光伏組件的原理和運(yùn)用

1、PAGE PAGE 20光伏組件的原理和運(yùn)用能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的基石。隨著全球經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，能源消費(fèi)也相應(yīng)的持續(xù)增長。隨著時間的推移，化石能源的稀缺性越來越突顯，且這種稀缺性也逐漸在能源商品的價格上反應(yīng)出來。在化石能源供應(yīng)日趨緊張的背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可再生能源已成為未來各國能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。我們對 HYPERLINK /

2、keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能的利用大致可以分為光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，其中，光電利用（光伏發(fā)電）是近些年來發(fā)展最快，也是最具經(jīng)濟(jì)潛力的能源開發(fā)領(lǐng)域。 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，包括硅系太陽電池（單晶硅、多晶硅、非晶硅電池）和非硅系 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能電池等。在晶體硅 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能電池的產(chǎn)業(yè)鏈上分布著晶硅制備、硅片生產(chǎn)、電池制造、組件封裝四個環(huán)節(jié)。 光伏發(fā)電系統(tǒng)主要

3、由 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器構(gòu)成。光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng) HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)：獨(dú)立 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏發(fā)電是指 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，典型特征為需要蓄電池來存儲能量，在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系

4、統(tǒng)、村級 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能水泵，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)等。并網(wǎng) HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏發(fā)電是指 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充。 在各國政府的扶持下，世界 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽

5、能電池產(chǎn)量快速增長，1995-2005年間，全球 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能電池產(chǎn)量增長了17倍。我們預(yù)計，2010年全球 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能電池的年產(chǎn)量有望較2005年的年產(chǎn)量增長6.3倍，整個行業(yè)的銷售收入有望增長3.5倍。 我國 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能資源非常豐富，開發(fā)利用的潛力非常大。我國 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也非常廣闊，可以應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、與建材結(jié)合、

6、解決邊遠(yuǎn)地區(qū)用電困難問題等。我國政府對 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=太陽能 太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶持，先后出臺了一系列法律、政策，有力的支持了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。第二章 太陽能及其應(yīng)用 太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位并且得到廣泛的應(yīng)用。2.1太陽能的含義一般是指太陽光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化

7、石燃料減少下，才有意把太陽能進(jìn)一步發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等等。2.2太陽能的發(fā)展歷史據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用，只有300多年的歷史。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門德考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī)器。 真正將太陽能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日

8、新月異。 2.3我國太陽能資源我國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4 kWh/以上，西藏最高達(dá)7kWh/。2.4太陽能的應(yīng)用就目前來說，人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能集熱、 HYPERLINK /view/755498.htm 太陽能熱水系統(tǒng) 、太陽能暖房、太陽能發(fā)電等方式。 2.4.1 HYPERLINK /view/381741.htm 太陽能集熱器 太陽能集熱器(solar collector)在太陽能熱系統(tǒng)中，接受太陽輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種。一個好的太

9、陽能集熱器應(yīng)該能用2030年。2.4.2 太陽能熱水系統(tǒng) 早期最廣泛的太陽能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應(yīng)無日照時使用，另外尚可能有強(qiáng)制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負(fù)載的管路等。依循環(huán)方式太陽能熱水系統(tǒng)可分兩種：自然循環(huán)式和自然循環(huán)式。2.4.3太陽能暖房 太陽能暖房系統(tǒng)是由太陽能收集器、熱儲存裝置、輔助能源系統(tǒng)，及室內(nèi)暖房風(fēng)扇系統(tǒng)所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導(dǎo)，經(jīng)收集器內(nèi)的工作流體將熱能儲存，再供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲熱裝

10、置內(nèi)、直接裝設(shè)在房間內(nèi)或裝設(shè)于儲存裝置及房間之間等不同設(shè)計。2.5太陽能發(fā)電 即直接將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，并將電能存儲在電容器中，以備需要時使用。 2.5.1太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括1、 HYPERLINK /view/1765941.htm 太陽能控制器 對所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。2、 HYPERLINK /view/2992256.htm 太陽能蓄電池 組的任務(wù)是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負(fù)載用電。3、 HYPERLINK

