太陽能光伏發(fā)電原理與應(yīng)用

1、第一章緒論能源是現(xiàn)代社會(huì)存在和發(fā)展的基石。隨著全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，能源消 費(fèi)也相應(yīng)的持續(xù)增長(zhǎng)。隨著時(shí)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(jià)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(guó)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(duì)的 安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)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(diǎn)，在長(zhǎng)期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。我們對(duì)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

2、能源開發(fā)領(lǐng)域。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）和非硅系太陽能電池 等。在晶體硅太陽能電池的產(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(gè)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(gòu)成。光伏發(fā)電系 統(tǒng)可分為獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)：獨(dú)立太陽能光伏 發(fā)電是指太陽能光伏發(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(chǔ)能量，在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級(jí)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、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)

3、等。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā) 電連接到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充。在各國(guó)政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，1995-2005年間，全球 太陽能電池產(chǎn)量增長(zhǎng)了 17倍。我們預(yù)計(jì)，2010年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望較 2005年的年產(chǎn)量增長(zhǎng)6.3倍，整個(gè)行業(yè)的銷售收入有望增長(zhǎng)3.5倍。我國(guó)太陽能資源非常豐富，開發(fā)利用的潛力非常大。我國(guó)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、解決邊遠(yuǎn)地區(qū)用電困 難問題等。我國(guó)政府對(duì)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶持，先后出臺(tái)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

4、用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對(duì)的 安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)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(diǎn)，在長(zhǎng)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(shì)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(dòng) 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(guó)工程 師所羅門德考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)算起。該發(fā)明是 一臺(tái)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)，太陽能利用日新月異。2.3我國(guó)太陽能資源我國(guó)是太陽能資源相當(dāng)豐富的國(guó)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(dá)7kWh/m2.4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(jí)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(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(gè)好的太陽能集熱器應(yīng)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(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(chǔ)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(shí)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(dòng)部份或溫度的裝置以及接

7、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(chǔ)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(chǔ) 存，再供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲(chǔ)熱裝置內(nèi)、直接裝設(shè)在房間內(nèi)或裝 設(shè)于儲(chǔ)存裝置及房間之間等不同設(shè)計(jì)。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(chǔ)在電容器中，以備需要時(shí)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、太陽能控制器 對(duì)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

8、儲(chǔ)存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，太陽能控制器又把蓄電池的電能 送往負(fù)載。2、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、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(chǔ)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(duì)功率 的需求越來越大。其中，以發(fā)展背表面場(chǎng)（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

9、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(diǎn)，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(diǎn)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(yùn)輸。無害

10、性：開發(fā)利用太陽能不會(huì)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(diǎn)是極其寶貴的。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。長(zhǎng)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(gè)意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。 2.6.2缺點(diǎn)分散性：到達(dá)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(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

11、的大規(guī)模應(yīng)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(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势停杀据^高，總的來 說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)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)原理光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導(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?一種技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。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)概述光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量

12、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(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，是當(dāng)物體受光照時(shí)，物體內(nèi)的 電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)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 究集中在太陽能的轉(zhuǎn)換效率上。理論預(yù)期的效率為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)

13、體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)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350450um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3.3.3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。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(shù)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(duì)硅片進(jìn)行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。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0.3 0.5um。周邊刻蝕：擴(kuò)散時(shí)在硅片周邊表面形成的擴(kuò)散層，會(huì)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。去除背面PN+結(jié)。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN+結(jié)。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。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(jié)：將電池芯片燒結(jié)于鎳或銅的底板上。測(cè)試分檔：按規(guī)定參數(shù)規(guī)范，測(cè)試分類。3.3.4太陽電池組裝工藝簡(jiǎn)介組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)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(jiǎn)單的介紹一下工藝的 作用，給大家一個(gè)感性的認(rèn)識(shí).電池測(cè)試：由于電池

16、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(cè)試即通過測(cè)試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對(duì)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，我們使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點(diǎn)的形式點(diǎn)焊在主柵線上。焊接用的 熱源為一個(gè)紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長(zhǎng)度約為電池邊長(zhǎng)的2倍。 多出的焊帶在背面焊接時(shí)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(gè)組件串，我們目前采 用的工藝是手動(dòng)的，電池的定

17、位主要靠一個(gè)膜具板，上面有36個(gè)放置電池片的凹 槽，槽的大小和電池的大小相對(duì)應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計(jì)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(yàn)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(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(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)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、

18、EVA、玻璃纖維、背板）。組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入層壓機(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(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用 快速固化EVA時(shí)，層壓循環(huán)時(shí)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(shí)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(gè)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(zhǎng)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(gè)盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電 池間的連接。高壓測(cè)試：高壓測(cè)試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測(cè)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(cè)試：測(cè)試的目的是對(duì)電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試其輸出特性，確 定組件的質(zhì)量等級(jí)。目前主要就是模擬太陽光的測(cè)試Standard test condition （STC）, 一般一塊電池板所需的測(cè)試時(shí)間在7-8秒左右。3.3.5太陽能電池陣列設(shè)計(jì)步驟計(jì)算負(fù)載24h消耗容量PP=H/VV負(fù)載額定電源選定每天日照時(shí)數(shù)

20、T（H）計(jì)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(bǔ)償電壓VTVT=2.1/430（T-25）VF計(jì)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(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)工作原理光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導(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?

