太阳能光伏发电的现状和发展概要
南京理工大学
专业：热能与动力工程
姓名：贺书剑
学号：0908180220
太阳能光伏发电的现状和发展
太阳能光伏发电的现状和发展
摘要
随着经济社会的发展，能源需求量越来越大，消耗速度也越来越快。世界常规能源供应短缺危机日益严重，化石能源的大量开发利用已成为造成自然环境污染和人类生存环境恶化的主要原因之一，寻找新兴能源已成为世界热点问题。在各种新能源中，太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广、应用形式多样等优点，受到世界各国的高度重视。我国光伏产业在制造水平、产业体系、技术研发等方面具有良好的发展基础，国内外市场前景总体看好，只要抓住发展机遇，加快转型升级，后期必将迎来更加广阔的发展空间。而光伏系统的一大缺点就是光伏电池的光电转换效率太低, 使其不能最大效率转化为电能输出；而且在工作过程中受环境的影响也很大，会损失很多能量。因此为了使其输出的电能达到最大化,除了要研制价格低廉且能量转换效率高的光电材料外,还要在控制上实现光伏电池的大功率输出。。本文对MPPT的原理，必要性和算法作了较为详细的论述分析，比较了现有的各种最大功率点跟踪(MPPT)策略(实际测量法、恒定电压控制法。扰动观察法等)，采用MATLAB开发工具进行仿真，利用变步长自适应给定算法进行了最大功率跟踪。
前言
随者当今世界能源危机和环境污染的日益严重。太阳能以其资源充足、分布广泛、清洁安等优点必将成为未来全球最主要的能源之一。现在太阳能的利用主要有光热利用、光化学利用和光伏利用三种形式，其中光伏发电由于其自身的优势。近期在世界范围内得到了高速的发展。
早在20世纪80年代初，受石油危机影响。美国、日本以及欧洲一些国家已经意识到发展新能源的重要性，投入了大量的人物力对光伏发电进行研究，由此光伏发电得到了很大程度的发展和应用。随着我国对新能源产业的政策扶持，光伏发电必将成为我国能源结构中重要的组成元素。因此，积极研究和发展光伏发电技术成为了目前国内外的研究热点。国外光伏发电的现状和展望
能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速，最近
10
年太阳电池及组件生产的年平均增长率达到 33%，最近 5 年的年平均增长率达到43%，2006 年世界太阳电池产量达到 2500MWp，累计发货量达到 8500MWp。表1-1 为截止到 2006 年的过去 10 年世界太阳电池的年发货量和累计用量(GWp)。世界光伏产业和市场发展的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并成为光伏发电的主导市场(其他应用包括通讯和信号﹑特殊商业和工业应用﹑农村离网应用﹑消费品和大型独立电站等)。表 1-2 为截止到 2005 年的过去十年并网光伏发电市场份额逐年增长情况。
世界光伏发电市场的增长主要得益于德国、日本和美国的鼓励政策。目前 70%以上的太阳电池用于并网发电系统。美国、日本和欧洲都制定了各自的光伏发展路线，表 1-3 和表 1-4 给出了一些国家的光伏发展路线和发展目标的比较。
从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。根据欧洲 JRC 的预测，到 2030 年可再生能源在总能源结构中占到 30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到 10%
以上；
2040 年可再生能源占总能耗 50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的 20%以上；到 21 世纪末可再生能源在能源结构中占到 80%以上，太阳能发电占到 60%以上，显示出重要战略地位。
国内光伏发电现状和发展
经过20多年的发展，我国光伏发电产业的发展己初具规模。但是总体水平上我国同国外还有很大的差距。主要表现为生产规模较小，技术水平较低，电池效率、封装水平同国外存在一定差距。部分材料仍需进口。另外，我国电池组件的成本和售价偏高。太阳能电池造价太高制约着太阳能光伏发电的大规模应用。它已经成为光伏发电的“瓶颈”。我国必须要加大这方砸的投入。突破这个技术瓶颈，促进太阳能光伏发电的普及。2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会通过了《中华人民共和国可再生能源法》，把促进可再生能源的开发利用提高到了法律的高度。近些年来。国家在“973”和“863”等重大项目中也将太阳
能电池的发展放到了重要的位置。积极发展太阳能光伏发电对于解决我国的能源紧缺和环境污染具有重要的战略意义。相信在政府政策的扶持和学界的大力研究下。光伏发电在我国的前景很光明，会得到广泛应用和发展。
光伏发电的优缺点
光伏发电的优点生要有以下六点：
l、无污染：零捧放，没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”。
2、可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，可满足可持续发展的要求。3，资源的普遍性：基本上不受地域限制。只是地区之间是否丰富之分。
4、分布式电力系统：将提高整个能源系统的安令性和可靠性。特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义。
5、资源、发电、用电同一地域：渴望大幅度节省远程输变电设备的投资费用。
6、灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成．容量可大可小。扩容方便。保持系统运转仅需要很少的维护。系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件：目前光伏发电也存在一些难以攻克的缺点：主要有以下两个方面：
(1)光电转化率很低。
(2)光伏发电成本太高，在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但其成本仍居高不下，远小能满足大大规模应用的要求。
太阳能光伏发电技术概述
太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏打效应将光能转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装便构成了大面积的太阳能电池组件。电池组件所产生的直流电能再经逆变器变换成与电网相同频率的交流电能。以电压源或者电流源的方式送入电力系统(并网光伏发电系统)，或者直接供给负荷使用(独立光伏发电系统)。
光伏发电系统的基本组成
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。提供给负荷使用。图l所示为典型太阳能光伏发电系统的构成。
各个组成部分具体介绍如下
l、太阳能电池
太阳能电池是太阳能光伏发电的核心组件，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转变为电能。目前对太阳能电池的研究主要集中在提高光电转换效率和降低成本上。目前应用较广的太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅：和非晶硅
3种。近年来出现了硅以外的化含物材料，如磷化铟、砷化镓、铟
硒铜等。
