, 体积小的优点。
4 太阳能光伏发电系统的应用材料要求
(1) 太阳能光伏电池。主要有非晶硅和晶硅太阳能电池两种类型。其中, 晶硅太阳能电池比较常见。晶硅太阳能电池生产过程。主要有提纯、拉棒、切片、制电池、封装这五个环节。
(2) 逆变器。逆变器又称逆变电源, 是一种电源转换装置。按激励方式可分为他激式振荡逆变和自激式振荡逆变;按照输出波形分为:方波逆变器, 阶梯波逆变器和正弦波逆变器。明确的分类, 有利于太阳能光伏系统设计人员对逆变器进行正确的识别和选择。
5 太阳能并网发电系统应用技术的优势与不足
5.1 太阳能光伏发电的显著优势
太阳能并网发电系统把太阳能成功转化成电能, 然后由逆变器把电能运送到电网, 中间不需要用蓄电池存储电能.具体优点如下:
(1) 太阳能是清洁、绿色、可再生能源。发电过程中, 不消耗任何不可再生资源。同时, 生产过程中没有污染物和温室化气体排放, 绿色环保, 有利于自然与经济和谐健康发展。
(2) 电能并入电网, 借助电网存储电能。省去储蓄电池这一环节, 显著降低了成本。当用电负荷较小, 太阳能电力用不完时, 可将剩余部分投入市场。当负荷大时, 也可以从市场购入, 这是并网发电的另一优势。
(3) 光伏发电电池组件与建筑物的完美结合, 不仅能够发电, 而且可作为建筑装饰材料和建筑材料。在降低建筑成本的同时, 也为建筑增加了新的卖点。比如时下流行的太阳能科技建筑。
5.2 光伏发电的制约因素与不足
首先, 高成本直接制约了光伏发电的广泛应用。硅系太阳能电池是发展最成熟的太阳能电池, 但是由于受提纯工艺和原料价格制约, 它的成本非常之高, 远远不能大规模应用和推广。因此, 世界各国都在加大力度开发质量高, 价格低, 寿命长, 可靠性强的太阳能电池。
6 太阳能光伏发电系统应用技术的可行性
太阳能光伏发电系统应用技术利用并网逆变器与当地电网相连, 直接将电能输入公共电网, 无需蓄电池存储的环节。然后, 通过对并网逆变器、并网接入点的选择以及电池方阵设计, 采用低压电网接入实现并网功能。
7 结束语
由于太阳能光伏发电的广阔前景和显著优势, 在全球范围内引起了广泛关注, 也是我国近年来重点发展和扶持的项目之一。国家财政部, 电力监管委员会, 发改委等各大相关部门纷纷出台扶持、补助政策, 促进该行业的健康发展。相关企业也必须努力降低耗能, 加速产业升级, 促进企业联合有效、合理的开发使用太阳能这一清洁, 可再生新能源。从而有效减轻煤、石油、天然气等化石能源压力, 进而从根本上解决困扰人类多年的能源问题。
摘要：随着经济全球化, 能源短缺和环境污染问题日益严重。改变现有能源结构, 寻找新的绿色可再生资源, 越来越受到世界各国广泛关注。在这种情况下, 太阳能这一清洁、绿色的新兴能源尤其受到重视。太阳能光伏发电系统应用技术的有效应用, 能够有效缓解能源危机, 减轻环境污染和温室效应, 实现自然与经济和谐发展。本文将详细介绍这一应用技术的起源、工作原理、独特优势以及存在的问题与不足。
关键词：太阳能光伏发电,应用技术
参考文献
[1]董有尔, 蒙宇, 申甜甜, 唐晋娥.太阳能光伏发电系统应用研究[J].山西大学学报 (自然科学版) , 2013, 01:40-48.
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[3]李文杰.太阳能光伏发电系统并网控制技术的研究[D].太原科技大学, 2012.
