太阳电池及光伏发电

太阳电池及光伏发电（精选11篇）

太阳电池及光伏发电 篇1

1 南宁市太阳能资源情况

广西壮族自治区地处中国南方沿海,日照充足,各地年总辐射量在3600~5300MJ/m2[1]。但由于广西省地形复杂,天气气候多变,太阳能资源时空分布差异较大,存在明显的地域性和季节性分布特征。

南宁市位于广西壮族自治区南部偏西,是广西省太阳能资源丰富区域,年均太阳能辐射总量约为4592.8M J/m2[2]。南宁市下设青秀区、兴宁区、江南区、良庆区、邕宁区、西乡塘区、武鸣区、横县、隆安县、马山县、上林县、宾阳县等七区五县,南部地区属于广西太阳能资源最丰富区域。

南宁市及下属典型县区的多年太阳能日均辐射量,具体如表1所示(数据来源:Meteonorm气象数据库)。可以看出,南宁市所辖的县区日均太阳能辐射值比较接近,而且变化趋势相同,都是夏天多,冬天少,以7月为峰值。

2 南宁市太阳能光伏发电发展现状

南宁市首例太阳能光伏发电并网系统项目为振宁·现代鲁班小区幼儿园屋面太阳能光伏发电项目[3]。南宁市光伏发电起步较晚,现有的光伏发电项目类型主要有农业大棚光伏发电项目及屋顶分布式光伏发电项目两种类型,截止自2015年9月,太阳能光伏发电项目装机容量约合计63M W,主要项目情况如表2所示。

k Wh/m2

南宁市地域广阔,具有大量可开发利用的荒山、荒坡、农业用地、大型建筑或厂房屋顶、鱼塘水面等太阳光伏电站用地。但由于存在土地性质转换、商业运行模式不成熟等问题,一定程度上阻碍了太阳能产业的快速发展。主要体现在:

1)投资收益不明确,投资者多有顾虑。太阳能光伏发电项目建设需要大量的资金投入,由于南宁市已建成并网的商业化光伏发电项目不多,投资收益有一定的不确定性。并且,南宁市光伏上网发电虽然享受国家光伏发电最高上网电价,但是目前还没有省一级和市一级的补贴,而且国家补贴经常不到位,拖欠现象较为严重,使得发电项目初期的现金流比较紧张,运行困难,这使得有意投资的企业持观望态度。

MW

2)利益分配模式未成型,土地持有者和电网对光伏发电站态度不积极。南宁市的太阳能发展处于起步阶段,存在责权不清晰、补偿不明确等问题,对于光伏发电项目设计的单位之间的利益如何合理分配没有成型的规定。土地所有者及地方电网公司对太阳能发电站的建设和运作了解得不够,高估由此带来的负面影响,因此积极性都不高。

3)土地性质转换问题。地面电站需要改变土地性质,占用大量土地,目前国家和地方政府对此都不提倡。农光互补和渔光互补电站虽不改变土地性质,但是附属的升压站、主控楼、项目管理部临时办公室等建筑还是存在占用基本农田或林地的问题。山地光伏占用的土地以丘陵为主,可能涉及林业用地的土地改性问题。

4)地区发展不平衡,空间分布不合理。由于客观条件差异,目前南宁市光伏项目分布很不均匀,建成项目及在建的项目主要集中在主城区及隆安县,其他县区发展比较缓慢。

3 发展规划

十三五期间,实现南宁市对太阳能资源的规模化开发利用,推进太阳能光伏发电的应用,充分发挥南宁市的太阳能资源优势,根据屋顶和用地条件,最大限度利用资源条件建设光伏发电项目,结合实际情况,分块建设,显著提高太阳能在能源消费中的比例,使太阳能在能源供应中发挥独特作用,形成独具南宁特色的太阳能资源利用模式,提高南宁社会经济可持续发展的能力。经多方面因素综合考虑,规划了南宁市“十三五”期间待建设的15个地面集中式光伏发电项目(含农光互补、渔光互补项目),共计790MW,主要分布在隆安县、宾阳县、上林县、横县、武鸣县、江南区及西乡塘区等县区。南宁市集中式太阳能光伏发电项目列总如表3所示。

MW

分布式光伏发电项目的规划,主要考虑屋顶面积、周边用电企业分布、电网输送、用电缺口、业主意向等因素,本次共规划了46个,共计110.77 MW的分布式光伏项目,主要集中在南宁市主城区的西半部,即江南区和西乡塘区,此外武鸣区、隆安县、邕宁区、良庆区、横县等也有部分项目分布。

目前,南宁市上林县有2个规模较大(共计100MW)的光伏发电项目已经纳入光伏扶贫项目储备库,即将在“十三五”期间建设。对于零星的光伏扶贫项目,可根据实际情况再行申报,暂不作具体规划。

对于南宁市十三五期间太阳能光伏发电所规划的项目一共63个,合计1000.77 MW。

4 效益分析

4.1 节能减排效益分析

“十三五”规划期间,南宁市1000.77MW光伏电站若全部建成投产后,可实现年发电量10.0077亿k Wh,2025年可发电252.2亿k Wh。规划所建太阳能发电项目预计的节能减排效应如表4所示。

可以看出,“十三五”期间规划的太阳能电站的顺利建造并发电,可减排大量的温室气体和污染物。此外,每年还可节约大量工业用水、从而减少相应的废水排放量,节能减排效果非常显著。

4.2 社会效益分析

太阳能光伏电站的建设可增加大量的就业岗位,如果所规划的1000.77MW光伏发电站在5a内平均建设,即每年157.766MW,相当于施工期间每年增加6042个临时就业岗位,而太阳能光伏电站长期运行需要维护及检修,则可增加156个长期就业岗位。所规划的光伏发电站预计年均发电为10.0077亿k Wh,由此增加16329万元的地方税收。除了直接的经济利益外,光伏电站的建设还带动上下游的设备制造、土建工程及相关配套产业的发展,间接地活跃了南宁市经济,对于促进南宁市经济的综合发展有着积极的意义。

太阳能光伏大棚是新型的农业综合利用模式,也是比较适合南宁市广大农村地区具体情况的一种太阳能光伏类型,对于提高南宁市农村土地综合利用效率,全面建设小康社会及社会主义新农村起到重要作用,并有力地推进当地经济和社会的可持续发展。扶贫光伏项目更是地给当地贫困民众带来了直接利益,把党中央精准扶贫的精神落到实处,全面推动偏远地区脱贫。

5 结语

“十三五”时期是南宁市贯彻中央“四个全面”战略布局,落实广西“两个建成”战略部署,是把南宁市建设成广西壮族自治区太阳能基地的战略机遇期。但是由于太阳能发展起步晚、太阳能资源勘查滞后政策及激励措施力度不够导致太阳能产业发展缓慢,因此通过规划引导、政策保障、技术支撑在南宁市推广太阳能产业及应用项目,有利于太阳能在城市发展中的应用,减少大量污染物的排放,实现节能减排的国家战略部署;有利于带动当地太阳能产业协调发展;有利于保护南宁市良好生态环境;改善居民生活质量,提供大量的工作岗位,提高居民收入;将南宁市建设成为经济快速发展、生态文明、人民安居乐业的北部湾核心区城市。

参考文献

[1]程爱珍,黄仁立.广西太阳辐射分布特征及与气象要素关系分析[J].安徽农业科学,2012,40(35):17212-17214.

[2]何如,周绍毅,苏志,等.近50年广西太阳能资源估算与特征分析[J].江西农业学报,2016,28(3):109-112.

[3]尹海明,吴智.南宁首例屋面太阳能发电项目通过验收[N].南宁日报,2011-01-06(3).