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．使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近。从而获得最大的功率转换效率的目的。控制器还对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用．在温差大的地区，控制器还具有温度补偿的功能。
3、蓄电池组
太阳能电池一般为铅酸电池，小型太阳能发电系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。太阳能电池产生的直流电需要进入太阳能蓄电池储存。在使用的时候再释放出来。蓄电池的性能直接影响着太阳能光伏发电系统的-丁作效率和稳定性，目前蓄电
池在技术上已经十分成熟。
4、逆变器
太阳能并网逆变器比普通逆变器要复杂很多，主要有两个技术要点l：MPPT（最大功率跟踪)和井刚功能。MPPT对于太阳能逆变器来说，非常重要，由于日照条件在不断变化，太阳能电池组件特殊的v-I特性，逆变器必须具备MPPT功能，才能充分利用昂贵的电池板发电量。另外一个并网功能。关注就是功率因数和谐波电流。逆变器在额定丁况下。谐波电流小于3％．功率因数为1。
主要研究课题：最大功率跟踪
最大功率就是使光伏电池始终保持最大功率输出。由于光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池的输出功率受日照强度以及温度影响，系统工作点会因此飘忽不定，
这必然导致系统
效率的降低。为了在限定的条件下有效利用光伏电池，必须实现最大功率点跟踪(Max
PowerPoint Tracking，MPPT)控制，以便光伏电池阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。
MPPT研究的必要性
光伏发电系统中，光伏电池在不同太
阳辐照度下输出最大功率时，其两端
电压值并不固定，而且当工作温度发
生变化时，相应于同一辐照度的最大
功率，电压值也将发生变化。由图光
伏电池I．V和P．V特性曲线，它表
示了在特定的太阳辐照度和温度下，
电池传送的电流I(功率P)与电压V的
关系，曲线表明电池具有明显的非线
性特征。图中，功率曲线类似为一个
抛物线，即光伏电池在输出最大功率
PM(=IMVM)时，最大功率点电压
(最大工作电压)VM小于开路电压
Voc，最大功率点电流(最大工作电
流)IM小于短路电流Isc。并且电
池电压在0~VM间变化时，功率
曲线为递增函数，当电池电压在
VM～Voc间变化时，功率曲线为
递减函数。研究表明，光伏电池
的输出功率取决于太阳辐照度和
其工作温度。随着工作温度的升
高，短路电流I。c稍微升高，开路电压Voc和最大功率点电压VM下降，光伏电池输出最大功率PM下降。同一块光伏电池Isc值与太阳的辐照度成正比，输出最大功率PM也随着辐照度的增加而增加。
为了实现在任何外部条件下太阳能电池阵列输出当前日照下最多的能量，理论和实践上提出了光伏电池阵列的MPPT问题。随着光伏发电系统的日益普及，光伏发电系统较高的造价
和仍处在较低的转换效率使得MPPT技术的研究愈发重要。
MPPT原理
图3-1为太阳能电池阵列的输出功率特性曲线，由图可知当阵列工作电压小于最大功率点电压VMax时，阵列输出功率随太阳能电池端电压VPv上升而增加。当阵列工作电压大于最大功率点电压VMax时，阵列输出功率随VPv上升而减少。MPPT的实现实质上是一个自寻优过程，即通过控制阵列端电压VPv，使阵列能在各种不同的日照和环境温度下智能化地输出最大功率。
MPPT的算法
太阳能电池的电压与电流是非线性的关系，由于环境温度与日照强度的不同工作曲线有所不同，但是每一条工作曲线只有一个最大功率点，此最大功率点即为太阳能电池的最佳工作点。因此为了提高太阳能电池阵列的工作效率，需要控制太阳能电池阵列的输出，使太阳能电池阵列随时都工作在最大功率点。关于太阳能电池阵列的最大功率跟踪法有许多文献都有这方面的讨论，而且最大功率点跟踪的算法有很多种，常用的有：电压回授法、功率回授法、滞环比较法、电导微增法、微扰观察法等。在实现的过程中，进行调节时所依据的变量也不同，有依据电压的，也有依据功率的。所谓依据电压是指：在调节的过程中，不断地测量太阳能电池的输出特性，计算出太阳能电池的最大功率点，然后调节太阳能电池的工作点，使工作点电压尽量接近最大功率点电压，并且随着最大功率点电压的变化而变化。这样做较为复杂，而且计算最大功率点需要时间。如果在天气情况变化较快时，计算出来的最大功率点可能与当时的最大功率已经相差较大了，因此这种方法用的较少。依据功率调节是指在调节的过程中，测量蓄电池的充电功率，依据它来调节太阳能电池的工作点，
使蓄电池能够保持
最大的充电功率。但是，这样做似乎并不能保证太阳能电池有最大功率输出，而只是保证蓄电池有最大功率输入。这里可以从实际应用的角度考虑，对太阳能电池经最大功率跟踪的目的是希望负载获得最大功率。假如仅仅实现太阳能电池的最大功率输出，而蓄电池不能获得最大功率充电，那么这样做也没什么意义；另外如果DC／DC转换电路的效率足够高，可以近似地认为蓄电池获得最大功率充电时，太阳能电池输出的功率也是最大的
最大功率跟踪控制方法
(1) 实际测量法
实际测量法只需要利用一片额外的光伏电池板，每隔一段时间即实际测量此光伏电池板的开路电压与短路电流，以建立光伏电池板在此日照强度及温度下的参考模型，并求出在此条件下的最大功率点的电压和电流，配合控制电路使光伏电池板工作在此电压或电流下，即可达到最大功率点跟踪。此方法的最大优点在于其由实际测量来建立参考模型，因此可避免因光伏电池板及元件老化而导致参考模型失去准确度的问题，此外，由于此法需要额外的光伏电池板及一些检测电路，因此较适用于较大功率的太阳能供电系统，对其他小功率系统而言，或许不能符合成本上的需求
(2) 恒定电压控制法
在光伏电池温度一定时，光伏电池的输出 P-V 曲线上最大功率点电压几乎分布在一个固定电压值的两侧。因此恒定电压控制法即是将光伏电池输出电压控制在该电压处，此时光伏电池在整个工作过程中将近似工作在最大功率点处。这种控制简单且易实现，系统工作电压具有良好的稳定性；但缺点是MPPT 精度差，系统工作电压的设置对系统工作效率影响大，控制的适应性差，即当系统外界环境条件改变时，对最大功率点变化适应性差
(3) 扰动观察法
扰动观察法的原理是通过引入一个小的电压变化(一般是通过改变占空比大小，来改变等效负载的大小，从而改变输出电压的大小)，计算此次光伏方阵的输出功率，并与上一次的相比较，根据比较结果来确定增加或是减少光伏方阵工作电压，从而来实现 MPPT。
如图，若△P＞0，说明光伏电池工作在峰值电压左侧，则需要继续增大工作电压，从左侧向最大功率点靠近；若△P＜0，说明光伏电池工作在峰值电压右侧，需要减小工作电压，从右侧向最大功率点靠近；若△P=0，则说明光伏电池正处于最大功率点附近，于是保持工作电压不变即可。这种控制方法思路简单，实现较为方便，可实现对最大功率点的跟踪，提高系统的利用效率。但缺点是步长的选择不当，可能造成跟踪的速度太慢或是在最大功率点
附近出现振荡现象，需要对其步长进行适当的选择。
(4) 电导微增法
电导微增法也是一种最基本的MPPT算法之一，它通过太阳能电池P-V曲线的斜率dP／dY与输出电压、电流间的关系来达到判断MPPT的目的。
上图所示的电导微增法控制精确，响应速度比较快，在稳态时可以较好的跟踪到光伏阵列输出的最大功率点。适宜用于外界环境变化较快的场合，但系统对硬件特别是传感器的精度要求较高，同时对单片机A／D转换的速度要求也较高，且仍然没有解决采样时间和a选取的问题。
电导微增法的原理是利用光伏方阵输出端的动态电导值(dI/dV)与此时的静态电导的负数(-I/V)相比较，以判断调节光伏方阵输出电压方向的一种 MPPT 方法。它是依靠改变光伏方阵的输出电压来达到最大功率点，因此借助修改逻辑判断式来减少在最大功率点处的振荡现象，使其能快速适应气候条件的变化。就理论而言，此方法的理论表达式是无可挑剔的。但是缺点是控制算法较复杂，对控制系统要求较高，硬件实现难度较大。