11、 /view/1979577.htm 太陽能逆變器 負(fù)責(zé)把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負(fù)荷使用。2.5.2太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過蓄電池儲能，通過并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。 2.5.3 Si太陽電池 硅太陽電池是最常用的衛(wèi)星電源，由于空間技術(shù)的發(fā)展，各種飛行器對功率的需求越來越大。其中，以發(fā)展背表面場（BSF）、背表面反射器（BSR）、雙層減反射膜技術(shù)為第一代高效硅太陽電池，這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右，目前在軌的許多衛(wèi)星應(yīng)用的是這種類型的電池。 2.5.4太陽能路燈 太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不

12、受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。2.6太陽能的利弊2.6.1 優(yōu)點 (1)普遍性：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論 HYPERLINK /view/94074.htm 陸地 或 HYPERLINK /view/2860.htm 海洋 ，無論 HYPERLINK /view/226164.htm 高山 或

13、HYPERLINK /view/94076.htm 島嶼 ，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。 (2)無害性：開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點是極其寶貴的。 (3)巨大性：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。 (4)長久性：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。2.6.2 缺點 (1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是 HYPERLINK /view/1388375

14、.htm 能流密度 很低。(2)不穩(wěn)定性：由于受到 HYPERLINK /view/366637.htm 晝夜 、 HYPERLINK /view/349682.htm 季節(jié) 、 HYPERLINK /view/959526.htm 地理緯度 和 HYPERLINK /view/36833.htm 海拔 高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。 (3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來

15、說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。 第三章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理 HYPERLINK /view/11001.htm t _blank 光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用 HYPERLINK /view/19928.htm t _blank 半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是 HYPERLINK /view/174609.htm t _blank 太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置。3.1光電效應(yīng)概述 光照射到某

16、些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是 HYPERLINK /view/2754132.htm t _blank 光能量轉(zhuǎn)換成電能。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)（Photoelectric effect）。 3.2光生伏打效應(yīng)概述及應(yīng)用3.2.1光生伏打效應(yīng) 是指物體由于吸收光子而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，是當(dāng)物體受光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。3.2.2光生伏打效應(yīng)應(yīng)用 光生伏打效應(yīng)主要是應(yīng)用在半導(dǎo)體的PN結(jié)上，把輻射能轉(zhuǎn)換成電能。大量研究集中在 HYPERLINK /view/21294.htm t _blank 太陽能的轉(zhuǎn)換效率上。理論預(yù)期的效率

17、為24。由于半導(dǎo)體PN結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為 HYPERLINK /view/174609.htm t _blank 太陽能電池，也稱光電池或太陽電池。3.3太陽能電池及其太陽能組件3.3.1太陽能電池的工作原理 太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。3.3.2太陽能電池的生產(chǎn)流程 通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350450m的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。如圖1 圖1太陽能電池的生產(chǎn)流程 3.3

18、.3 太陽能電池的制造技術(shù) 晶體硅太陽能電池的制造工藝流程如圖2。提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本是太陽能電池技術(shù)發(fā)展的主流。具體的制造工藝技術(shù)說明如下：（1）切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。（2）清洗：用常規(guī)的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或堿）溶液將硅片表面切割損傷層除去3050um。（3）制備絨面：用堿溶液對硅片進(jìn)行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。（4）磷擴(kuò)散：采用涂布源（或液態(tài)源，或固態(tài)氮化磷片狀源）進(jìn)行擴(kuò)散, 制成PN結(jié)，結(jié)深一般為0.30.5um。（5）周邊刻蝕：擴(kuò)散時在硅片周邊表面形成的擴(kuò)散層，會使電池上下電極短路，用掩蔽濕法腐蝕或等離子干法腐蝕去除周邊擴(kuò)散層。（6

19、）去除背面PN結(jié)。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN結(jié)。（7）制作上下電極：用真空蒸鍍、化學(xué)鍍鎳或鋁漿印刷燒結(jié)等工藝。先制作下電極，然后制作上電極。鋁漿印刷是大量采用的工藝方法。（8）制作減反射膜：為了減少入反射損失，要在硅片表面上覆蓋一層減反射膜。制作減反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工藝方法可用真空鍍膜法、離子鍍膜法，濺射法、印刷法、PECVD法或噴涂法等。（9）燒結(jié)：將電池芯片燒結(jié)于鎳或銅的底板上。(10) 測試分檔：按規(guī)定參數(shù)規(guī)范，測試分類。3.3.4 太陽電池組裝工藝簡介 組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)