聚光太阳能光伏发电效率分析讨论 篇2

关键词：聚光太阳能；光伏发电；效率分析

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

随着各项科学技术的不断发展，发展低碳经济已经成为当前我国发展的主要策略之一，节能环保技术应运而生。太阳能具有能源丰富、取之不尽、用之不竭的特点，不受其他地域条件的影响，可免费获取，不会污染周围环境。聚光光伏发电技术有助于降低成本，提升发电率，是当前电转化过程中最为普遍的应用方式。

一、聚光太阳能光伏系统总体设计及实现方法

由于太阳能聚光光伏系统需要直射光才能发光，因此需要安装适合太阳跟踪器的装置。以下将对聚光太阳能光伏系统总体设计及方法进行分析。

（一）太阳能光伏聚光器主体结构设计

当前我们设计的聚光太阳能系统总体是由三个部分组成的，其一是通过太阳能自动跟踪器控制单元的抛物面在太阳能情况，该聚光器使用的是抛物面形状，中心部位有单抽，通过齿轮咬合，将步进马达的动能通过变化齿轮的方式按照自西向东的在方式进行旋转，保证抛物面永远正对太阳，获得最大能量。聚光器是通过折射聚光器和反射聚光器的原理进行操作的，在聚光光伏技术中，应用折射透镜实现聚光，该透镜具有厚度薄、体积轻等特点，在应用过程中聚光倍数可达到400倍，通过使用高效电池，每个组件的工作效率可达到20%以上，此类聚光系统需要另外设置多个聚光器，减少聚光器到电池的距离，进而减少光损失，使摄入电池表面的光谱更均匀，提升太阳电池的转换效率。由于太阳能表面温度的升高会导致聚光太阳能输出功率逐渐降低，在光线强度高、电流大的情况下，工作聚光太阳能电池温度会随着工作时间的增加而增加[1]。

（二）主动式太阳能散热器设计

聚光太阳能电池和普通太阳能电池一样，随着太阳能表面温度的变化而变化，当太阳能输出最大功率逐渐降低，聚光太阳能电池是在高光强、大电流下工作。散热系统分为主动式冷却和被动式冷却。被动式冷却是指聚光器在工作过程中所产生的热量散播到大气中，主动式冷却方式可以降低太阳电池的温度，但是由于此类方法最大的问题是可靠性低，如果该系统出现问题，会导致太阳电池组件由于表面温度过高而被烧毁。被动式冷却可靠性较高，但是散热效果不佳，电池通常会在较高的温度下吸收太阳电池的热能，降低太阳的温度，提升转换效率[2]。

（三）主动式太阳能跟踪器机械设计

跟踪器的机械总结构是由多个部分组成的，包括：底座、大齿轮、小齿轮几轴承等，其中底座承载所有机械原件，齿轮和主轴固定在基座上，并且主轴相对于底座运动。跟踪器的跟踪原理是以太阳光线被机械控制的大小为中心，转动会带动支架轴上大齿轮转动，从而控制系统就会发送控制南北方向偏移的指令，进而控制马达转动。不同方向马达可同时由控制系统操作，可实现双向追踪，其次系统跟踪效率和精度也会随之增高。控制精度性能提升，整个机构制造成本也降低了，进而降低马达的运行功率。

二、聚光光伏跟踪系统在控制电路原理及器件的选用

聚光跟踪系统对太阳光线进行跟踪是通过光感器实现的，通过传感器在不同部位的不同强度对比，获得不同强度的光能，达到自动跟踪调整的目的[3]。

（一）光电传感器的应用

传感器是获取信息的源头，我们所需要的所有信息资源只有在传感器正常工作的情况下才能转换，传感器已经应用于教学数据及多种科研项目，在聚光太阳能光伏发电过程中必须灵活运用传感器。传感器一般呈现周期变化和动态变化，不同传感器有不同的内部参数，相对应不同静态和动态特性，得到不同测量结果。

（二）光敏电阻器件传感器的选择

高精度的传感器要求在具有良好的静态和动态特性的同时，实现信号的实时转换，在自动控制过程中，光敏电阻器件是传感器的一种，采用光电原件来检测非电原件的传感器，将被测量的光信号转化为电信号，借助放大电路的作用，将其转化为单片计算机可识别的电信号。光电信号传感器一般由光源、光學通路和光电组件构成的。在信号检测过程中，光敏电阻是不可缺少的原件，主要针对光的测量，最后实现被控系统进行自动化控制完成的目的。

（三）集成运算放大器的工作原理

光敏传感器输出的信号需要进行放大，选用集成运算放大器组成的信号至关重要。集成运放最基本的电路有同相和反相，两种放大器进行组合可以演变许多集成运放电路，因此需要选用合适的集成运算放大器来解决模拟电路中所出现的各种问题[4]。

（四）光伏跟踪系统控制设计

为了实现抛物面太阳聚光器能对太阳光线的实时跟踪，在实践中需要设置东、西、南、北四个方位，由单片机控制指令，机械控制装置带动抛物面太阳能聚光器跟踪，保证抛物面的光线正对太阳能在电板，获得最大能量，因此需要对各个控制单元的硬件电路进行控制。

（五）东西、南北方向传感器电路设计

由于光敏传感器输出的信号较弱，不能推动控制部分正常工作，需要对光敏传感器输出的信号进行放大。为了使光敏信号能准确反应太阳的实际方位，需要选用高灵敏度、低噪声的集成放大器，为了保证光敏电阻两端不受电压的影响，可在前端增加恒压源11U1集成电路，不会受到电压波动的影响。

三、结束语

太阳能是当前最清洁的可再生资源，应用前景广泛。可以通过聚光器将太阳光汇聚到面积很小的太阳能电池上，从而降低太阳能电池材料的使用量和光伏发电系统的成本，降低太阳能电池的发电量。

参考文献：

[1]王建平，杨金付，徐晓冰.一种聚光型太阳能光伏系统的研究[J].能源研究与利用，2011（13）：190-192.

[2]江守利，陈则韶.二次反射聚光分频光伏系统的光学分析[J].工程热物理学报，2011（14）：200-203.

[3]张常年，赵红怡，吕原.太阳能屯池动追踪系统的研制[J].计箅机应用，2011（19）：200-203.

太阳电池及光伏发电 篇3

随着地球化石能源的日益减少和全球温室效应的日渐加剧,传统的能源方式比如煤炭和石油的利用虽然依然占据主导地位,但是在能源利用中所占比重正在逐步降低,一大批新能源方式正在兴起。太阳能光伏发电作为一种不依靠化石原料燃烧而是利用取之不尽用之不竭的太阳能发电的新能源形式,正在伴随科技的进步在国民经济中发挥越来越大的作用。

1太阳能光伏发电应用前景

太阳能光伏发电从开始形成产业规模至今,已经伴随着科技进步和政策调整获得了长足的发展。太阳能光伏发电就是通过半导体器件利用太阳光的照射,将太阳能转化成电能的一种新的能源获取方式。太阳能光伏发电相对于传统能源方式而言,具有无污染、可持续、零排放、设备维护简单、安全系数高、使用寿命长等特点,由于太阳能可以源源不断的获取,所以太阳能光伏发电可以不用担心能源原材料的短缺,太阳能光伏发电将是二十一世纪甚至更长的时间内人类获取能源的重要手段,可在航天、交通、民生等各领域得到广泛利用。

中国通过技术引进和研发以及相继配套实施太阳能光伏发电的政策,现在,中国已经成为世界上最大的光伏产业基地之一。太阳能光伏发电在中国的大力发展将对中国能源结构调整产生重大影响。第一,缓解由于煤炭、石油资源日益短缺和不可再生造成的国家能源战略担忧,充实能源结构,发展低碳经济 ;第二,降低化石能源燃烧产生的水、空气污染程度,传统能源方式对环境的伤害和弊端已经日益显露,中国在环境治理上的投入资金日益加大,不利于中国的长远发展 ;第三,太阳能光伏发电是新兴产业,发展前景广阔,市场巨大,可以为放缓的中国经济提供新的经济增长点,拉动内需,提供更多的就业岗位。