定步长电导微增法所存在的问题
扰动观察法结构简单、被测参数少，而电导微增法在外界环境发生迅速变化时，其动态性能和跟踪特性方面比扰动观察法好。但是这两种方法都存在着二个共同的缺点，即步长固定。如果步长过小，就会导致光伏阵列长时间地滞留在低功率输出区；如果步长过大，就会导致系统振荡加剧。针对这一缺点本文给出了一种自适应变步长扰动法。当距离最大功率点较远时，步长取大，速度加快；当距离最大功率点较近时，步长取小，慢慢接近最大功率点；当非常逼近最大功率点时，系统稳定在该点工作。
在一定的太阳辐照度下，太阳能电池的输出功率只与环境温度和端电压有关，因此在独立式光伏发电系统中，改变太阳能电池的工作点只能通过调整母线电容上的电压进行，即改变逆变电路的输出有功功率来进行调节。在这里讨论的范围内，定步长MPPT方法就是以
固定步长修改逆变电路输出有功设定值(Pref)从而跟踪太阳能电池最大功率点的，这里选用的MPPT方法是跟踪性能较好的电导微增法。其算法控制流程图在上图中已经给出。该算法在功率环的每个控制周期检测和计算光伏阵列输出电压、电流和功率，根据电导增量判断方法决定最大功率点的跟踪方向。确定跟踪方向后，算法以固定步长值修改逆变电路输出有功设定值(PREF)，再将该功率设定值转换成逆变器输出电流幅值，通过脉宽调制方法生成PWM信号驱动开关器件，产生设定的输出电流。独立式光伏发电系统中定步长电导微增法虽然具有较好的稳态特性，但是在太阳辐照度出现扰动的动态过程中往往会失效，甚至出现母线电压崩溃现象。逆变输出有功的调整步长选取得不合适时也可能会引起同样的问题。
跟踪太阳能电池最大功率点的过程，就是不断调整逆变电路有功输出，从而使太阳能电池实际工作电压在最大功率点左右反复跟踪、调整的过程。当太阳能电池工作电压大于最大功率点电压时，通过增加逆变电路输出功率使其降低；当太阳能电池工作电压小于最大功率
点电压时，通过减小逆变电路输出功率使其增加。但是，在后一种情况下，如果光照减弱，减小后的逆变输出功率仍大于太阳能电池的输出功率，就会导致母线电容电压即太阳能电池的工作电压进一步降低。工作点由最大功率点向左移动时，太阳能电池输出功率进一步减小，又导致母线电压下降，直到无法维持控制器设定的逆变输出电流，这就是母线电压崩溃过程。下图就是仿真得到的当光强扰动时，导致的独立光伏发电系统母线电压崩溃过程波形。从图中可以看到，太阳辐照度在某一时刻发生20％的阶跃下降，0．1s后恢复。该扰动发生后，虽然根据电导微增法，系统通过判断得到了正确的跟踪方向，但由于功率环的控制周期较长，而且每个控制周期调整输出功率的步长有限(步长太大可能导致系统振荡，并影响稳态下的跟踪精度)，短时间内输出功率参考值会偏离并超出太阳能电池当前最大功率，引起母线电容电压持续下降。工作点由最大功率点向左移动时，太阳能电池输出功率进一步减小，又导致母线电压下降，直到无法维持控制器设定的逆变输出电流直至输出电流畸变。母线电容输入和输出电流平衡后，母线电压才能达到稳定并再次缓慢跟踪上最大功率点。太阳辐照度扰动引起的MPPT控制失效会严重影响光伏系统的效率和可靠性。因此，必须在控制算法中加以考虑以防止这种情况的发生。
图.母线电压崩溃过程仿真波形
变步长自适应给定的最大功率点跟踪控制
针对独立式光伏发电系统中的母线电压崩溃现象，本文提出了一种新颖的改进MPFT方法，称为具有功率前馈控制的变步长自适应法。这种算法的改进主要在于功率环的控制，改进后的算法实现了系统的高效、稳定运行。
变步长自适应给定算法
在扰动过程中，如果扰动步长大，跟踪最大电流点速度快，但有可能不能准确跟踪或者在最大功率点稳态附近有振荡情况，而这些振荡将减少光伏阵列能量转换效率。如果步长变小，减小在最大点附近振荡，同时增大光伏阵列能量转换效率，则会导致响应速度变慢，当环境条件变化快时有可能偏离最大功率点。因此，合理设置扰动步长对于跟踪最大功率点的快速、准确性有决定性作用。为了避免上述情况，这里采用变步长自适应法。在电流扰动过程中，电流扰动步长为△I，在每次循环时加到参考值上
Inf(k)=Inf(k一1)+α·△I
式中，α为增加或减少敏感度的系数；△I由下式确定
△I =K·︳△Ppv︳／Ppv
△Ppv = Ppv(k)／ Ppv(k-1)
式中，Ppv和Ppv(k-1)分别为当前和前一时刻光伏阵列的功率；扰动方
向由K来决定，K的符号与P-W曲线斜率符号相反。
△I是基于光伏阵列功率变化△Ppv的，根据功率变化随时被自动调节。扰动步长由△I和α来确定，α根据△Ppv的不同取不同的值，
0.15 ︳△Ppv︳﹥△Pm
α = 0.03 e＜︳△Ppv︳＜△Pm
0.2 ︳△Ppv︳＜＝
e
式中，△Pm为设定的最大误差值，e为设定的较小误差值。在稳态时，
△Ppv→0，则△I→O，因此电流参考值Iref(k)保持在前一时刻的值，且有很小的变化。因此系统稳定运行时，在功率最大点附近振荡是很小的。
控制结构及原理
系统中采用DC／DC变换器、蓄电池和逆变器的并联结构，由于蓄电池的钳位作用，DC／DC变换器的输出电压变化不大，姑且认为是恒定量，故调节DC／DC 变换器的输出电流I即是调节光伏发电系统的输出功率P。自适应给定的最大功率点跟踪控制的结构原理如图所示。
MPPT控制结构图
MPPT控制过程中，首先施加给定电流Inf的扰动量，然后检测Ipv，V"的值，根据功率变化情况确定扰动方向，产生下一步的Iref，实现对给定电流的跟踪，如此循环往复，进而实现最大功率点的跟踪控制。
变步长白适应的控制算法中，在每个控制周期里，PREF的设定流程如下图所示。其中△p为设定的太阳能电池输出功率跌落阈值，PI为输出功率设定值的修改步长，K为变步长系数，根据仿真结果，其值在2到4之间时可以使系统同时获得较好的稳态精度和动态性能。
算法流程图
但是，在太阳辐照度发生较大扰动或者阶跃变化时，用较大的步长减小PREF仍不能保证系统的稳定。在新的算法中，系统在前端实时检测太阳能电池输出电压Upv和电流Ipv，计算得到其输出功率Ppv。当检测到太阳能电池输出功率突然变小的情况时，则认为太阳辐照度发生阶跃变化，系统跳出跟踪过程，参照这时的Ppv值来重新设定逆变输出功率Pref，使母线电容上输入输出电流基本平衡，这样就避免了母线电压崩溃现象。
采用仿真参数设置，应用新算法对独立光伏发电系统进行了仿真。下图是光强发生下降阶跃情况下的仿真波形。由图可知，采用新的算法后，由于控制系统实现了对太阳辐照度阶跃变化的准确检测，并快速地修正减小了的逆变输出功率参考值，从而避免了母线电压崩溃现象。仿真表明，在太阳辐照度下降阶跃达到50％的情况下，系统变步长自适应算法仍具有较好的稳定性。
MPPT方法在光强下降阶跃情况的仿真波形
在研究经典的控制算法基础上，提出了一种具有功率前馈控制的变步长自适应MPPT方法。实验结果表明，在变步长自适应算法的控制下，独立式光伏发电系统可以稳定、高效地追踪光伏阵列最大功率点。同时，在太阳辐照度、环境温度等系统参数扰动的情况下，能快速寻找新的工作点，保持系统稳定，表现出很好的动态特性。
小结：在太阳辐照度比较稳定或者只有较小扰动时，变步长的MPPT方法与定步长算法相似，都是通过增加或减少逆变电路的输出有功功率达到跟踪太阳能电池最大工作点的目的。不同的是，变步长算法中增加或减少PREF时采用了不同的步长值。增加情况下的步长小，减小情况下的步长大。这样，当PREF超出当前太阳能电池最大功率时，系统能较快减小其值以保证母线电压不至于跌落太多，使光伏阵列始终工作在最大功率点附近，从而达到系统的稳定。
MPPT的其他改进方法
