太陽能光伏發(fā)電原理與應用

1、第一章緒論能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的基石。隨著全球經濟社會的不斷發(fā)展，能源消 費也相應的持續(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出來。在化石能源供應日趨緊張的背景下， 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。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性、資源的充足性及潛在的經濟 性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。我們對太陽能的利用大致可以分 為光熱轉換和光電轉換兩種方式，其中，光電利用（光伏發(fā)電）是近些年來發(fā)展 最快，也是最具經濟潛力的

2、能源開發(fā)領域。太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵 部分，包括硅系太陽電池（單晶硅、多晶硅、非晶硅電池）和非硅系太陽能電池 等。在晶體硅太陽能電池的產業(yè)鏈上分布著晶硅制備、硅片生產、電池制造、組 件封裝四個環(huán)節(jié)。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器構成。光伏發(fā)電系 統(tǒng)可分為獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)：獨立太陽能光伏 發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電不與電網連接的發(fā)電方式，典型特征為需要蓄電池來存 儲能量，在民用范圍內主要用于邊遠的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級太陽能光伏電站; 在工業(yè)范圍內主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽能水泵，在具備風力發(fā)電和小 水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)

3、等。并網太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā) 電連接到國家電網的發(fā)電的方式，成為電網的補充。在各國政府的扶持下，世界太陽能電池產量快速增長，1995-2005年間，全球 太陽能電池產量增長了 17倍。我們預計，2010年全球太陽能電池的年產量有望較 2005年的年產量增長6.3倍，整個行業(yè)的銷售收入有望增長3.5倍。我國太陽能資源非常豐富，開發(fā)利用的潛力非常大。我國太陽能發(fā)電產業(yè)的 應用空間也非常廣闊，可以應用于并網發(fā)電、與建材結合、解決邊遠地區(qū)用電困 難問題等。我國政府對太陽能發(fā)電產業(yè)也給予了充分的扶持，先后出臺了一系列 法律、政策，有力的支持了產業(yè)的發(fā)展。第二章太陽能及其應用太陽能是人類取之不盡

4、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性、資源的充足性及潛在的經濟 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。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發(fā)展。 太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式。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，如風能，化學能，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

5、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)明第一臺太陽能驅動的發(fā)動機算起。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器。真正將太陽能作為“近期 急需的補充能源”，“未來能源結構的基礎”，則是近來的事。20世紀70年代以 來，太陽能科技突飛猛進，太陽能利用日新月異。2.3我國太陽能資源我國是太陽能資源相當豐富的國家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4 kWh/ 皿以上，西藏最高達7kWh/m2.4太陽能的應用就目前來說，人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能集熱、太

6、陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電等方式。2.4.1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 工質傳遞熱量的裝置。按傳熱工質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。一個好的太陽能集熱器應該能用20 30年。2.4.2太陽能熱水系統(tǒng)早期最廣泛的太陽能應用即用于將水加熱，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）以供應無日照時使用，另外尚可能 有強制循環(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

7、到負載的管 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)，及室內暖 房風扇系統(tǒng)所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導，經收集器內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置內、直接裝設在房間內或裝 設于儲存裝置及房間之間等不同設計。2.5太陽能發(fā)電即直接將太陽能轉變成電能，并將電能存儲在電容器中，以備需要時使用。2.5.1太陽能離網發(fā)電系統(tǒng)太陽能離網發(fā)電系統(tǒng)包括1、太陽能控制器 對所發(fā)的電能進行調節(jié)和控制， 一方面把調整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量送往蓄 電池組

8、儲存，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能 送往負載。2、太陽能蓄電池 組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用 電。3、太陽能逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。2.5.2太陽能并網發(fā)電系統(tǒng)太陽能并網發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列產生的可再生能源不經過蓄電池儲能，通 過并網逆變器直接反向饋入電網的發(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