2太阳能光伏发电存在问题分析

2.1产业水平低级

中国现在虽然已经是世界上最大的光伏产业基地之一,但是还处在产业链的低端水平。太阳能光伏发电所需的也是最重要的多晶硅关键制造技术在国外,比如美国、日本、俄罗斯。这些国家的多晶硅制造技术比较成熟,所生产的多晶硅不仅质量高而且能耗较少,对环境较为友好。中国的光伏产业起步晚,发展缓慢,多晶硅制造技术比较不成熟,不仅生产的多晶硅质量相对较差,而且由于制造工艺水平上的差距,中国的多晶硅制造过程中会消耗大量的能源,这些能源直接或间接的通过煤、石油等能源获取。所以,中国的多晶硅制造多是具有高能耗、高污染、低利润的特点。另一方面,由于太阳能光伏发电市场多是在欧美等国家,国内市场需求量小,绝大多数的光伏产品都是出口到国外,所以中国的光伏产业仅仅是处于产业链的低端,用高资源、高污染的巨大代价获取与之不符的低回报。

2.2行业产能过剩

中国的光伏产业发展经历了一个市场需求巨大到行业聚集效应再到供过于求以至于产能过剩的过程。现在,全国各地多个地方都兴起了一股新能源热光伏热,大批的光伏项目上马,投产的、在建的、申请批复的项目越来越多,在2010年之前多晶硅产能就超过了两万吨,产量远远超过五千万吨,产能已经严重过剩。为了中国光伏产业健康有序的发展,政府开始通过政策、经济手段对光伏产业进行调节。

2.3多晶硅制造能耗大

太阳能光伏发电是一种绿色无污染的环保能源,但是太阳能光伏发电所需的原料多晶硅的制造过程却是一个耗能巨大的生产过程,耗电量甚至高过电解铝产业。现在国外成熟的多晶硅制造技术多是采用优化后的西门子法,耗电量一般不高于150kw.h/kg,中国多晶硅制造技术相对不成熟,耗电量一般要超出国外30% 甚至100%。

2.4行业发展无序

中国光伏产业虽然体量巨大,但是由于生产的光伏产品多是出口到国外,所以行业发展混乱,往往单打独斗。由于中国光伏产业没有国家层次的行业组织和统一的产业制度,在光伏产业遭遇国外反倾销的时候往往处于被动地位,不能形成统一的强大的行业凝聚力从而具有光伏产业话语权,所以,在反倾销的国际案例中,中国光伏企业屡屡败诉,损失巨大。

3太阳能光伏发电发展对策

3.1控制产业规模

中国光伏产业发展要想有序且有竞争力,产业规模一定要严格控制。对已生产的企业严格把控质量关,对在建的企业加强监管,对正在申请的项目严格审批程序。将光伏产业规模控制在一定产量之内,提高行业竞争力。

3.2促进企业结构调整

耗能高的企业要促进结构优化,加快系统升级,降低生产能耗。促进企业结构调整,加强企业运营管理,提高经营水平。国家应该加大技术研发投入,通过制定相关财税政策促进核心技术研发,摆脱技术水平长期落后的现状,将我国光伏产业发展推向更高水平。

3.3淘汰环保不达标企业

我国多晶硅制造可以说是一个高污染的行业,原因主要是,第一,资金投入不到位,第二,生产工艺水平不达标。政府应该加强监管,提高行业准入门槛,提高行业环保标准,对环保不达标的高污染企业进行整顿,将生产水平和制造工艺达不到环保要求的新申请的项目淘汰出局。

3.4推进光伏产业联合

政府应该建立光伏产业联盟,制定实施相关产业政策,建立更高层次的行业协会。加大科研投入,推进光伏产业技术研发,提高行业整体制造水平,提高竞争力。推进产学研结合,建立大型示范企业,加快技术推广,降低资源浪费和环境污染。

4结语

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；

太阳电池及光伏发电 篇5

一、太阳能光伏并网系统发电预测的基本程序

太阳能光伏并网体系发电量预测和展望工作需要具体的统计和总结太阳能光伏发电并网体系安置的位置和相干的安置数据，然后按照现实的成长环境成立与之相关的预测机制和预测模型。在预测方案和预测模型建立之后则需要明确相应的计算方法，从而保证太阳能光伏并网系统发电预测有效性。在此基础之上，需要紧密结合以往的太阳能光伏并网系统发电量以及安装的相关数据开展研究工作，不断地总结和积累经验，改进和完善太阳能光伏并网系统发电量预测模型，借以逐渐完善太阳能光伏并网系统发电量的变化性质。下图1所示的是太阳能光伏并网体系发电量展望的根基法式图：要根据太阳能辐射预告展望的成果来勘误辐射量实测数据和辐射量预告值，然后总结得出水平面辐射展望数值和斜面辐射展望数值。将预测所得的数据同其他的天气因素预报相结合，利用专业的预测方法来总结得出太阳能光伏并网系统发电量的预测值。

二、太阳能光伏并网系统发电量预测的基本方式

太阳能光伏并网系统发电量预测方法重点包括原理预测方法、统计预测方法、智能预测方法以及不确定性预测方法等。

（1）原理预测方法。原理预测方法主要是将太阳能发电方式为基础，通过分析和探究太阳能资源在转换成为电力资源的过程中能量耗损的现状，然后将这些现状所得到的数据建立成相应的经验分析公式以及相关的经验分析系数。预测光伏发电量，此方法的原理和计算都非常简单，预测效果主要取决于光电转换效率模型、逆变效率模型和辐射预报的准确性。原理预测方法所得到的经验分析公式，也就是太阳能光伏并网系统发电功率公式为：P（t）=ηsAG（t）其中P（t）表示的是太阳能光伏并网系统极板的整体输出转化的电功率，ηs表示的是表示的是太阳能资源转换成电力资源的整体效率，A表示的是太阳能光伏并网发电设备极板的整体有效面积（m2），最后的G（t）则表示的是太阳能光伏并购系统发电设备的斜面辐射能力。

（2）统计学预测分析方法。统计学预测分析方法主要是指利用回归分析、时间序列等统计学分析方法来预测太阳能光伏并网系统发电量。将光伏发电历史数据作为自变量，视其预测值作为因变量，将二者的关系量化成为相关系数，建立回归方程，完成预测。太阳能光伏并网系统发电工作中尤为重要的因素是太阳能辐射板的整体辐射量和太阳能辐射极板的温度，而且其对太阳能光伏并网系统发电功率的影响性相对较高，这样才能够建立多元线性的统计学预测分析模型。太阳能光伏并网系统发电的转换输出功率公式为：Pm=Um·Im；但是Um·Im=Uoc×Isc×FF×KTP在上述公式中，KTP表示的是太阳能光伏并网系统发电输出整体功率同太阳能发电极板温度之间的权值，Uoc、Isc、FF则表示的是太阳能光伏并网系统发电极板的開路电压数值、短路电压的数值以及填充因子等。多元线性回归模型的构建工作比较简单，而且在太阳能光伏并网系统发电量预测工作中计算的速度比较快，其缺点在于不能够很好地将气候因素和天气因素反应出来，在这种情况下就必须根据实际的气候因素建立不同类型的多元线性回归模型，借以提升太阳能光伏并网系统的发电量预测科学性和准确性。时间序列分析法就是将光伏发电量历史数据按时间顺序排列成时变的统计序列，建立随时间变化的变化模型，并将模型外推进行预测。

（3）智能预测方法。智能预测方法主要是利用神经网络来开展太阳能光伏并网系统发电量预测工作，这是因为神经网络系统的记忆能力相对较高，而且在非线性反应能力方面比较突出，具有较高的自主学习水平，然而也会因为气候因素和其他的自然因素使其预测质量较低。因此可以利用人的经验和知识水平来构建预测体系，从而实现预测目标。

三、结论

光伏发电量预测在系统规划、并网运行等方面的控制具有重要作用，要选择合适的预测方法确保预测过程的快速性和结果的准确性。因为太阳能光伏并网系统发电量具有许多不可靠因素，所以必须明确其预测方法，这样才能够更好的提高太阳能发电量预测数值的精确性。将多种方法综合应用、取长补短的组合预测法将是未来光伏发电量预测发展方向。

太阳电池及光伏发电 篇6

根据当前用电负荷情况, 夏季机组双停厂用电由电网系统购置, 增加了企业费用, 厂区内生产厂房、部分建筑屋顶及空地等均闲置, 利用屋顶分布式太阳能发电系统可自用可上网的特点, 投资分布式并网光伏发电系统。全年发电量可补偿夏季增加的企业费用, 同时上网电量又增加了利润。