Fibonacci线性搜寻方法：它的控制参数调节比较直观，相应速度比较迅速。这种基于改进型Fibonacci线性搜索算法的光伏发电系统的MPPT技术能在非一致性日照条件下或同照急剧变化的情况下追踪最大功率点。Fibonacci搜索算法经过改进以用于时变的P_V特性曲线。当日照急剧变化时，一个新的初始化功能被引入来初始化搜索条件，并做一个大范围的搜索，从而得到实际最大功率。
基于Fibonacci算法的MPPT控制方法能在日照辐射发生变化时快速找到新的全局最大功率点。而传统方法则会工作在局部最大功率点，所以本文提出的MPPT 控制方法能有效提高光伏发电系统在日照辐射变化的环境中的能量转换效率，显著提高系统的利用效率，
降低光伏
发电的成本。
总结
本文对光伏发电的现状与前景及光伏发电的优缺点，光伏发电系统组成和分类以及太阳能光伏发电系统的最大功率跟踪技术进行了初步的总结和研究，主要工作有：
1、介绍国内外光伏发电的现状和发展，对光伏发电的初步介绍
2、分析了光伏发电的基本工作原理、光伏发电的优缺点，并建立了太阳能电池的理想电路模型。
3、阐述了光伏发电系统的基本组成，一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池(组)构成的
4、。本文对MPPT的原理，必要性和算法作了较为详细的论述分析，比较了现有的各种最大功率点跟踪(MPPT)策略(实际测量法、恒定电压控制法。扰动观察法等)，采用MATLAB开发工具进行仿真，利用变步长自适应给定算法进行了最大功率跟踪。实验结果显示，本文提出的最大功率跟踪方法是可行的，并达到了预期的目的和标准。
结语
我国需进一步研究完善分布式光伏发电的管理办法和电价政策，均衡开发商电网企业用户等各方利益，为开发商（用户）提供基本收益预期和明确的市场前景，为电网企业提供光伏发电接网的合理经济补偿和必要的市场保障，这样才能保持政策的生命力，形成各方共同推进光伏发电发展的良好局面。相信在政府政策的扶持和学界的大力研究。光伏发电在我国的前景很光明，会得到广泛应用和发展。
参考文献：
1．【刊名】低温与特气【出版日期】2011【期号】第3期
2.【刊名】硅谷【出版日期】2012【期号】第4期
3.【刊名】建材发展导向【出版日期】2012【期号】第4期
4.【刊名】节能【出版日期】2012【期号】第2期
5.【刊名】国家电网【出版日期】2012【期号】第1期
6.【刊名】机电工程【出版日期】2011【期号】第1期
7.【刊名】黑龙江科技信息【出版日期】2012【期号】第1期
8.【刊名】节能与环保【出版日期】2012【期号】第2期
9.武汉工程大学太阳能光伏发电系统的研究彭洪伟
10.山东大学太阳能光伏发电系统的研究张化德
11.江苏大学高效太阳能光伏发电的研究王秦伟
12.大连海事大学小功率太阳能光伏发电系统吕义
13.华北电力大学太阳能独立光伏发电系统的研究张玉平
14.华北电力大学太阳能光伏发电控制系统的研究与实现张峰
15.兰州理工大学光伏发电系统最大功率跟踪的研究刘健
16. Smley EW.Optimization of building integrated photovoltaic systems Conference Record of the IEEE，Photovoltaic Specialists Conference， 2002，1501~1503
17. Y．Boutalis eta1．，A fuzzyrule based approach for storing the knowledge acquired From dynamical FCMs，Proceedings of the Fifth International Conference on Technology and Automation(ICTA 7 05) Thessalonica，Greece，October 15—
16(2005)．70-78
18. T．Kottaset a1．，A newmethodfor reachingequilibriumpoints in fuzzy cognitive maps，Proceedings of the Second International IEEE Conference of Intelligent Systems(2004)，PP．53—60．
(完整版)@国内外光伏发电发展现状及前景
国内外光伏发电发展现状及前景 《邓州市鑫园光伏电力开发有限公司》与国内知名专家对世界光伏产业现状及发展趋势的调查： 自1839年发现“光生伏打效应”和1954年第一块实用的光伏电池问世以来，太阳能光伏发电取得了长足的进步，但是它的发展仍然比计算机和光纤通讯要慢得多。1973年的石油危机和20世纪90年代的环境污染问题大大促进了太阳能光伏发电的发展。随着人们对能源和环境问题认识的不断提高，光伏发电越来越受到各国政府的重视，科研投入不断加大，鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台。以1997年美国总统克林顿的“百万太阳能光伏屋顶计划”为标志，日本还有欧洲的德国、丹麦、意大利、英国、西班牙等国也纷纷开始制定本国的可再生能源法案，刺激了光伏产业的高速发展。 2000年以来，全球光伏产业连续6年以30%~~60%以上的速度增长，2002年全球光伏电池产量为560MW/a，到2003年已高达750MW/a,增长了34%。2004年开始，德国对可再生能源法进行了修订，新的补贴法案促成了德国光伏市场随后的爆发，随之而来的是发达国家间新一轮的政策热潮和全球光伏市场的更高速膨胀。2004年世界光伏电池年产量达到1256MW，年增长率高达68%，2005年产量达1818MW，增长率仍有45%（图1-2），2006年，美国加州州长施瓦辛格提出了要在加州实施“百万个太阳能屋顶计划”，在未来10
年内建设3000MW光伏发电系统的提案，这象征着美国光伏政策的新纪元的到来。正是由于欧洲、日本和美国强有力的政策推动，全球太阳能光伏发电系统市场才呈现出今天欣欣向荣的景象，太阳能光伏发电的前景无限光明（图1--3~~图1--7）。
家用光伏发电系统的现状及发展前景 -最终
家用太阳能光伏发电系统的现状及发展前景 李龙 (华北电力大学能源与动力工程学院北京 102206) 摘要：众所周知，我国是一个发展中的大国，同时是一个资源消耗大国，而人均资源储量又偏低。因此快速的工业化进程和巨大的消费性需求使我国对资源对外具有很强的依赖性。环境污染和能源短缺已经直接威胁我国的可持续发展。与此同时，我国很多居住在偏远地区的人们还没有用上电。这些客观条件迫使我们更加努力的寻找和开发新能源，而太阳能光伏发电就是其中之一。本文将集中讨论家用太阳能光伏发电的现状及发展前景。 关键词：家用太阳能；光伏发电系统 一、家用太阳能光伏发电系统的基本构成及分类 （一）家用太阳能光伏发电系统的组成家用太阳能光伏发电系统主要由光伏电池组件，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器构成，其中的核心元件是光伏电池组件。各部件在系统中的作用是：光伏电池组件：将太阳的光能直接转化为电能。按基本材料主要分为：晶体硅太阳能电池，非晶体硅太阳能电池，化合物太阳能电池和有机半导体太阳能电池[1]。交直流逆变器：用于将直流电转换为交流电的装置。此外，逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量[2]。蓄电池：用于存储从光伏电池转换来的电力，按照需要随时释放出来使用。太阳能光伏系统中采用的是铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池[2]。充放电控制器：具有自动防止太阳能光伏电源系统的储能蓄电池组过充电和过放电的设备，它是光伏发电系统的核心部件之一。 （二）家用太阳能光伏发电系统的分类目前家用太阳能光伏发电系统大致可分为三类[5]，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。 1、离网光伏蓄电系统。这是一种常见的太阳能应用方式，在国内外应用已有若干年，系统比较简单，而且适应性广，适用于人口分布稀疏地区，如：游牧牧民。 2、光伏并网发电系统。当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。适用于人口分布稠密地区，如城市。