太阳能光伏发电技术 篇10
根据欧洲光伏工业协会(EPIA)的数据显示，2010年太阳能发电量的增幅可达4倍，达5550兆瓦。如图1所示，为欧洲光伏工业协会对全球太阳能光伏发电量的预测。
在中国，据报道2010年以前太阳能电池多数是用于独立光伏发电系统，从2011年到2020年，光伏发电市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统。未来15年内，中国将投资2000多亿元，充分利用西部地区和沿海地区太阳日照时间长的优势，兴建太阳能供热系统、太阳能光热应用示范工程和大型太阳能光伏发电站，大力发展太阳能产业。预计到2015年，中国的光伏产量将达到1GWp，位居世界先进水平，2020年将达到35GWp。
因此，市场上有望出现并网太阳能发电系统的建设高潮，本文首先介绍太阳能供电系统的基本概念，并结合具体电路说明用于并网太阳能发电系统的逆变器智能控制技术，从而说明太阳能产业发展将给半导体行业带来的新机遇。
太阳能供电系统：概念和发展方向
太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：
1太阳能电池组件是太阳能供电系统中的核心部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
2太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
3蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池组件所供出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。
4逆变器：由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能供电系统所供出的直流电能转换成交流电能，因此，需要使用DC-AC逆变器。
随着全球能源需求的增长，大型和超大型并网光伏电站系统的建设已经在全球如火如荼地展开，它们发出的电能直接并入高压输电网络，并可参与电力的输送和调配，因此，是世界各国未来太阳能发电的重要发展方向。图2所示为Navigant Consulting对未来几年垒球光伏市场发展趋势的预测，其中可见，并网发电系统的增长最快。
在光伏发电系统中，除了防止蓄电池过充和过放、防反充电等的控制器之外。逆变器也是光伏发电系统中的另一个关键部件，光伏发电系统用的逆变器对可靠性和逆变效率有很高的要求，其中，如何提高逆变器的DC／AC转换效率是业内面临的关键挑战之一。
光伏发电系统逆变器：半导体行业发展的新机遇
逆变器电路的基本框图如图3所示，首先，由DC／DC转换(图中没有显示DC／DC转换和调整部分)提升或降低输入的电压，调节其输出以实现最大的效率。在经过一些附加的电压缓冲之后，左侧电桥中的MOSFET通常由18-20KHz的开关频率，把DC电压转换为AC电压。一般来说，单相H桥是DC／AC级的常见配置，但是，也可以采用三相和其它配置。最后，低通滤波器平滑由开关切换产生的交变电压，从而产生用于并网光伏发电系统的正弦交流电输出。
一般来说，输入直流电压要比交流输出电压的电平要高，但是，由太阳能电池板提供的输入源电压通常没有那么高，因此，系统可以在交流输出一侧采用变压器提升电压，或在DC／DC转换级提升直流电压。
在变压器方案中，虽然它增加重量和逆变器的体积，并增加成本及造成转换效率的降低，但是，通过隔离变压器两侧的电路，它们提高了电路保护和人的安全性，防止直流电流到交流电一侧，而交流电的漏电流也不会造成光伏电池板与地之间的潜在问题。
在不采用变压器的系统中，为了防止负载切换时或者当外电路有严重扰动时烧毁MOSFET，在设计中要采用一种剩余电路保护器件(RCD)来监测各相的电流，如果电流超过某个数值，该器件就会触发保护继电器断路，从而保护转换和充电电路部分，使之免受电网上电压浪涌的破坏。
此外，如果电力线受到破坏或被迫关闭，逆变器就要停止向用电设备或电网供电。如果电力线电压偏低或欠压、或出现巨大的扰动时，要采用一种用于“非孤岛”逆变器的传感器来感测这种情况。当出现这种情况时，逆变器将自动地关闭向电网供电，或把电力传输到其它地方，从而防止它成为电力发电的“孤岛”。
正如DC／AC转换的效率取决于输入电压一样，电池充电的效率也取决于输入电压。光伏板由于受到季节、云层覆盖及日照时间的影响，电池的充电状态也会不断地变化。