分布式光伏发电特指采用光伏组件, 将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式, 它倡导就近发电, 就近并网, 就近转换, 就近使用的原则, 不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量, 同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

1 并网光伏发电系统

所谓并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后, 直接接入公共电网。考虑到太阳能光伏发电的固有特点, 节约投资, 省略蓄电池组并减少充、放电转换带来的损耗, 当今世界太阳能发电有80%是并网发电。如图1所示, 是一个并网发电系统示意图。

现在由于夏季电网用电情况机组双停, 双停期间用电量由电网系统购买, 每日用电在3.5万k W·h, 电价为工业用电, 安装太阳能光伏发电系统可补偿用电, 以下分析投资光伏发电系统情况。

2 电价及补贴政策研究

根据各地太阳能资源条件和建设成本, 将全国分为三类标杆上网电价区, 相应制定光伏电站标杆上网电价。

对分布式光伏发电实行按照全电量补贴的政策, 电价补贴标准为0.42元/k W·h (含税) , 通过可再生能源发展予以支付, 由电网企业转付;其中, 分布式光伏发电系统自用有余上网的电量, 由电网企业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购。

3 经济性评价

黑龙江省属于太阳能资源较丰富区域, 为Ⅱ类资源区, 光伏地面电站对应的标杆电价为0.95元/k W·h, 分布式执行0.42元/k W·h的电价补贴。

假设分布式光伏项目装机容量为1MW。占地面积约为15000m2左右。如采用全部上网模式, 上网电价为0.95元/k W·h;采用自发自用, 余电上网, 自发自用部分电价为售电价格+0.42元/k W·h, 上网部分为当地燃煤标杆电价+0.42元/k W·h;全部自发自用, 电价为售电价格+0.42元/k W·h。根据黑龙江省电网售电价表, 最高的售电价格为一般工商业用电——0.8780元/k W·h, 因此分布式项目选择自发自用收益最高。以此计算项目融资前税前收益率在10.98%之间, 投资回收期在8.57年之间, 项目具有较好的盈利能力。装机容量为1 MW (按年日均5 h计算) 日发电5000 k W·h, 全年182.5万k W·h, 每度电发电收益为当地脱硫、脱销煤电价+国家补贴0.42元。

在我国太阳能每发1k Wh时电, 相当于减少二氧化碳排放量1.14公斤。由此计算, 该项目每年可减少258.21 t二氧化碳排放量, 减少粉尘排放70.23 t, 节省标煤106.9 t。因此, 该项目的建设和运行, 将带动黑龙江省光伏产业快速发展, 对促进可再生能源综合利用、深化全民节能减排意识将产生深远影响。

4 企业光伏发电并网的优势

4.1 经济价值

例如:太阳能光伏并网发电系统, 大约8~10年就能回本赢利, 核心部件太阳能电池板寿命大约20~25年, 也就是光伏并网赢利期能达到12~15年左右, 经济效益还是比较明显的。规模越大, 系统投资单价优势更高, 效益越可观。

4.2 场地优势

生产型企业都有自己的工厂, 房顶有免费的闲置空间资源, 足够大的安装面积是太阳能光伏并网系统的核心资本, 同时也让工厂的生产场地成本得到价值更大化的利用。

5 分布式光伏发电项目实施步骤

(1) 项目业主电量及自身情况分析。从项目业主单位实际出发, 考虑自身用电量、屋顶条件等, 确定光伏电站的建设规模。

(2) 初步方案设计。由太阳能光伏发电系统集成商, 制定项目初步方案, 包括土建、地勘、气候、光照、设计和场所等。

(3) 系统设计。由于光伏发电集成商根据现场实际情况, 确定电站建设方案, 开展具体工程设计。

(4) 并网申请。项目所属供电公司提交申请表及其他相关资料, 与供电公司签署有关并网协议。

(5) 施工安装。按照项目方案, 实施工程安装、调试、接入试运行等。

(6) 运营维护。项目竣工后, 开始分布式光伏电站的运营, 以及后续日常维护等。分布式光伏发电是太阳能发电项目中一种发展迅速的新能源, 它具有小型、分散、就近接入、就近利用、自发自用、多余电量配电侧上网等特点, 能够充分利用厂房及建筑屋顶、空闲场地, 非常适合于企事业单位等自建光伏发电应用。也为企业寻求新的能源以求得可持续发展和日后发展提供了空间。

参考文献

[1]郝亮, 孟立凡, 吴慧飞, 等.新型光伏系统最大功率点跟踪方法研究[C]//北京科技交流学术月绿色低碳新能源新技术国际研讨会, 2011.

[2]李岚, 佟轶.光伏发电中光伏电池变步长导纳增量法最大功率追踪[J].电气技术, 2012 (6) :37-40.

太阳电池及光伏发电 篇7

关键词：BIPV,并网,光伏发电

0 引言

随着社会发展, 能源和环境问题日益受到关注。作为新能源和可再生能源的重要组成部分, 太阳能光伏发电被认为是世界上最有发展前景的新能源技术之一。在过去的5年时间里, 光伏市场发展迅速, 是能源技术领域发展速度最快的行业, 平均增长率为35%。预计到21世纪中叶将占世界发电总量的20%左右, 成为人类的基础能源之一。

太阳能光伏发电是未来发展的重点, 深圳属于太阳能资源较丰富区, 具有太阳能光伏开发利用的巨大潜力。使用高效、经济、合理的光伏与建筑一体化 (BIPV) 方案, 在深圳北站应用光伏发电系统, 建设绿色铁路, 节约资源, 提高了资源利用率, 且对指导铁路大型站房设计、实施乃至运营有着重要的参考价值和指导意义。

1 系统原理及设计方案

1) 光伏发电系统的组成

太阳能发电系统主要包括:太阳能电池组件 (阵列) 、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。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。

2) 发电系统分类

太阳能光伏发电系统从大类上可分为独立 (离网) 光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。即并网光伏电站及独立光伏发电系统。

独立光伏发电系统由太阳电池组件、控制器、蓄电池、逆变器组成。如图1所示。

独立光伏发电系统一般应用于小型用电系统中, 如在路灯灯杆顶部安装太阳能板, 独立为照明系统供电。

并网光伏电站系统由太阳电池组件。并网逆变器等组成。通常还包括数据采集系统、数据交换、参数显示和监控设备等。太阳能方阵所发出的直流电经过并网逆变器转变成与电网相匹配的交流电再输送到电网中。如下图2所示:

并网系统最大的特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网, 并网系统中光伏方阵产生的电力除了供给本地交流负载之外, 多余的电力可以反馈给公共电网。这种系统可以充分利用光伏方阵所发的电力, 不使用蓄电池, 减小了能量的损耗, 降低了系统成本;能够并行使用市电和太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源, 降低了整个系统的负载缺电率;可以对本地的公用电网起到调峰作用。目前功率容量较大的光伏发电系统都采用的是并网光伏系统, 大量的BIPV的光伏发电系统也都是采用的并网光伏系统。

通过比较上述两种光伏发电系统工作方式和性能, 可以看出并网光伏发电系统是成本最低, 维护最方便, 污染最小的工作方式。因此新深圳火车站采用并网光伏系统, 一方面是能够降低初始投资, 二是减少太阳能光伏系统的维护费用及维护工作量, 并且提高光伏供电系统整体的稳定性和可靠性。

3) 深圳北站项目

深圳北站项目屋面顶部面积较大, 约85000平方米, 采用单晶硅电池组件通过支架安装方案, 光伏采光屋顶代替传统的普通建筑玻璃屋顶, 使建筑物的外观协调美观。光伏系统采用高效单晶硅电池片, 具有独具一格的建筑效应和环保效益, 该系统的总功率为336k W, 年发电量约37.6万度。