太阳能光伏发电系统_毕业论文
毕 业 论 文 题目太阳能光伏发电系统 学院 __________江西太阳能科技职业学院___ 专业 _________光伏发电技术及应用___ __
摘要 本系统采用C8051F020为控制核心，实现了模拟太阳能光伏发电系统的功能。该系统主要通过太阳能储蓄电能，通过正弦波脉宽调制技术（SPWM）控制全桥逆变将直流电变为交流电，再经过变压器将电压变为所需的电压。该系统具有最大功率追踪（MPPT），输出电压与给定参考电压频率、相位同步，欠压、过流保护，欠压保护的自动恢复等功能，且具有LCD屏幕显示功能。 关键词：C8051F020 SPWM MPPT 欠压过流保护 Abstract This system uses C8051F020 simulation of solar photovoltaic power generation system to control the core functions. The system is mainly electricity through the solar savings by sinusoidal pulse width modulation (SPWM) control full-bridge inverter direct current into alternating current, and then through the transformer voltage into the required voltage. The system has the maximum power point tracking (MPPT), output voltage with a given reference voltage frequency and phase synchronization, undervoltage, overcurrent protection, undervoltage protection, automatic recovery, and the LCD screen display Keywords：C8051F020 SPWM MPPT Under-voltage over-current protection
太阳能光伏发电材料的发展现状概要
第26卷第5期2008年10月 可再生能源 RenewableEnergyResources Vol.26No.5Oct.2008 太阳能光伏发电材料的发展现状 殷志刚 （辽宁太阳能研究应用有限公司，辽宁沈阳 摘 110034） 要：对太阳能光伏材料的研究进展做了简要综述。介绍了硅太阳能电池材料、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电 池材料的研究现状及其存在的问题；还介绍了与纳米技术相结合的纳米晶太阳能电池材料以及在现有基础上的进一步技术创新。 关键词：晶体硅；铜铟硒薄膜；纳米晶太阳能电池中图分类号：TN304；TM914 文献标志码：A 文章编号：1671-5292（2008）05-0017-04 ResearchstatusofsolarPVgeneratepowermaterials YINZhi-gang （LiaoningSolarEnergyR&DCO.LTD,Shenyang110034，China） Abstract：Inthispaper,wesummarizedtheresearchprogressandtheproblemsofsolarPVsili-conmaterialsatpresent.TheresearchprogressofCISthinfilmmaterialandnanocrystallinesola rcellmaterialswereintroducedrespectively.Thelatestinnovationsoftheoriginaltechnologies werealsoelaboratedinashortsummary. Keywords：crystalsilicon;CuInSe2film;nanocrystalsolarcell0 引言 家认为，到2010年太阳能光伏发电成本将降低到可与常规能源竞争的程度。 制作太阳电池的材料要满足如下要求：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④便于工业化生产且性能稳定。符合以上条件的太阳能光伏材料被不断地开发和应用。 1839年，法国科学家贝克雷尔发现，光照能 使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“光生伏打效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池，从此太阳能转换为电能的实用光伏发电技术诞生[1]。如今太阳能电池的种类不断增加，应用范围日益广阔，市场规模逐步扩大，太阳能电池的研究在欧洲，美洲，亚洲大规模展开。近几年，全世界太阳能电池的生产量平均每年
太阳能发电过程与原理
太阳能发电过程与原理 太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件（Solar cells）是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑（照明）一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。 1太阳能发电原理 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。1.1太阳能电源系统 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 ⑴电池单元 由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当
葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。 1.3DC-AC逆变器 逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流 电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照 明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 1.4发电系统反充二极管 太阳能光伏发电系统的防反充二极管又称阻塞二极管，在太阳电池组件中其作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨和夜晚不发电或出现短路故障时，擂电池组通过太阳电池方阵放电。防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中，起单向导通作用。因此它必须保证回路中有最大电流，而且要承受最大反向电压的冲击。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。一块板的话可以不用任何二极管，因为控制器本来就可防反冲。板子串联的话，需要安装旁路二极管，如果是并联的话就要装个防反冲二极管，防止板子直接冲电。防反充二极管只是保护作用，不会影响发电效果。 2效率 在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、