9、的許多衛(wèi)星應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 人們的廣泛關注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產品。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，交通不便經濟 不發(fā)達、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)點普遍性：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地 或海洋，無論高山 或 島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運輸。無害

10、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 越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。巨大性：每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于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。長久性：根據(jù)目前太陽產生的核能速率估算，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缺點分散性：到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的 限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達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

11、的大規(guī)模應用增加了難度。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 說，經濟性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當一段時期內，太陽能利用的進 一步發(fā)展，主要受到經濟性的制約。第三章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿?一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯(lián)后進行封裝 保護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光電效應概述光照射到某些物質上，引起物質的電性質發(fā)生變化，也就是光能量

12、轉換成電能。 這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(Photoelectric effect)。3.2光生伏打效應概述及應用3.2.1光生伏打效應是指物體由于吸收光子而產生電動勢的現(xiàn)象，是當物體受光照時，物體內的 電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產生電動勢和電流的一種效應。3.2.2光生伏打效應應用光生伏打效應主要是應用在半導體的PN結上，把輻射能轉換成電能。大量研 究集中在太陽能的轉換效率上。理論預期的效率為24%。由于半導體PN結器件在 陽光下的光電轉換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽能電池，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

13、體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下， 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 電效應太陽能電池的工作原理。3.3.2太陽能電池的生產流程通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350450um的高質量硅片上制成的，這種 硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。如圖1圖1太陽能電池的生產流程3.3.3太陽能電池的制造技術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換效率和降低 成本是太陽能電池技術發(fā)展的主流。圖2：晶體陣太陽能電池的制誥工芬荒程具體的制造工藝技術說明如下：切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。清洗：用常規(guī)的硅片清洗方法清

14、洗，然后用酸(或堿)溶液將硅片表面 切割損傷層除去30 50um。制備絨面：用堿溶液對硅片進行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。磷擴散：采用涂布源(或液態(tài)源，或固態(tài)氮化磷片狀源)進行擴散，制 成PN+結，結深一般為0.3 0.5um。周邊刻蝕：擴散時在硅片周邊表面形成的擴散層，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散層。去除背面PN+結。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN+結。制作上下電極：用真空蒸鍍、化學鍍鎳或鋁漿印刷燒結等工藝。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。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

15、的材料有MgF2，SiO2，A12O3，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。燒結：將電池芯片燒結于鎳或銅的底板上。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中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工 藝，多好的電池也生產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，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶 滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。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識.電池測試：由于電池

16、片制作條件的隨機性，生產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，所以應根據(jù)其性能參數(shù)進 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）的大小對其進行分 類。以提高電池的利用率，做出質量合格的電池組件。正面焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫 的銅帶，我們使用的焊接機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）。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

17、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，槽的位置已經設計好，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 串的正負極焊接出引線。層壓敷設：背面串接好且經過檢驗合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA、 玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設好，準備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer） 以增加玻璃和EVA的粘接強度。敷設時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調 整好電池間的距離，為層壓打好基礎。（敷設層次：由下向上：鋼化玻璃、EVA、 電池片、

18、EVA、玻璃纖維、背板）。組件層壓：將敷設好的電池放入層壓機內，通過抽真空將組件內的空氣抽出， 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 工藝是組件生產的關鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVA的性質決定。我們使用 快速固化EVA時，層壓循環(huán)時間約為25分鐘。固化溫度為150C。（電池板原料： 玻璃，EVA，電池片、鋁合金殼、包錫銅片、不銹鋼支架、蓄電池等）如圖3組成部分圖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，增加組件的強度，進 一步的密封電池組件，延長電池的使

19、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壓，測試組 件的耐壓性和絕緣強度，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行標定，測試其輸出特性，確 定組件的質量等級。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太陽能電池陣列設計步驟計算負載24h消耗容量PP=H/VV負載額定電源選定每天日照時數(shù)

20、T（H）計算太陽能陣列工作電流IP=P（1+Q）/TQ按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.211.00確定蓄電池浮充電壓VF鎘鎳（GN）和鉛酸（CS）蓄電池的單體浮充電壓分別為1.41.6V和2.2V。太陽能電池溫度補償電壓VTVT=2.1/430（T-25）VF計算太陽能電池陣列工作電壓VPVP=VF+VD+VT其中VD=0.50.7約等于VF太陽電池陣列輸出功率WP 平板式太陽能電板。WP=IPXUP根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格，確定標準規(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)工作原理光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿?