“光伏屋顶”严格根据深圳本地的气象资料, 在系统的方案设计中充分考虑了整个光伏系统的自重荷载、抗风压能力、系统的发电效率等综合因素, 采用专业光伏系统设计和模拟分析软件, 对太阳能光伏低压并网系统作了详尽的设计。并根据光伏组件在屋面上的安装方式, 考虑两侧的铝单板凸起的部分区域将会对电池组件造成遮挡进行了阴影计算。

整个光伏采光顶发电系统由840块180Wp和840块220Wp单晶硅太阳能电池组件以及2台并网逆变器构成。整个光伏系统由2个子方阵构成, 每个子方阵配备1台大型并网逆变器, 同时由一套数据采集监控系统完成对整个采光顶并网发电系统的数据采集与监控。

此光伏采光顶并网光伏系统所发的电供大楼部分电气设备使用, 不够的部分由电网补充。并网光伏供电系统由光伏组件阵列、并网逆变器、电缆和汇线盒、监控器等设备组成。系统与市电并网, 光伏系统产生的电能直接输入到电网内, 供负载使用, 不足的部分由电网补充。

光伏组件作为发电设备安装在大楼顶棚采光顶位置, 它固定在顶棚骨梁结构上, 并与其他屋面玻璃有机地结合在一起。效果图如下图3:

2 太阳能电池组件的比选

根据太阳能电池所用材料, 一般可将其分为硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型电池和纳米晶化学太阳能电池四大类。由于硅系太阳能电池对比其他的电池具有效率较高, 技术成熟, 且原料不含毒, 寿命长等优点, 目前硅系太阳能电池占有绝大部分市场份额。而硅系太阳能电池可分为单晶硅电池, 多晶硅电池, 非晶硅薄膜电池, 柔性非晶硅薄膜电池, 而单晶硅电池对比其他电池具有技术成熟, 效率高, 对环境无污染, 寿命长等优点, 因此, 针对新深圳站屋面布置方案, 我们提出了采用晶体硅电池方案。

3 光伏系统对电网的影响

1) 现有并网光伏技术能够保证良好的供电质量

经过二十多年的发展, 光伏并网供电技术已经相当成熟。目前, 并网光伏发电的核心设备———并网光伏逆变器的交流输出质量已经能够满足甚至超过国家标准对公用电网电能质量的要求。系统所发出的电力一般为低压并网, 通过低压配电保护、10k KV/380V变压器隔离、高压配电保护等三级保护, 以及系统内关键设备并网逆变器的过电压、欠电压、过频率、欠频率、防孤岛效应及雷击等保护措施, 保证系统不会对外电网造成任何冲击。新深圳站太阳能发电光伏发电项目加装逆功率保护装置, 该装置已经在奥运项目中多次使用。逆功率保护装置能够实现太阳能所发的电全部在站房内部负载即时消耗, 如果出现内部负载功率瞬时小于太阳能光伏系统的功率, 会逐级切断太阳能发电系统, 防止太阳能发电系统产生的电能返送至外电网。

2) 光伏系统容量与电网容量安全

考虑到新深圳站的实际情况, 屋顶安装的光伏约为300~336k Wp左右, 而新深圳站的变压器最小的容量也大于800k VA, 其功率容量之比约0.4, 远小于变压器正常运行时的最低负载率, 所以, 新深圳站太阳能并网光伏系统是安全可靠的。

4 项目产生的效益

光伏系统维护成本非常少, 加上国家实行对太阳能光电建筑项目的补贴, 因此新深圳火车站将产生巨大的经济效益, 此外可以产生明显的社会效益, 太阳能发电对比石油、煤炭等发电将减少大量的二氧化硫、氮氧化物等有害气体和二氧化碳等温室气体, 是干净环保的发电模式。

5 结语

长期以来, 我国一直以煤炭发电为主, 由于多年来无止境的开采, 我国煤炭储量已经不能支持我国电力的发展, 加之使用化石能源带来了空气污染, 水污染等环境的问题, 中国正在以历史上最脆弱的生态系统, 承受着 (下转第284页) (上接第297页) 历史上最多人口和最强的发展压力, 作为能源消费大国, 提高能源效率和发展新能源与再生能源已是燃眉之急。光伏发电用完美演绎了能源供应和环境保护的双重使命, 体现了人与自然相互依存, 和谐发展的理念, 将太阳能光伏发电应用于深圳, 推动深圳市可再生能源的发展, 为环境保护做出的巨大示范作用。为深圳市构建和谐社会, 走可持续发展的道路做出瞩目的贡献。S

参考文献

[1]袁立强, 等.太阳能光伏并网发电及照明系统[M].北京:科学出版社, 2009 (11) .

[2]李传统.新能源与可再生能源利用技术[M].南京:东南大学出版社, 2005 (09) .

[3]沈辉, 曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京:化学工业出版社, 2005 (09) .

[4][日]太阳光发电协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京:科学出版社, 2006 (04)

[5]周志敏, 纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例[M].北京:电子工业出版社, 2010 (07)

浅论太阳能光伏发电 篇8

关键词：太阳能光伏,光伏建筑一体化,补贴

0 引言

太阳能是地球绿色能源中最重要的清洁能源。大力发展光伏发电，开发利用太阳能，有利于节约能源、保护环境，推动人类向可持续发展模式转型的进程；其中，光伏建筑一体化因其安装简便、外形美观、实用性强，近年来越来越受到各国政府多的重视，成为太阳能利用的重要方面。

1 国外光伏发电的发展沿革及趋势

太阳能光伏发电在城市推广利用的最佳形式是与公共电网并网并且与建筑结合，即光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaics,BIPV）。迄今为止，光伏发电经历了漫长的发展过程：从天上到地面，太阳光伏电池主要作为空间航天器的电源，向地面多种应用发展；从独立系统到并网发电，从环保角度出发，少用或不用化学蓄电池以独立的光伏系统替代到并网光伏发电系统，比离网更科学和环境友好；从屋顶系统到与建筑结合成光伏建筑一体化，从单纯将光伏组件安装在屋顶上，发展成为太阳电池组作为建筑材料的一部分。

太阳能光伏发电系统与建筑结合的早期形式，主要是德国率先提出的方案和大力推进实施的“屋顶计划”。德国和我国的有关统计表明，建筑耗能占总能耗的三分之一。光伏发电系统的最核心的部件是太阳电池组件；而太阳电池组件通常是一个平板状结构，经过特殊设计和加工完全满足建筑材料的基本要求；因此，光伏发电系统与一般建筑结合，即通常简称的光伏建筑一体化成为太阳能利用的最佳形式。对于光伏建筑一体化的发展，这方面的先行者德国，首先是进行示范，然后逐步推广，已经历了一个历时近20年的发展过程：从1991到1995年，实施1000光伏屋顶计划，并开始实施电网回收；从1995到1998年，为巩固和评估阶段，进行技术与经验积累，并进而提出了10万屋顶计划；到2000年，德国政府制定“可再生能源法”，而在1991～2003年，主要实施10万光伏屋顶项目，共安装300兆瓦，到2003年秋，10万屋顶计划完成。德国政府为了进一步加快发展光伏发电系统，加强推广，在2004年又修正可再生能源法，制定了更加吸引私人投资光伏发电回收和补贴计划。到2004年底，德国一年就安装600兆瓦光伏发电系统。在2005～2006年期间，德国光伏迅猛发展，以至于最后统计的数字也发生混乱。如据BSW(der Bundesverband Solarwirschaft，德国太阳能经济联盟）统计，2005年安装750兆瓦，2006年安装750兆瓦，这样，至今为止德国共安装并网光伏为2 550兆瓦；而据Photon杂志的统计，2005年安装912兆瓦，2006年安装1 150兆瓦，德国总共安装并网光伏3 300兆瓦。如果按德国联邦环境部的计划，到2020年德国总共要安装并网光伏10千兆瓦，2006年按保守的数字也已经安装了2 550兆瓦，还有约7.5千兆瓦，从2006年到2020年还有14年，那么按每年平均安装540兆瓦即可达到目标，这对于德国来说或按照德国目前的发展来看，到2020年总共安装10千兆瓦的光伏系统应该不成问题。