试分析我国光伏发电的现状和未来前景
试分析我国光伏发电的现状和未来前景 摘要：当今时代，人们的日常生产生活离不开电力的支持。而电力的来源目前 大多是依靠煤炭等资源进行火力发电，随着人们思想认识的层次逐渐升高，人们 开始认为通过这些不可再生能源进行发电已不是长久之计，不仅会消耗大量的地 球资源，也会产生巨大的环境破坏效果，所以运用太阳能等新型清洁资源就成为 了未来电力发展的主要依靠手段。目前的太阳能光伏发电站正在不断地发展壮大，光伏并网发电必定在未来的电力发展中占据主导位置。本文主要针对太阳能如何 进行光伏发电进行了说明，并且讨论了现阶段我国以及世界的光伏电站工作状态，最后根据光伏发电站的发展趋势对未来进行了展望。希望太阳能光伏发电系统将 为世界带来更大的福祉。 关键词：电力；太阳能；光伏发电； 相对来说，太阳是一个热量大、寿命长，对于地球有着重要影响的星体。光 伏电站正是利用了太阳传递到地球的光辐射而收集太阳能，进而转变为电能，主 要优点包括资源储量庞大、资源易获取、污染小、施工简单、光伏发电系统比较 稳定等。作为一种可再生的清洁能源，太阳能发电将会随着科学技术的发展变得 越来越普及，可以缓解巨大的能源短缺问题，改变社会的能源结构，为整个人类 社会甚至自然环境带来更加积极地变化，实现社会的可持续发展。 1太阳能光伏电站的工作方式 光伏发电是通过各种元器件的相互作用而形成的能量转化系统。其中太阳能 光伏发电主要的工作元件就是太阳能电池板，通过接收辐射到地球表面的太阳光，经过太阳能电池板半导体界面的光生伏特效应进而把太阳能转化为电能。通常情 况下，只要可以接收到太阳的光辐射就可以源源不断地产生电压和电流。此外， 相对于一些传统的发电方式，光伏电站不需要机械传动部件，可以直接实现太阳 能到电能的转换，并且太阳能电池更加便于安装和运输，为光伏电站的建立提供 了很强的灵活性。只要光伏电站的施工符合科学标准，也可以延长蓄电池和晶体 硅太阳能的使用寿命，为整个光伏电站的长久稳定提供了必要条件。 1.1太阳能光伏发电站基本组成部分 光伏电站的发电系统一般是由几个部分元器件组成的，其中主要包括： ①太阳能电池方阵：太阳能电池是光伏发电系统基本构成单位，通过收集太 阳光辐射在太阳能电池的两端分别产生异号电荷，从而产生电动势，获得电压， 实现了太阳能到电能的转化。通过太阳能电池的群组方阵可以产生足够量的电能，进而传递到蓄电池部分储存电能，以供发电站完成日常工作。 ②蓄电池组：蓄电池组存在的目的在于储存太阳能电池产生的电能，通常情 况下，蓄电池组要在光伏发电站需要的情况下随时供给电能。 ③太阳能控制设备：作为光伏电站发电系统的核心控制枢纽，需要对蓄电池 接收太阳能电池组的充电以及蓄电池对于逆变器的供电进行实时监控。 ④逆变器：主要是将太阳能电池转化的直流电再次转变为人们生产生活可用 的交流电。 1.2当前太阳能光伏发电不同的供电方式 随着太阳能光伏发电系统的进步，现今阶段大致可以将其分为独立光伏系统 和并网光伏系统。 通常情况下，对于独立光伏系统来说，应用在不能进行并网光伏发电的区域
中国光伏发电的现状和展望
中国光伏发电的现状和展望 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。图三给出了我国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。
太阳能发电系统毕业设计
太阳能发电系统设计 1引言 从“蒸汽机”到“电动机”的一系列动力技术发明，人们逐渐认识到，能 源技术的革新带动人类社会日益进步，对社会发展起着巨大的推动作用。但至今所采用的化石燃料能源带给人类文明与进步的同时，却因能源需求消耗的大幅提高以及随之而来的环境污染，形成了巨大的能源缺口，同时给环境造成巨大灾难。目前，油气资源的供不应求已成为我国经济发展的瓶颈，电力供应不容乐观，天然气用量迅速增长…… 最新的资料表明太阳光的充分利用，是最清洁，环保，取之不尽的可再生能源。 太阳能的利用 我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于2.431012tce，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。 目前，太阳能利用主要有两个途径，即光热和光伏。光伏是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电在太阳能利用上是主流，前景好。 太阳能原理 太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，这就是半导体的光敏特性。 在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P(N)型硅对外部来 说是电中性的。若将P(N)型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出 变化。但内部通过光的能量，电子从化学键中被释放，由此产生电子－空 穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴 “复合”。 1 / 20
当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里 会形 成一个特殊的薄 层，界面的 P 型一侧 带负电，N 型一侧带正电 。这是由于 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，出现了浓度差。N 区的电 子会扩 散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，一旦扩散就形成了一 个由 N 指向 P 的 “内 电场”， 从而阻止扩散 进行。达到 平衡后，就形 成了这样一 个特殊的 薄层形成电势差，这就是 P －N 结。 至 今为 止，大多 数太阳能 电池厂家都是 通过扩散工艺， 在 P 型硅片 上形成 N 型区 ，在两个 区交界就 形成了一个 P －N 结（即 N+ ／P ）。太 阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P －N 结） 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的 光子能够在 P 型硅和 N 型硅中将电子从共价键中激发，以 致产生 电子－空 穴对。界面层附近的电子和空穴在复合 晶片受光过程中，空穴(电子)往 P(N)区移 之 前，将 通过空 间电荷 的电 场作用 被 相互分离。电子 向带正 电的 N 区 和空 穴向带负电的 P 区运动。通过界 面层 晶片受光后，空穴(电子)从 P(N)区正(负)电极流出 产生 一个向外 的可测试的电 压。通过光 照在界面层 产生的电 子－ 空穴对越 多， 电流越大 。界面层吸收 的光能越多 ，界面层即 电池面积 越大，在太 阳 能电池中形成的 电流也 越大。 此即为光生伏特效应。 光伏系统 光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设 备将太阳能转换成电能的系统。一般分为独立系 统、并网系统和混合系统。 白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一 定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输 入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电 能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入 电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电， 2 / 20 的电荷分离，将在 P 区和 N 区之间