21、一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯(lián)后進行封裝 保護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輸電線路即可就地發(fā) 電供電及建設同期短的優(yōu)點。3.4.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(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)

22、中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉化為電能，或 送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決 定整個系統(tǒng)的質量和成本。（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、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器 還應具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器 的可選項。（三）蓄電池一般為鉛酸電池，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AC220

23、V、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載時，也要用到DC-DC逆變器， 如將24VDC的電能轉換成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)的組成原理太陽能專用蓄電池冰箱電視圖6太陽能電池發(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)的負載功率多大？問題3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直

24、流還是交流？ 問題4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時？問題5、如遇到沒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，一種是光一熱一電轉換方式，另一 種是光- -電直接轉換方式。（1）光一熱一電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發(fā)電，一般是由太陽 能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發(fā)電。前一個過程是 光一熱轉換過程；后一個過程是熱一電轉換過程，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

25、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2000 2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經濟上 很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。（2）光一電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成 電能，光一電轉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伏特 效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光 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，產生電流。當許 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

26、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，一種是光一熱一電轉換方式， 另一種是光一電直接轉換方式。圖7太陽能電池方陣3.4.5太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源的要求采用交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池和逆 變器（電源）四部分組成（并網發(fā)電系統(tǒng)一般可省去蓄電池），而逆變電源是關鍵 部件。光伏發(fā)

27、電系統(tǒng)對逆變電源要求較高：（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，必須設法提高逆變電源的效率。（2）要求具有較高的可靠性。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠地區(qū)，許多電 站無人值守和維護，這就要求逆變電源具有合理的電路結構，嚴格的元器件篩選， 并要求逆變電源具備各種保護功能，如輸入直流極性接反保護，交流輸出短路保 護，過熱，過載保護等。（3）要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍，由于太陽電池的端電壓隨負載和 日照強度而變化，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阻的變化而波動，特別是當蓄電池老化時其端電壓

28、的 變化范圍很大，如12V蓄電池，其端電壓可在10V16V之間變化，這就 要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內保證正常工作，并保證交流輸出 電壓的穩(wěn)定。（4）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應為失真度較小的正 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，高次諧波將產生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載為通信或儀表設備， 這些設備對電網品質有較高的外，當中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網運行時，為 避免鐸公共電網的電力污染，也要求逆變電源輸出正弦波電流。第四章太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用上世紀60年代，科學家們就已經將太陽電池應用于空間技術一一通信衛(wèi)星供

29、 電，上世紀末，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，不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。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、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、 城鎮(zhèn)中路標、高速公路路標等。在世紀之交前后期間，歐美等先進國家光伏發(fā)電 并入城市用電系統(tǒng)及邊遠地區(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)的結合已經形成產業(yè)化趨勢。4.1各國家太陽能光伏并網發(fā)電實施情況4.1.1歐美主要國家太陽能光伏并網發(fā)電實施情況日本：1996年宣布可再生能源發(fā)展目標，到201

30、0年可再生能源占一次能源 供應量的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，光伏住宅集中并網示范（200座3KW光伏住宅集中在一個地區(qū)進行并 網運行），光伏住宅推廣計劃（1994 2002安裝8萬套）、地方新能源促進計劃 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300 500MW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”來鼓勵光伏并網發(fā)電。4.1.2我國太陽能光伏發(fā)電應用應用現(xiàn)狀：2007年，中國光伏電池