有时候，降低给电池的电压而提高电流会提高总功率并加速充电，在另一些时候，可能有必要牺牲一些电流以实现更高的电压，从而实现完全地充电。如图4所示，对电池的最大输出功率出现在电压和电流积的峰值处。
最大功率点输出跟踪(MPPT)被设计为确定这个峰值并调节DC／DC电压转换，以最大化充电输出。在冬季里，MPPT能够把太阳能发电系统的效率提高1／3。确定MPP的一种方式就是在每一个MPPT周期中，由控制器调节PV板的工作电压，并观察其输出电压。
为了确定真正的MPP点，MPPT算法在足够宽的范围内振荡，以避免因云层覆盖或平静的微风导致错误地选择功率曲线上的局部峰值作为MPP点。但是，这种方法的不足之处在于：在每一个周期中，它都偏离MPP点振荡，跟踪的效率低下。
作为一种替代解决方案，人们提出了一种增量自感算法，通过定义一个峰值，然后，求解功率曲线的微分，从而得出MPP点。虽然这种方法没有因宽范围振荡引起的低效率问题，但是，它存在把本地峰值误设为MPP点的可能。
把上述两种方法结合起来，既能够在较宽的范围内扫描，避免把局部峰值作为MPP点，同时，又能够提高最大功率点输出跟踪的效率，但是，这就需要采用性能最强的控制器。
用于逆变器的数字信号控制器必须满足若干实时处理的需要，以有效地执行精密的算法，从而提高DC／AC转换的效率并实现电路保护的功能。例如，德州仪器(TI)不久前宣布推出业界首款浮点数字信号控制器(DSC)－TMS320F2833x，在世界环境日之际以创新技术推动工业应用的环保发展。新型TMS320F2833x能够以150MHz频率提供每秒3亿次浮点运算(MFLOPS)，同时还能降低定点处理器的相关成本。该浮点处理器可帮助工业控制设计人员简化软件开发，增强系统性能，提高节能效率，因此，能够使太阳能逆变器提高太阳能板的能量转换效率，改善变速交流(Ac)驱动的功率与性能。
目前，全球领先的太阳能逆变器制造商大都采用TI的DSC，以最大功率点跟踪(MPPT)算法以及不同负载情况下(如阴天、光照不强等)的动态算法调节来实现最大化系统峰值效率。
此外，近来科学家研究发现，SiC器件具有优于GaAs和si器件数倍的热传导率和电场击穿电压，因其效率高，性能好，制成的肖特基二极管成为了太阳能系统的理想解决方案，同样值得关注。
结语
太阳能光伏发电技术 篇11
关键词：太阳能光伏发电技术,原理,优势,应用,普及
太阳能光伏发电技术作为一项新型技术, 现已经成为各行各业重点开发与研究的技术之一。太阳能光伏发电技术在实际应用中体现出:清洁、环保、节能、健康等优势, 能够有效提高能源利用效率, 应该成为重点研究与开发的对象, 未来的能源建设与发展必然少不了太阳能光伏发电技术的应用。
一、太阳能光伏发电的原理与优点分析
太阳能光伏发电原理最基本体现为:通过太阳能电池把来自于太阳的辐射光能变成电能, 现代科技的持续发展使得太阳能发电技术成为最具潜能的一项技术。主要是发挥半导体的光伏发电光能, 来自于太阳辐射出的光, 聚集于太阳电池中, 电池吸收这些光能, 对应将其转化为电能, 具体过程为:光能中将出现“光生电子-空穴”, 太阳能电池中存在电场, 从而使得电子与空穴相互分开, 对应于电池两侧出现了电荷, 诞生了电压。
太阳能光伏发电体现出一定的优势, 具体表现为:
1.高效、节能、清洁
不同于普通的电力系统发电, 太阳能光伏发电主要是利用太阳光能, 将光子变成电子, 光能转化为电能, 这其中省略掉了一系列的能量转化环节, 电能转化更为简单, 同普通发电对比起来, 其效率高、简单、便捷, 同时又节能环保。
2.储备丰富、分布范围广
太阳能是一种来自于大自然的能源, 具有清洁、环保、可再生等特点, 太阳光的广泛分布为其开发与利用带来了巨大便利, 充分利用太阳光能就可以减少对其他常规能源的开发, 从而减少对环境的污染与破坏。
太阳能光伏发电系统主要由以下几部分构成:太阳电池组件, 储能蓄电池、充放电控制器、直交流逆变器等。其中太阳电池组件是最核心的部件, 主要发挥着电能转换作用。
二、太阳能光伏发电技术的应用与普及研究
太阳能光伏发电作为一项现代化新能源在我国得到了发展, 目前也已经成为最具开发价值、最具利用价值的技术。所谓的太阳能光伏发电最基础原理为:通过太阳电池把光能转化成电能, 达到发电的目的, 当前该项技术已经运用到以下领域:
1.通信工程