太阳能光伏发电的现状与前景
太阳能光伏发电的现状与前景.txt心脏是一座有两间卧室的房子，一间住着痛苦，一间住着快乐。人不能笑得太响，否则会吵醒隔壁的痛苦。本文由haitaohuahua贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 太阳能光伏发电研究现状与发展前景探讨 可再生能源,包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等,是取之不尽、用之不竭、清洁环保、免费使用的能源,也是世界上最终可依赖的初级 [1] 能源。太阳能是一种清洁的可再生能源。太阳能开发利用的巨大潜力推动着太阳能光伏发电技术不断向前发展。 1893 年,法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应” , 即“光伏效应”。1930 年,朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”,使太阳能变成电能。1954 年,恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶太阳能电池。同年,韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成了第 1 块薄膜太阳能电池。随着世界经济的不断发展,全球能源短缺、环境污染等问题日益严重,可再生能源的应用受到了各国的普遍关注。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分,得到了众多国家政府的大力扶持。20 世纪 70 年代以来,美国、德国、日本等国政府陆续出台相关政策,加大太阳能光伏发电产业的发展力度,使得世界光伏发电产业高速发展。 1997—2007 年,太阳能电池的产量由 125.8MW(该功率为峰值功率,下同)增加到 4 000. 05MW,年平均增长率高达 41.3%。根据欧盟联合研究中心的预测,到 2030 年太阳能光伏发电在世界总电力供应中将达到 10%以上, 到 2040 年这一比例将达到 20%以上,在不远的未来将成为世界能源供应的主体。 [2] 1 太阳能光伏产业的发展现状 在技术进步和相关鼓励政策的双重推动下,太阳能光伏产业自 20 世纪 90 年代后期进入了快速发展时期。截止 2007 年底,世界累计生产了 12. 64GW 太阳能 [3] 电池,由此推断,光伏发电的实际总装机应该接近 12GW 。欧洲光伏市场是世界最大的光伏市场,而且在持续增长。其中,德国光伏市场份额全球最大, 2006 年占 51. 0%, 2007 年占 46. 99%。亚洲光伏市场近几年有所萎缩(主要由于亚洲拥有最大光伏市场的日本结束了光伏补贴政策,导致市场发展滞后),我国光伏市场份额更小。2006 年、2007 年亚洲太阳能电池产量约占世界电池产量的 65%。由此可见,亚洲是太阳能电池的主要生产和输出地区。亚洲的太阳电池生产主要集中在中国大陆、中国台湾和日本。2007 年中国大陆太阳能电池产量达到 1 088MW,占全世界太阳能电池产量的 27. 2%。从产量看,我国已经成为太阳能电池的第一生产国。 2 太阳能光伏发电的原理 光伏发电的基本原理如图 l 所示。半导体材料组成的 PN 结两侧因多数载流子(N 区中的电子和 P 区中的空穴)向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区 w, 建立自建电场 Ei。它对两边多数载流子是势垒,阻挡其继续向对方扩散,但它对两边的少数载流子(N 区中的空穴和 P 区中的电子)却有牵引作用,能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时,少数载流子极少,难以构成电流和输出电能。但是, 当太阳光照射到 PN 结时,如图 l(a)、(b)所示,以光子的形式与组成 PN 结的原子价电子碰撞,产生大量处于非平衡状态的电子-空穴对,其中的光生非平衡少数载流子在内建电场Ei 的作用下,将 P 区中的非平衡电子驱向 N 区,N 区中的非平衡空穴驱向 P 区,从而使得N 区有过剩的电子,P 区有过剩的空穴。这样在 PN 结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场 Eph。光生电场除一部分抵消内建电场外,还使 P 型层带正电,N 型层带负电,在 N 区和 P 区之间的薄层产生光生电动势。当接通外部电路时,就会产生电流,输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起构成光伏阵列,就会在太阳能作用下输出足够 [4] 大的电能。 3 太阳能光伏发电的几个关键问题
太阳能发电原理及应用论文
太阳能发电原理及应用 指导老师： 关键词：半导体，蓄电池，光伏充电控制器 摘要：本文介绍了由本人所构想的一种新型干电池，由目前比较成熟的太阳能发电系统所得到灵感经过一定的理论分析和创造所发明的一种新型干电池。主要由太阳能半导体，蓄电池，光伏充电控制器构成。太阳能半导体产生“光生电流”，“光生电流”储存在蓄电池内，需要时通过电路释放出来，而光伏充电控制器则连接在半导体与蓄电池之间可以控制太阳能电池的输出电压, 可以保护电池不被过充, 同时, 也晚上太阳能电池不发电时, 防止蓄电池的电倒流。 正文 引言 我国是电池生产和消费大国，去年电池的产量和消费高达140亿只，占世界总量的1/3。平均每人每年3.5枚。但我国目前的废旧电池的回收情况却令人非常担忧。据有关部门统计，北京市每年消耗2亿只电池，共计6000吨，1999年回收了60吨，回收率仅为1％，2005年的回收率也只有5％，回收量实在是微乎其微。上海市每年小号电池约4.5亿节，但每年回收量约50吨，不足每年耗量的1％，最近，来自上海市环保部门的一份报告显示，含铅最多的铅蓄电池回收率也比较低，150万只报废电瓶四处抛散。所以我就想到了太阳能干电池，太阳能干电池所耗太阳能无限可再生和零排放能源，对当地环境没有影响，可重复使用对于偏于地区手电筒照明，个类儿童玩具，各类家用遥控器。 一方案设计 发电原理：硅原子的外层电子壳层中有4个电子。在太阳辐照时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。电子带负电；空穴带正电。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称n型半导体。 p-n结内建电场：
太阳能发电系统的结构和工作原理