21、一種技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。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(diǎn)是較少受地域限制，因?yàn)殛柟馄照沾蟮?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(diǎn)。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(jià)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(chǔ)起來，或推動(dòng)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(gè)系統(tǒng)的質(zhì)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(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì) 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堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器 的可選項(xiàng)。（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(shí)將太陽能電池板所發(fā) 出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。（四）逆變器 在很多場(chǎng)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(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用 DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，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(jiǎn)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(shè)計(jì)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

24、流還是交流？ 問題4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時(shí)？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(dòng)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(zhuǎn)換方式，另一 種是光- -電直接轉(zhuǎn)換方式。（1）光一熱一電轉(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(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是 光一熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)過程是熱一電轉(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(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)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(yīng)用于特殊的場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)。（2）光一電直接轉(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，光一電轉(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(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光 照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許 多個(gè)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(diǎn).太陽能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用； 與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會(huì)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(zhuǎn)換方式， 另一種是光一電直接轉(zhuǎn)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(duì)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(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般可省去蓄電池），而逆變電源是關(guān)鍵 部件。光伏發(fā)

27、電系統(tǒng)對(duì)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(jià)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(yuǎn)地區(qū)，許多電 站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變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(duì)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(dòng)，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)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(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出 電壓的穩(wěn)定。（4）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(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(duì)電網(wǎng)品質(zhì)有較高的外，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為 避免鐸公共電網(wǎng)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(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)一一通信衛(wèi)星供

29、 電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對(duì)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，歐美等先進(jìn)國(guó)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(shì)。4.1各國(guó)家太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)施情況4.1.1歐美主要國(guó)家太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)施情況日本：1996年宣布可再生能源發(fā)展目標(biāo)，到201

30、0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(gè)地區(qū)進(jìn)行并 網(wǎng)運(yùn)行），光伏住宅推廣計(jì)劃（1994 2002安裝8萬套）、地方新能源促進(jìn)計(jì)劃 和企業(yè)新能源資助計(jì)劃等。德國(guó)：1998年提出“10萬光伏屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃6年 安裝300 500MW光伏系統(tǒng)。美國(guó)：1997年宣布“百萬屋頂計(jì)劃”，計(jì)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(lì)光伏并網(wǎng)發(fā)電。4.1.2我國(guó)太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用應(yīng)用現(xiàn)狀：2007年，中國(guó)光伏電池

31、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(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)安裝量?jī)H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(jì)安裝量的0.8%。其中： 農(nóng)村電氣化（包括道路照明）累計(jì)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(hào)等）22.7MW，并網(wǎng)光伏發(fā)電 6.3MW。目前，我省已建成和在建、擬建的光伏并網(wǎng)項(xiàng)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(gè)4KW的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)、無錫國(guó)家工業(yè)設(shè)計(jì)園300KW 光伏并網(wǎng)電站工程、無錫機(jī)場(chǎng)800KW屋頂光伏并網(wǎng)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(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(guó)檢屋頂光伏電站等，目前這些項(xiàng)目尚未取得國(guó)家太陽能光 伏電站上網(wǎng)電價(jià)的批復(fù)。4.2我國(guó)太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用的操作難點(diǎn)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(jià)。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(cái)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(zé)權(quán)利不清晰。6、沒有可執(zhí)行的光伏并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。7、各地區(qū)、行業(yè)、企業(yè)和個(gè)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(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)能源是現(xiàn)代社會(huì)存在和發(fā)展的基石。隨著全球經(jīng)濟(jì)

33、社會(huì)的不斷發(fā)展，能源消 費(fèi)也相應(yīng)的持續(xù)增長(zhǎng)。隨著時(shí)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(jià)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(guó)能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。5.1國(guó)外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)全球太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在化石能源日益稀缺的背景下，各國(guó)均 大力發(fā)展太陽能利用，其中日本、歐洲國(guó)家（德國(guó)）和美國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源消耗 大的國(guó)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(guó)家紛紛實(shí)行“陽光計(jì)劃”，在太陽能

34、發(fā)電的價(jià)格、稅收、發(fā)展基金等方面給 予較大優(yōu)惠。同時(shí)，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(guó)家還制定了長(zhǎng)期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)太陽能的發(fā)展進(jìn)行了長(zhǎng) 期規(guī)劃。1997年6月美國(guó)提出“百萬太陽能屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃到2010年將在100 萬個(gè)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(jì)劃，其中，在太陽能利用領(lǐng)域領(lǐng)先的德國(guó)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(jì)劃一一在6年內(nèi)安裝10萬套太陽能屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?300-500MV，每個(gè)屋頂約3-

35、5KW。日本政府的計(jì)劃目標(biāo)是，到2010年安裝500MW屋 頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。在各國(guó)政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，1995-2005年間，全 球太陽能電池產(chǎn)量增長(zhǎng)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(jì)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(zhǎng) 率為27%；歐洲產(chǎn)量增加48%，達(dá)到了 464兆瓦；美國(guó)增加12%，達(dá)到了 156兆瓦； 世界其他地區(qū)增加96%，達(dá)到了 274兆瓦。我們預(yù)計(jì)，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(zhǎng)6.3倍；整個(gè)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(nèi)增長(zhǎng) 3.5倍。同時(shí)，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(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的成本 都有望下降，行業(yè)利潤(rùn)率有望保持在較高水平上。5.2我國(guó)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)我國(guó)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(shí) 以上，理論儲(chǔ)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(guó)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(guó)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(guó)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(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(guó)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(zhǎng)，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(guó)政府對(duì)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(guó)可再生能源法正式實(shí)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(jià)格管理與費(fèi)用分?jǐn)?、?jīng)濟(jì)激勵(lì)與監(jiān)督措施、法律責(zé)任等方面做出 了規(guī)定。隨后，國(guó)家又陸續(xù)出臺(tái)了可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金管理暫行辦法、 可再生能源建筑應(yīng)用專項(xiàng)資金管理暫行辦法等支持可再生能源發(fā)展的實(shí)施細(xì) 則，使國(guó)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(guó)太陽能發(fā)電產(chǎn)