太阳能光伏发电技术在通讯领域得到了深入而广泛的应用, 具体体现为:光缆通信工程、卫星通信工程、铁通工程、水文探测工程等, 这些通信工程项目的发展都依赖于太阳能光伏发电技术实现了飞跃式发展。
2.太阳能水泵
在太阳能光伏发电技术的支持下, 水泵通常无须采用蓄电池发电, 在光伏发电系统带动下能够推动水泵迅速运转。一般将逆变器配置在光伏水泵站, 第一步是电池板直流电、交流电之间的转换, 这样水泵就能在交流电的支持下开始运转。太阳能水泵实际使用的弱点体现在:初期投入大, 然而, 实际运行成本较低、无须过多的维护费用, 易于长期使用, 相对于小型号普通的水泵, 其工作效率更高。太阳能水泵通常适合用在太阳能丰富、光能储备较强的地域环境中。
3.光热利用
其应用原理为:聚集太阳辐射, 使其同某物接触然后变成热能, 最终得以应用这部分热能。现阶段, 主要的太阳能聚集设备为:平板集热器、聚焦性收热设备等。根据太阳光的温度, 能够发挥不同的光热作用, 具体见表1。
4.太阳能发电
太阳能光伏发电技术主要体现为发电技术, 其中太阳能的应用形式有多种, 具体体现为:光能与热能以及电能之间的转换, 具体图示为:光→热→电, 来自于太阳所辐射的光能将变成热能, 从而用来发电, 通过集热设备来收集太阳光, 使之变为热能, 并逐渐变成蒸汽, 巨大的蒸汽作用力下, 汽轮式发电机将运转, 发出电能。或者是光能与电能之间的直接转换, 也就是:光能→电能, 该过程的具体原理为:发挥光生伏特的作用, 让太阳能在一瞬间变成电能。
5.动车组太阳光伏系统
高铁建设事业的持续发展, 太阳能光伏发电技术也应用其中, 得益于MATLAB软件系统的支持, 动车组光伏系统得以发展, 该系统的构造设计如图1所示。
该系统主体构造为:光伏阵列、照明与空调系统、蓄电池、充电与放电控制器。其中光伏阵列主要配置在动车组上方, 通常根据动车组顶面大小来设置电池组, 决定电池组的型号与数量。
光伏电池电路模型, 单个太阳能电池属于基础单元, 构建起太阳能光伏阵列, 实际电池组件构造应该参照现实的工程建设状况, 通过串联电池、并联电池等方式来从整体上构建太阳能电池组件。这其中主要形成了3大等效电路模型:
(1) 不考虑电阻对电池的影响, 简单的等效模型。
(2) 将并联电阻纳入考虑范围, 分析其对光伏电池输出的不良作用。
(3) 将并联或串联的电阻纳入考虑范围, 分析其对光伏电池的各种作用, 这一等效电路模型在现实的工程建设中最为实用, 具体的电路模型如图2所示。
观察图2可以看出, 在光伏电路图中, 分别串联与并联了两个电阻:Rs与Rsh。同时, 同光伏电池相比, 器件反应速度较快, 具体的光伏电池电流用下列公式计算:
IL——光电流;
q——电子电荷;
T——绝对温度;
I0——二极管反向饱和电流。
6.光伏建筑一体化
随着太阳能技术的发展, 太阳能光伏发电技术逐渐被应用到建筑工程中, 逐渐形成了光伏建筑一体化模型。具体的应用原理为:将太阳能光伏发电系统安装在建筑物的顶端, 将其同建筑内部的电力线路连接起来, 通过太阳光能与电能之间的转化, 来发挥对建筑室内用电的补偿作用, 当建筑电力系统出现故障问题, 出现断电时, 可以启动光伏发电系统, 来持续供电, 维持建筑物内部各个用电设备的持续运转。经研究表明, 这种光伏建筑一体化的模式未来会有更广阔的发展, 能够同建筑幕墙有效配合, 二者都能够有效吸收太阳辐射能、光能等。现阶段来看, 光伏建筑一体化技术多数用于建筑顶端, 其技术发展相对完善。
光伏建筑一体化技术实际应用还处于初始阶段, 需要大量的成本投资, 然而, 其发展前景广阔、对于建筑物用电系统的完善与发展有着不可替代的作用。
7.太阳能光伏发电技术的普及前景
太阳能作为一种新能源, 将其应用于现代化各行业中能够发挥多方面的优势作用。随着环保节能事业的建设与发展, 越来越多的行业、领域将逐渐开发并利用太阳能能源, 建设太阳能光伏发电系统, 发挥其优势作用, 一方面达到节能环保的目标, 另一方面也减少对传统能源资源的攫取。
未来的太阳能光伏发电技术会同其他技术有效配合, 发挥二者的优势, 达到双方的优势互补, 满足各行各业经营发展的需要。
结语
作为一种现代化的新能源, 太阳能得到了开发和利用, 太阳能光伏发电技术已经在通信、发电、运输等行业得到了有效应用, 发挥了其优势功能, 未来的太阳能光伏发电技术势必会得到更大的发展。
参考文献
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