在德国的影响下，世界各国特别是欧洲国家纷纷效仿德国政策，制定本国光伏发展计划。如西班牙、意大利以及亚洲的韩国等，也制定了本国的光伏并网补贴计划。

西班牙是继德国之后出现的全球第二大光伏发电市场。2008年西班牙新增太阳能发电设备容量达170万千瓦，这一数字已经超过一座大型核电站的发电规模，扩容规模为全球最大；而德国、美国、日本分别以150万千瓦、30万千瓦、24万千瓦的扩容规模分列二到四位。在全球光伏发电总装机容量方面，西班牙也以230万千瓦的规模仅次于德国，排名世界第二位。除了光伏发电新增容量之外，2008年西班牙的太阳能电池导入量达2 511兆瓦，也居全球首位。西班牙的光伏产业之所以能保持强劲的发展势头，与政府的大力支持有莫大的关系。从2007年至2008年上半年，西班牙政府推出了与传统电价几乎等价的鼓励政策；另外，政府还通过每年约2亿欧元补贴，使得国民可以消费得起成本相对较高的太阳能资源。

在布鲁塞尔举办的“可持续能源周”中，欧盟委员会提出了“欧洲可再生能源技术战略计划”。太阳能占有重要地位，到2020年太阳能将占欧盟电力需求的15%，其中12%来自太阳能电池发电，3%来自太阳热发电系统。

2 国外光伏建筑一体化发展

国外的光伏建筑发展，是从示范到推广，从屋顶光伏到与建筑集成，并进而将光伏组件发展为一种新型的建筑材料。目前，太阳电池组件功率为200～300瓦，有向大尺寸发展的趋势，光伏建筑材料主要是作为光伏屋面和光伏幕墙，而这必须要按建筑特点与形式特殊设计制造。从发展来看，太阳能光伏建筑在建筑中魅力无比，一些设计师将太阳电池巧妙地、有机地与各类建筑融为一体。国外的光伏建筑工程的特点，一是尽量满足最佳朝向和角度（如屋顶或向南墙面），以得到最大的发电收益；二是尽可能展示或突出太阳电池，为了具有观赏性甚至有些夸张的设计。通过多年来的实践，国外也由此出现了专业型的太阳能建筑设计与建造专业公司，这些公司主要从事绿色建筑的设计和施工业务。

3 我国光伏建筑一体化的发展与现状

光伏屋顶计划正在我国许多地区实施，发展水平总体上处于起步阶段。技术已日臻成熟，有许多计划已经完成，如投资4.28亿元的兰州市“阳光计划”，甘肃省9.2万平米的太阳能小区，西藏计划投资900万元兴建27万平方米的太阳能房工程等。国家到2015年将累计建成5 000万平米的太阳能房。

从我国实际情况来看，应该继续在西部缺电地区发展光伏发电，但也要积极在发达地区，特别是城市发展光伏并网发电。有可能在部分省市江苏、广东、上海等地区的城市进行小规模推广，并在合适的时机实施太阳能光伏发电的百万屋顶计划。德国和日本主要发展并网光伏发电和光伏建筑集成技术，我们应该从中学习并借鉴发展经验。我国的香港、深圳等城市也在公共建筑上安装光伏示范系统，如香港科技园、深圳园博会等。其中深圳园博会光伏功率达到1兆瓦规模，是我国第一个兆瓦级光伏并网发电项目。目前，我国的广东省、江苏省和上海市已制订规划，开始建设“光伏屋顶”，实施“屋顶计划”示范项目。例如上海市，面对多年以来经济快速发展中屡闹电荒和环境污染压力日益严重的严峻形势，开始了“10万屋顶计划”的建设，旨在使10万个屋顶安装上太阳能发电装置。每个屋顶利用30平米，全市共计300万平米，占上海全市屋顶面积的1.5%。

目前，城市太阳能光伏并网已逐步推广利用。例如，国家体育馆采用太阳能光伏发电设备，功率为100千瓦，每年可提供9.7万千瓦时电量，设计寿命为25年，所发电量将并入北京电网。这是我国第一个用于体育场馆的太阳能发电项目。又如，2010年上海的世博会及2010年广州的亚运会都可成为我国太阳能利用的理想场所；更多的兆瓦级光伏发电系统在近年内也将陆续建成。

4 光伏建筑一体化的形式

4.1 坡屋面光伏建筑一体化系统

坡屋面的光伏建筑一体化系统，视其与屋面的结合程度，分为两种类型：覆盖坡屋面的光伏系统；光伏与坡屋面一体化系统。

(1)覆盖坡屋面的光伏系统。这是一种分离式设计，灵活性较大，以点式连接构件架空在屋面结构之上，在不影响原有屋面性能的同时，创造较好的通风条件，使太阳电池板获得最佳的工作效率，维护更新也比较方便，特别适用于平屋顶和屋面上。但这种设计的缺点是视觉上造成分离感，整体性稍差。

(2)光伏与坡屋面一体化系统。能用于独立的小型建筑，也能通过组合扩展方式适应大规模的应用。系统采用屋面嵌入式设计，可以和任意承压构件一体化；灵活的边框支撑构件能适应传统的屋顶和更复杂的屋面及天窗等结构；支撑构件整合了光伏与建筑一体化所必需的排水、通风条件。这种设计的缺点是它的支撑框架附着在坡屋面结构上，灵活性受到限制，在建筑屋面使用时应充分考虑影响光电效率的各种因素。系统各纵横向支撑杆件与屋面固定框架相结合时，在木结构屋面施工更方便。该系统更适用于整个屋面全部安装光伏系统的大型项目，对于仅有部分屋面采用光伏系统的小型家庭系统，则存在光伏组件边缘与屋面瓦衔接的问题。但目前这一问题也随着欧洲众多太阳能系统配件提供商的出现而逐渐得到解决。

4.2 太阳能光伏幕墙

太阳能光伏幕墙是指将太阳能转换模板密封在双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。光伏幕墙中的组件是由多个太阳电池经封装处理，镶嵌在特殊的、透明度极高、含铁量极低的白玻璃中，彼此之间经过其背面的导线相连。光伏幕墙系统主要由光伏阵列、并网逆变设备、远程数据采集及监控系统、阵列架体、交直流电力网、交流并网配电柜组成。由于组件的尺寸规格可根据实际工程的幕墙进行量体定型制作，同时还有多种颜色可供选择，因而光伏幕墙的设计不会对建筑师或设计师的构想有任何的限制。此类光伏幕墙的应用，赋予了建筑一个全新的含义。光伏幕墙一体化建筑被称为具有高科技含量的艺术品，尤其是光电与建筑的完美结合，已成为国际建筑界的“新宠”。

5 光伏建筑一体化的社会效益和经济效益

一所具有200米×108米屋顶面积的住宅，如果开发利用其中的五分之一屋顶，安装上太阳能电池板40米×108米，至少可以产生相当于有6 000×l08千瓦时的电能；每发1万度电就可以替代4吨标准煤，则相当于替代259.2吨标准煤，减少了二氧化碳、二氧化硫、氧氮化合物气体和烟尘的排放。我国太阳能资源丰富，有2/3的地区全年日照时数超过2 000小时，相当于每平方米有150千克左右的标准煤热值(南方地区的太阳能辐射量更大)，有着利用太阳能的优越条件。

山西省某县在“九·五”计划中，修建标准太阳能房20 000间，共计30万平米，可形成年节煤20 000吨以上的能力。如果山西省有50个县照此办理，则可形成100万吨的节煤潜力，从而取得可观的经济效益和社会效益。

6 我国光伏建筑一体化发展前景

2008北京奥运会鸟巢、水立方、朝阳公园沙滩排球场等场馆，已经向我们展示了光伏发电高端应用技术的成果；2010年的上海世博会和广州亚运会等，都应成为我国太阳能利用大规模示范的理想场所；若干个兆瓦级的光伏发电系统也应该在3～5年内能够实现。通过大规模的工程示范，既可充分展示我国太阳能技术的水平，也能从中发现与发达国家的发展差距，为大规模利用太阳能积累实际经验和技术数据，这对我国太阳能企业的发展是非常重要的。2006年，中国大气二氧化碳排放达历史最高，引起我国的高度重视，我国应对气候变化问题采取了一系列措施，首先要节约能源,但更要注重发展可再生能源，特别是太阳能光热利用和光伏利用。