20、鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的電池組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。在這里只簡單的介紹一下工藝的作用，給大家一個感性的認(rèn)識. 電池測試：由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。 正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使

21、用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連 背面串接：背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串的正負(fù)極焊接出引線。 層壓敷設(shè)：背面串接好且經(jīng)過檢驗合格后，將組件串

22、、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強(qiáng)度。敷設(shè)時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：鋼化玻璃、EVA、電池片、EVA、玻璃纖維、背板）。 組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入 HYPERLINK /view/628971.htm t _blank 層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時，層壓循環(huán)

23、時間約為25分鐘。固化溫度為150。(電池板原料：玻璃，EVA， HYPERLINK /view/868896.htm t _blank 電池片、鋁合金殼、包錫銅片、不銹鋼支架、蓄電池等) 如圖3 圖3 太陽能電池板 修邊：層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。 裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。 焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。 高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電

24、壓，測試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。 組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。目前主要就是模擬太陽光的測試Standard test condition（STC）,一般一塊電池板所需的測試時間在7-8秒左右。3.3.5 太陽能電池陣列設(shè)計步驟.計算負(fù)載24h消耗容量P P=H/V V負(fù)載額定電源 2.選定每天日照時數(shù)T(H) 3.計算太陽能陣列工作電流 IP=P(1+Q)/T Q按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.211.00 4.確定蓄電池浮充電壓VF 鎘鎳()和鉛酸()蓄電池的單體浮充電壓分別為1.41.6V和2

25、.2V。 5.太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓VT VT=2.1/430(T-25)VF 6.計算太陽能電池陣列工作電壓VP VP=VF+VD+VT 其中VD=0.50.7 約等于VF 7.太陽電池陣列輸出功率平板式太陽能電板。 WP=IPUP 8.根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。 3.4太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 3.4.1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理 HYPERLINK /view/11001.htm t _blank 光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用 HYPERLINK /view/19928.htm t _blank 半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這

26、種技術(shù)的關(guān)鍵元件是 HYPERLINK /view/174609.htm t _blank 太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點。 3.4.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 HYPERLINK /view/1686432.htm t _blank 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或 110V，還需要配置 H

27、YPERLINK /view/174111.htm t _blank 逆變器(圖5,6所示)。各部分的作用為： （一）太陽能電池板 太陽能電池板(圖4所示)是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。 圖4 太陽能電池板（二）太陽能控制器 太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項。 （三）蓄電池

28、一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。 （四）逆變器 在很多場合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負(fù)載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。圖5 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的組成原理圖6太陽能

29、電池發(fā)電系統(tǒng)的組成原理3.4.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮如下因素問題1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射情況如何？ 問題2、系統(tǒng)的負(fù)載功率多大？ 問題3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直流還是交流？ 問題4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時？ 問題5、如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天 問題6、負(fù)載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動電流多大？問題7、系統(tǒng)需求的數(shù)量？3.4.4太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式 太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光熱電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光電直接轉(zhuǎn)換方式。 （1）光熱電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由 HYPERLINK /

30、view/381741.htm t _blank 太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。前一個過程是光熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴510倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資2025億美元，平均1kW的投資為20002500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。 （2）光電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生

31、伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣(圖7)了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的太陽能光伏發(fā)電方式有兩種方式，一種是光熱電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光電直接轉(zhuǎn)換方式。 圖7

32、太陽能電池方陣3.4.5太陽能 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源的要求 采用交流電力輸出的 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池和逆變器( HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源)四部分組成（并網(wǎng) HYPERLINK /keyword.asp?keyword=發(fā)電系統(tǒng) 發(fā)電系統(tǒng)一般可省去蓄電池），而逆變 HYPERLINK /keyword.asp?