31、產量達到1000 MW,成為僅次于日本的全 球第二大光伏制造基地，但國內光伏系統(tǒng)安裝量僅約20 MW，光伏系統(tǒng)的累積裝機 容量達100 MW，相當于世界當年安裝量的0.5%和世界累計安裝量的0.8%。其中： 農村電氣化（包括道路照明）累計裝機容量41MW，通訊和工業(yè)應用30MW，光伏產 品（路燈、草坪燈、城市景觀、LED照明、交通信號等）22.7MW，并網光伏發(fā)電 6.3MW。目前，我省已建成和在建、擬建的光伏并網項目包括省委大院10KW光伏 照明系統(tǒng)工程、鎮(zhèn)江、丹陽的2個4KW的光伏并網系統(tǒng)、無錫國家工業(yè)設計園300KW 光伏并網電站工程、無錫機場800KW屋頂光伏并網系統(tǒng)工程、尚德光伏研發(fā)

32、中心 大樓1000KW光伏建筑一體化（BIPV）光伏并網電站、無錫五星花園小區(qū)屋頂300KW 光伏并網系統(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 伏電站上網電價的批復。4.2我國太陽能光伏發(fā)電應用的操作難點1、光伏并網的審批和操作程序復雜。2、缺少明確的光伏發(fā)電上網電價。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、電力公司在發(fā)展可再生能源電力中的角色和責權利不清晰。6、沒有可執(zhí)行的光伏并網技術標準。7、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。第五章 太陽能發(fā)電產業(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。隨著全球經濟

33、社會的不斷發(fā)展，能源消 費也相應的持續(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出來。在化石能源供應日趨緊張的背景下， 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)電產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢全球太陽能發(fā)電產業(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）和美國等經濟發(fā)達、能源消耗 大的國家起步較早，在技術和應用上都處于領先地位。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

34、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構也加大了太陽能 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年左右也宣布了百萬屋頂 計劃，其中，在太陽能利用領域領先的德國聯(lián)合政府在歐洲百萬屋頂?shù)目蚣芟掠?1998年10月提出了計劃一一在6年內安裝10萬套太陽能屋頂系統(tǒng)，總容量在 300-500MV，每個屋頂約3-

35、5KW。日本政府的計劃目標是，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，世界太陽能電池產量快速增長，1995-2005年間，全 球太陽能電池產量增長了 17倍。2005年，全球太陽能電池年產量達到了 1650兆 瓦，累計裝機發(fā)電容量超過5GW，其中，日本太陽能電池產量達到762兆瓦，增長 率為27%；歐洲產量增加48%，達到了 464兆瓦；美國增加12%，達到了 156兆瓦； 世界其他地區(qū)增加96%，達到了 274兆瓦。我們預計，2010年全球太陽能電池的 年產量有望達到10400兆瓦，較2005年的年產量增長6.3倍；整個行業(yè)的銷售收 入有望在2005-2010年間，

36、從130億美元提高至450億美元，在未來5年內增長 3.5倍。同時，受益于規(guī)模經濟、生產效率和工藝水平的提高，整個產業(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，理論儲量達每年1.7萬億噸標準煤，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)電產業(yè)的應用空間也非常廣闊。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

37、的西北地區(qū)，如果利用荒漠安裝并網太陽 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，具有良好的經濟 效益。第三，迄今我國邊遠地區(qū)仍有較多居民尚未用電，如果單純依靠架設電網 供電，則成本高，建設周期長，不經濟。太陽能發(fā)電無需架設輸電線路，且建設 周期短，可以有效解決邊遠地區(qū)用電的難題。我國政府對太陽能產業(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施，此法在資源調查與發(fā)展規(guī)劃、產業(yè)指導與技術支持、 推廣與應用、價格管理與費用分攤、經濟激勵與監(jiān)督措施、法律責任等方面做出 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 則，使國家在可再生能源領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