德国和日本的发展经验证明，在城市发展光伏并网发电的效果很好，特别是光伏与建筑结合，可降低系统成本，不占用土地，而且可减少二氧化碳排放，所以城市发展光伏建筑很有价值。如在广州建立一户光伏建筑（别墅区）：以3.0千瓦光伏建筑为例，如作为在平屋顶上作为遮阳挡雨蓬，向南10度的倾角，理论计算结果为：

年发电量2 676千瓦时；

可减少煤炭消耗1.07吨；

可减少二氧化碳排放2 492千克。

对于像广州这样的千万人口的大都市来说，如果有100万户居民使用3.0千瓦光伏系统，则光伏发电在节省常规能源和减少二氧化碳排放方面，具有十分重要的意义。

光伏屋顶发电，不但可期待解决人类赖以生存的能源问题，也对人类生存的环境具有一定的改善作用，是造福于人类的事业。我国是发展中国家和能耗大国，建筑节能的发展潜力很大，“屋顶阳光工程”有着巨大的前景。

7 结束语

近年来，我国光伏产业飞速发展，已经形成珠三角太阳能电池产品加工、生产、集散地和市场；长三角太阳能电池制造；京津冀太阳电池和江西太阳能及硅片制造基地。先后有十余家企业在境外上市，如无锡尚德、浙江煜辉、苏州阿特斯、常州天合、江苏林洋、河北晶澳、中电光伏、赛维LDK、和天威英利等。光伏产业的兴起和发展为我国光伏推广应用，特别是为光伏建筑发展提供了基础条件。

我国政府注重可再生能源的发展，科技部、建设部等积极推进光伏科研和示范工程。在这方面深圳积极走在前列，已经成为建设部太阳能和建筑一体化的主要示范城市。深圳有很好的光伏产业基础，深圳政府已经制定十一·五规划，要在100万平米建筑面积推广太阳能应用光伏应用。

推广光伏发电项目，其中光伏屋顶-光伏发电是在城市发展的首推形式。政府应当进行规划，大力支持，可以采用上网电价补助的政策，制定合理的上网电价。建设部门应制定相应的政策，鼓励和激励房地产商大力采用光伏发电技术。同时，政府要带头大力推广太阳能技术，有可能应率先在政府大楼、公共建筑、市政工程等推广太阳能利用；并且制定符合我国国情的太阳能为主的激励政策，确定年度和中、长期发展目标，并建立检测、评估与监督机制，下大力促进我国光伏建筑快速健康地发展。

参考文献

[1]褚玉芳:《建筑节能催生光伏建筑一体化》[J];《工业建筑》2008:6。

[2]王其恒:《太阳能与建筑一体化的探索与应用》[J];《安徽建筑》2009:3。

太阳能光伏发电的研究 篇9

太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能通过光伏效应、经太阳能电池直接转换为电能的新型发电技术[1]。光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能, 并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换, 提供负载使用。光伏电池板是太阳能光伏发电系统中的基本核心部件, 它的大规模应用需要解决两大难题:一是提高光电转换效率;二是降低生产成本[2,3]。由于太阳能光伏发电应用领域广泛, 因此, 太阳能光伏发电是最具发展潜力的新能源技术之一[4]。

2 光伏发电的基本概念

物质吸收光能产生电动势的现象, 称为光生伏特效应。这种现象在液体和固体物质中都会发生, 但是效率却大小不一, 其中半导体P-N结器件在太阳光照射下的光电转换效率较高。而利用光生伏特效应原理制成的晶体硅太阳能电池, 可将太阳的光能直接转换成为电能, 称为光-电转换, 即太阳能光伏发电。太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池, 又称光伏电池, 是太阳能光伏发电系统的基础和核心器件。当太阳光 (或其他光) 照射到太阳能电池上时, 太阳能电池吸收光能, 产生光生电子-空穴对。在电池内建电场作用下, 光生电子和空穴分离, 电池两端出现异号电荷的积累, 即产生“光生电压”, 这就是“光生伏特效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载, 则负载就有了“光生电流”流过, 从而获得功率输出。这样, 太阳的光能就直接变成了可以使用的电能[5]。光伏发电系统分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。太阳能光伏发电系统主要包括:太阳能电池方列、阻塞二极管、储能蓄电池组、调节控制器、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, 阻塞二极管、控制器和逆变器为控制保护系统, 负载为系统终端。

3 光伏发电的关键技术

3.1 光电转换效率

太阳电池的转换效率是电池电功率和入射光功率的比值。由于材料只能最大限度地吸收一定波长的太阳光辐射, 而太阳光谱却是一个宽的连续谱, 以及在室温下必然存在晶格热振动等散射机制, 太阳电池的最高效率不可能达到100%。

3.2 电能的控制

太阳光是一种清洁、无污染的能源, 但同时和气候、温度、环境的变化息息相关, 所以利用太阳光发电其输出功率具有一定的随机性, 从而控制器对整个系统的工作就不言而喻了。由于光伏发电系统通常以孤立光伏发电系统和并网光伏发电系统两种方式应用于实际, 所以其控制器亦存在差别。常用的控制器一般包括最大功率跟踪控制、蓄电池充放电控制、光伏直流输电用升降压变换器、交流逆变器等

3.3 硅材料工艺

太阳电池的转换效率是影响光伏发电普及的重要因素。由于发电效率低, 造成了太阳能发电的成本是市电的十几倍。目前, 单晶硅电池可将约16%到20%的入射光线转换转换为电流。在实验室最佳的条件下制作的电池效率已接近25%。总的来说, 对太阳电池在能量转换时的效率影响, 主要是电学损失和光学损失。光学损失主要是表面反射、遮挡损失和太阳电池材料本身的光谱响应特性。电学损失一般可归结为载流子损失和欧姆损失等。针对这些障碍, 近些年来研究开发了许多新技术、新工艺。主要有:a.双层减反射膜;b.激光或机械刻槽埋藏栅线及技术;c.绒面技术;d.背点接触电极克服技术;e.高效反射器技术;f.光吸收技术等。

3.4 最大功率点跟踪

为了提高太阳电池的转换效率, 目前最大功率点跟踪技术日益引入。太阳电池的输出功率随着日照强度和太阳电池表面的温度改变而变化, 这种变化使太阳电池的工作点向最大功率点偏离, 控制太阳电池产生最大功率控制方式称为最大功率点跟踪控制 (MPPT:Maximum Power Point Tracking) 。MPPT控制使工作电压在每隔一定时间稍微变动, 然后测量此时的太阳电池的输出功率与前一次进行比较, 就这样反复进行比较使输出始终跟踪太阳电池的最大功率点。目前采用MPPT控制的太阳能光伏发电控制系统可使太阳电池的发电效率提高20%以上其技术成本较低, 具有广泛的推广价值。

3.5 光线自动跟踪

用光线自动跟踪的方式, 使太阳电池板的朝向精确跟随太阳位置的变化, 始终保持太阳能电池板表面与太阳光垂直, 亦是提高转换效率的方法之一。理想情况下, 可以使转换效率提高30%以上。在各种光线自动跟踪系统中, 最核心的部分是对光线强度的检测与比较, 其精度的高低是决定系统性能的重要的指标, 也决定了光伏系统的转换效率。

3.6 聚光方式

聚光光伏发电系统是针对太阳电池比较昂贵的情况, 通过八面体聚光漏斗聚光的方式, 增加照射到太阳电池板上的太阳光强度, 从而提高单位面积太阳能电池的发电量, 最大限度地获得太阳能, 节省太阳电池的使用量, 降低太阳能光伏发电的建设成本, 增强太阳能光伏发电的市场竞争力。

4 光伏发电主要应用领域

4.1 光伏建筑一体化 (BIPV)