33、keyword=電源 電源是關(guān)鍵部件。 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源要求較高： （1）要求具有較高的效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源的效率。 （2）要求具有較高的可靠性。目前 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變 HYPERLI

34、NK /keyword.asp?keyword=電源 電源具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過熱，過載保護(hù)等。 （3）要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍，由于太陽電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動，特別是當(dāng)蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大，如蓄電池，其端電壓可在之間變化，這就要求逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源

35、必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。 （4）在中、大容量的 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的外，當(dāng)中、大容量的 HYPERLINK /keyword.asp?keyw

36、ord=光伏發(fā)電 光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時，為避免鐸公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變 HYPERLINK /keyword.asp?keyword=電源 電源輸出正弦波電流。第四章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。在世紀(jì)之交前后期間，歐美等

37、先進(jìn)國家光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。4.1各國家太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電實施情況4.1.1歐美主要國家太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電實施情況 日本：1996年宣布可再生能源發(fā)展目標(biāo)，到2010年可再生能源占一次能源供應(yīng)量的3.1% ，其中光伏發(fā)電4820 MW。具體措施包括：建筑光伏一體化發(fā)電系統(tǒng)工程示范，光伏住宅集中并網(wǎng)示范（200座3KW光伏住宅集中在一個地區(qū)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行），光伏住宅推廣計劃（19942002安裝8萬套）、地方新能源促進(jìn)計劃和企業(yè)新能源資助計劃等。德國：1998年提出“10萬光伏屋頂計劃”，計劃6年安裝3005

38、00MW光伏系統(tǒng)。美國：1997年宣布“百萬屋頂計劃”，計劃到2010年在100萬座屋頂上安裝光伏發(fā)電和光熱系統(tǒng)。西班牙：2001年制定了新的“電力法”來鼓勵光伏并網(wǎng)發(fā)電。4.1.2我國太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用 應(yīng)用現(xiàn)狀：2007年，中國光伏電池產(chǎn)量達(dá)到1000 MW，成為僅次于日本的全球第二大光伏制造基地，但國內(nèi)光伏系統(tǒng)安裝量僅約20 MW，光伏系統(tǒng)的累積裝機(jī)容量達(dá)100 MW，相當(dāng)于世界當(dāng)年安裝量的0.5%和世界累計安裝量的0.8%。其中：農(nóng)村電氣化（包括道路照明）累計裝機(jī)容量41MW，通訊和工業(yè)應(yīng)用30MW，光伏產(chǎn)品（路燈、草坪燈、城市景觀、LED照明、交通信號等）22.7MW，并網(wǎng)光伏發(fā)電6

39、.3MW。目前，我省已建成和在建、擬建的光伏并網(wǎng)項目包括省委大院10KW光伏照明系統(tǒng)工程、鎮(zhèn)江、丹陽的2個4KW的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)、無錫國家工業(yè)設(shè)計園300KW光伏并網(wǎng)電站工程、無錫機(jī)場800KW屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)工程、尚德光伏研發(fā)中心大樓1000KW 光伏建筑一體化（BIPV）光伏并網(wǎng)電站、無錫五星花園小區(qū)屋頂300KW光伏并網(wǎng)系統(tǒng)、蘇州國檢屋頂光伏電站等，目前這些項目尚未取得國家太陽能光伏電站上網(wǎng)電價的批復(fù)。4.2 我國太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的操作難點1、光伏并網(wǎng)的審批和操作程序復(fù)雜。2、缺少明確的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價。3、缺少可再生能源電力附加的具體使用辦法。4、沒有具體可行的財稅和金融扶持政策。5、

40、電力公司在發(fā)展可再生能源電力中的角色和責(zé)權(quán)利不清晰。、沒有可執(zhí)行的光伏并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。、各地區(qū)、行業(yè)、企業(yè)和個人使用可再生能源電力積極性不高。太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的基石。隨著全球經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，能源消費(fèi)也相應(yīng)的持續(xù)增長。隨著時間的推移，化石能源的稀缺性越來越突顯，且這種稀缺性也逐漸在能源商品的價格上反應(yīng)出來。在化石能源供應(yīng)日趨緊張的背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可再生能源已成為未來各國能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。5.1 國外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 全球太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢在化石能源日益稀缺的背景下，各國均大力發(fā)展太陽能利用，其中日本、歐洲國家(德國)