光伏建筑一体化 (BIPV) 技术是将光伏发电产品集成到建筑上的技术, 主张对于光伏系统和建筑物实行一体化的设计、制造和安装, 使未来的大型建筑实现电力自给, 是光伏发电技术未来的一大发展方向。光伏建筑一体化可以有效利用建筑外表, 并统一设计安排建筑物与光伏发电系统, 光伏发电系统的安装于建筑施工相结合, 使光伏系统合理分布在房顶和墙体中, 能显著降低光伏建筑造价。如果光伏建筑的光伏发电量能够达到满足楼内用户的生活需求, 就成为“零能耗建筑”。

4.2 太阳能地下车库

地下停车场照明系统采用太阳能光伏系统供电, 灯具可采用LED灯或节能灯。系统采用LED灯带长亮可保证基本照明, 节能灯用光控+红外控制, 有汽车经过时灯亮, 车走后可设置一定时间后熄灭, 此设计大大提高了系统的性价比。

4.3 太阳能楼道灯

在大型公建、厂矿、房地产项目中选用太阳能楼道灯照明, 配上时控、光控或声控开关可为人们提供免费照明;太阳能楼道灯是独立供电系统, 不受市电影响, 在火灾或自然事故发生时, 市电出现故障停用时楼道灯可作为应急灯使用。

4.4 太阳能标识发光系统

在夜间, 发光标志的可视距离大于1000米, 每栋发光所需费用, 仅为企业刊登一天半版报纸的二十分之一, 却可以使用若干年, 企业的品牌起到了长期的宣传作用。

4.5 太阳能路灯

太阳能路灯与传统路灯的比较：太阳能安装简单;太阳能灯节 能无消耗;太阳能灯没有安全隐患;太阳能灯属于生态产品;太阳能灯代表社会和科技发展方向。

4.6 太阳能草坪灯

太阳能草坪灯, 产品以装饰功能为主, 起亮化点缀烘托气氛为目的。白天自动充电, 晚上自动开灯, 可变光变色, 节能环保、安全省事、价格便宜。

4.7 太阳能雨篷

本实用新型设计在保证雨篷传统功能 (即遮阳挡雨) 的同时, 又充分利用了其良好的位置特点, 光照强, 用光伏发电为用户解决了部分用电问题。

4.8 LED信息灯

高科技:由铝材外壳、LED照明、无线通讯控制构成一款高科技、高档次、充满时代感的太阳能灯。环保:太阳能供电, 环保节能, 同时LED显示屏可显示信息;短期回收投资费用。人性化:使用LED显示屏及时传递信息, 是太阳能成为我们的好邻居和好帮手。适用场所:厂矿、企事业单位、大型公建、河边公园、运动场所。

4.9 太阳能路牌与太阳能指示牌

结束语

本世纪人类能源结构将发生根本性的变革，光伏发电将作为最 干净、最具可持续发展理想特征的能源技术进入能源结构，其比例 将愈来愈大，并成为能源主体构成之一。因此，人类要解决能源问 题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生 洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在 21 世纪得到 长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为 21 世纪 后期的主导能源。

参考文献

[1]胡学浩, 周孝信, 白晓民等.极大规模光伏发电在我国的发展前景展望[J].科学导报, 2004, (11) :4-7.

[2]朱相丽.世界光伏发电产业的现状及原材料的发展趋势[J].新材料产业, 2008, (11) :34-39.

[3]昌金铭.国内外光伏发电的新进展[J].中国建设, 2007, (1) :28-31.

[4]王琦.光伏发电技术及应用[J].住宅产业, 2008, (8) :67-69.

太阳电池及光伏发电 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

太阳能光伏发电并网系统研究 篇11

光伏发电是利用光生伏打效应, 使太阳光辐射能转变成电能的发电方式, 是当今太阳光发电的主流。太阳光发电是无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式, 它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。

2 太阳能光伏发电系统的类别

太阳能发电系统可区分为两大类别, 一是独立系统, 二是系统联系系统 (或称为与交流电网联系系统) 。独立系统是太阳能发电系统的最基本的形式, 又称为太阳能发电的原型系统。这种系统多用于远离市区 (无人操控) 的海上灯塔、浮标、山顶的无线中继电台等, 作为供电电源。由太阳能电池阵列输出的直流功率直接供给负荷。如果负荷是交流的, 则还须将直流电通过逆变器变换为交流电。此外, 输出的直流能量还同时供蓄电池充电。由于负荷的电压经常会产生波动, 故还应设置控制器以调节电压。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。

3 太阳能光伏发电系统的发电方式

太阳能发电方式太阳能发电有两种方式, 一种是光-热-电转换方式, 另一种是光-电直接转换方式。

3.1 光-热-电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电, 一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气, 再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程;后一个过程是热-电转换过程, 与普通的火力发电一样。

3.2 光-电直接转换方式该方式是利用光电效应, 将太阳辐射能直接转换成电能, 光-电转换的基本装置就是太阳能电池。

太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件, 是一个半导体光电二极管, 当太阳光照到光电二极管上时, 光电二极管就会把太阳的光能变成电能, 产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。

4 影响太阳能光伏发电的主要因素

太阳能的利用主要是利用到达地面的太阳辐射。太阳辐射可分为两种。一种是从光球表面发射出来的光辐射, 因为它以电磁波的形式传播光热, 所以又叫做电磁波辐射, 这种辐射由可见光和不可见光组成。另一种是微粒辐射, 它是带正电荷的质子和大致等量的带负电荷的电子以及其他粒子所组成的粒子流, 微粒辐射平时较弱, 能量也不稳定, 在太阳活动极大期最为强烈, 对人类和地球高层大气有一定的影响, 但是一般来说不等它辐射到地球表面上来, 便在漫长的日地遥远的路途中逐渐消失了。为此太阳辐射主要是光辐射。由于大气层的存在, 真正到达地球表面的太阳辐射能的大小, 则受多种因素的影响, 一般来说太阳高度、大气质量、大气透明度、地理纬度、日照时间及海拔高度是影响的主要因素。

5 并网太阳能光伏发电系统组成

光伏系统由以下三部分组成:太阳电池组件;充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。 (如图1所示) 。

光伏系统具有以下的特点: (1) 没有转动部件, 不产生噪音; (2) 没有空气污染、不排放废水; (3) 没有燃烧过程, 不需要燃料; (4) 维修保养简单, 维护费用低;光伏系统应用非常广泛, 光伏系统应用的基本形式可分为两大类:独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。

6 发展与展望

20世纪90年代以来是我国光伏发电快速发展的时期。在这一时期我国光伏组件生产能力逐年增强, 成本不断降低, 市场不断扩大, 装机容量逐年增加, 2006年累计装机容量达35MW, 约占世界份额的3%, 10多年来, 我国光伏产业长期平均维持了全球市场1%左右的份额。到2020年前, 我国光伏技术产业将会得到不断的完善和发展, 成本将不断下降, 光伏市场会发生巨大的变化:预计2005-2010年, 我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统, 发电成本到2010年将约为1.20元/k Wh;2010-2020年, 光伏发电将会由独立系统转向并网发电系统, 发电成本到2020年将约为0.60元/k Wh。到2020年我国光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列。目前, 世界太阳能光伏发电产业还处于初级阶段, 为了保证太阳能光伏发电产业的健康发展, 需要做好以下工作: (1) 研制太阳能光伏电池最大功率跟踪算法, 实现太阳光最大功率跟踪; (2) 研制太阳能光伏阵列的优化组合算法, 实现太阳能光伏电池阵列的优化组合;

随着全世界能耗的不断上升, 滥用化石能源导致的环境污染日益严重, 人类在应对经济持续发展的同时, 还要着重关注生态平衡的问题。人类对于太阳能利用方面的探索和研究将更加积极, 同时也预示着太阳能光伏并网发电将在未来的社会中扮演越来越重要的角色。

摘要：随着全球经济社会的不断发展, 能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高, 应用较广泛的能源, 尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析, 并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着, 对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次, 提出光伏并网发电系统的设计方案。最后, 对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势, 可以缓解能源紧张问题, 是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电, 并逐步推广“屋顶计划”。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。

关键词：能源,太阳能,光伏并网,逆变器

参考文献

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