41、和美國等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源消耗大的國家起步較早，在技術(shù)和應(yīng)用上都處于領(lǐng)先地位。由于太陽能發(fā)電成本較傳統(tǒng)能源高，因此需要政府給予政策扶持。從20世紀(jì)90年代末開始，歐美、日本等國家紛紛實行“陽光計劃”，在太陽能發(fā)電的價格、稅收、發(fā)展基金等方面給予較大優(yōu)惠。同時，在政府資助下，歐洲一些高水平的研究機(jī)構(gòu)也加大了太陽能利用的研究。歐美、日本等國家還制定了長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，對太陽能的發(fā)展進(jìn)行了長期規(guī)劃。1997年6月美國提出“百萬太陽能屋頂計劃”，計劃到2010年將在100萬個屋頂或建筑物其他可能的部位安裝太陽能系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能空氣集熱系統(tǒng)。歐洲也于1997年左右也宣布

42、了百萬屋頂計劃，其中，在太陽能利用領(lǐng)域領(lǐng)先的德國聯(lián)合政府在歐洲百萬屋頂?shù)目蚣芟掠?998年10月提出了計劃在6年內(nèi)安裝10萬套太陽能屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?00-500MV，每個屋頂約3-5KW。日本政府的計劃目標(biāo)是，到2010年安裝500MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。 在各國政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長，1995-2005年間，全球太陽能電池產(chǎn)量增長了17倍。2005年，全球太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到了1650兆瓦，累計裝機(jī)發(fā)電容量超過5GW，其中，日本太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到762兆瓦，增長率為27%；歐洲產(chǎn)量增加48%，達(dá)到了464兆瓦；美國增加12%，達(dá)到了156兆瓦；世界其他地區(qū)增加96%，達(dá)到

43、了274兆瓦。我們預(yù)計，2010年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望達(dá)到10400兆瓦，較2005年的年產(chǎn)量增長6.3倍；整個行業(yè)的銷售收入有望在2005-2010年間，從130億美元提高至450億美元，在未來5年內(nèi)增長3.5倍。同時，受益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)效率和工藝水平的提高，整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本都有望下降，行業(yè)利潤率有望保持在較高水平上。5.2我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 我國太陽能資源非常豐富，大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，理論儲量達(dá)每年1.7萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。從全國太陽年輻射總量的分布來看，青藏高原和西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北大部以及云南、廣東、海南

44、等部分低緯度地帶均為太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)。 我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也非常廣闊。第一，我國有荒漠面積100余萬平方公里，主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，如果利用荒漠安裝并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)則可以提供非?？捎^的電量。第二，太陽電池組件不僅可以作為能源設(shè)備，還可作為屋面和墻面材料，既供電節(jié)能，又節(jié)省了建材，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。第三，迄今我國邊遠(yuǎn)地區(qū)仍有較多居民尚未用電，如果單純依靠架設(shè)電網(wǎng)供電，則成本高，建設(shè)周期長，不經(jīng)濟(jì)。太陽能發(fā)電無需架設(shè)輸電線路，且建設(shè)周期短，可以有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)用電的難題。 我國政府對太陽能產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶持。2006年1月，中華人民共和國可再生能源法正式實

45、施，此法在資源調(diào)查與發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)與技術(shù)支持、推廣與應(yīng)用、價格管理與費(fèi)用分?jǐn)?、?jīng)濟(jì)激勵與監(jiān)督措施、法律責(zé)任等方面做出了規(guī)定。隨后，國家又陸續(xù)出臺了可再生能源發(fā)展專項資金管理暫行辦法、可再生能源建筑應(yīng)用專項資金管理暫行辦法等支持可再生能源發(fā)展的實施細(xì)則，使國家在可再生能源領(lǐng)域方面的扶持政策日趨明朗化。這一系列法律、政策無疑有力的支持了我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 近20年來，我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)長期維持在全球市場1%左右的份額。2005年后，產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無錫尚德、天威英利、新光硅業(yè)、賽維LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司紛紛進(jìn)入成長期，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平不斷提高，企業(yè)競爭力不斷增強(qiáng)。而且，浙江、保定、四川等地的公司已經(jīng)開始多晶硅太陽電池的生產(chǎn)或試車，市場上形成了單晶硅和多晶硅兩種主打電池產(chǎn)品的局面。目前，我國非多晶硅薄膜電池