太阳能发电系统的结构和工作原理 在理解太阳能发电原理之前，如果您对太阳能还有所疑问的话，建议您先看一下什么是太阳能。 所谓太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材 料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。 1、太阳能发电原理 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。 1.1 太阳能电源系统 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 (1) 电池单元： 由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的 电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。 若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。 理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。(2) 电能储存单元： 太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十 分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。 1.2 控制器 控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常 采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。 1.3 DC-AC逆变器 逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电 。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 2、太阳能发电系统的效率 在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及 负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围
太阳能发电技术论文
太阳能发电技术论文 摘要：太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用（光伏发电）是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。 关键词：太阳能能源光伏发电技术 正文： 很荣幸能在这学期选修《太阳能发电技术》这门课程，这门课，我以前从没接触过，甚至根本不知道这是一门什么样的课，只是日常生活中对太阳能发电技术有些许的了解。带着对太阳能发电技术的好奇，在这学期的公共选修课里，我选择了这门课程。虽然只有短短的四周的学习时间，但感觉非常充实，对太阳能发电技术有了比较系统的了解，同时贾老师深入浅出的讲解以及对太阳能发电技术独到的见解和大量的视频教学也给我留下了深刻的印象。 能源是现代社会存在和发展的基石。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。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。 我国的太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。 就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 太阳能发电光伏技术即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备需要时使用。 太阳能光伏发电系统原理：
我国太阳能光伏发电发展现状
我国太阳能光伏发电发展 现状 Ting Bao was revised on January 6, 20021
百千瓦级的大型光伏发电系统的商业化安装等。德国的累计装机容量首次超过日本。如果考虑离网应用，2005年全球光伏装机总量达到了540万千瓦，比2004年增加万千瓦。 图11-6 1990～2005年世界太阳能光伏总量 资料来源：21世纪可再生能源政策网（） 三、我国太阳能投资现状 2005年以来，新能源概念受到众多热捧。12月中旬，无锡尚德太阳能电力有限公司更是开创了内地民营企业直接登陆纽约证券交易所的先河。就太阳能领域而言，具有其概念的天威保变、新疆特变等上市公司2005年以来股价一路上升。很多企业正在投资光电项目。根据海外研究机构的数据，全球光伏电池行业去年收入增长率为38%，2006年预计为35%。2006~2010年，光伏电池行业收入的复合增长率约为20~25%/年。目前光伏电池销售火爆，订单饱满，主要光伏电池厂商的销售收入增长迅速，成长性好。在大中华区光伏电池主要厂商中，目前，天威英利的产能是50MW电池片/年，茂迪是80MW电池片，尚德是120MW。2006年，英利产能维持不变，茂迪增至120~140MW，尚德可达240MW。 四、太阳能投资风险 国内新能源规模小，并且价格高，光伏发电才7万千瓦，占整个电量的%，显得微不足道。太阳能发电成本大约是生物质发电(沼气发电)的7～12倍，风能发电的6～10倍，更是传统煤电方式的11～18倍，如此昂贵的价格让太阳能光伏产业在中国的发展举步维艰。中国的光伏市场严重落后于光伏产业。所以2007年之后，我国光伏产业面临市场减小的巨大挑战，企业对此要有充分认识。2006年，硅料价格的上涨仍是光伏投资的风险之一。如果全球主要的硅料厂没有加大投资力度的计划，多晶硅原材料难以在2008年之前达到供需平衡。
太阳能发电技术
太阳能发电技术 现代节能技术 太阳能发电技术 专业班级自动化0802 姓名林龙飞学 0120811360229 号 太阳能(Solar Energy)，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。 众所周知，在全球能源日渐枯竭的21世纪，作为一种清洁无污染并且可再生的太阳能必将成为新的主要能源之一。我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，它具有诸多其他能源无法取代的优点。因此，能否充分利用我国太阳能资源丰富这一巨大优势。充分成熟的掌握太阳能发电及其相关技术无疑具有重大的意义，甚至将决定着21世纪的世界经济走向。 随着经济社会的不断发展和人们生活水平的日益提高，能源的需求量越来越大。目前占主导地位的是化石能源，但由于其使用过程中可产生大量污染且具有不可再生性(因而人们一直在探寻新的清洁能源及可再生能源。其中最引人注目。开展研究工作最多，应用最广的就是太阳能。 目前，太阳能的利用有许多途径，直接的如太阳能热发电、光伏发电、太阳能热水器、太阳能电池等;间接的可以包括风力发电、水力发电、生物能等。特别是近年来，太阳能以其独具的储量“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性，
使许多发达国家都把太阳能等可再生能源从原来的补充能源上升到战略替代能源的地位。在我国，随着建设资源节约、环境友好型社会目标的提出，太阳能等可再生能源利用步伐明显加快，尤其是开发利用太阳能、风能已经成为我国能源战略的重要内容。 太阳能转化为电能有2种主要途径:一种是通过光电装置将太阳光直接转化为电能(即“太阳光发电”，常称为“光伏发电”;另一种是收集太阳辐射能转化为电能。即“太阳热发电”。 下面就太阳能的三种发电形式作简要阐述: 1)、太阳能光伏发电 光伏发电是利用半导体界面的光发生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。 发电系统构成部分及工作原理: 太阳辐射的光子带有能量。当光子照射半导体材料时(光能便转换为电能，这个现象叫“光伏效应”。太阳能光伏发电，是利用光伏效应的原理将照射到太阳能电池上的太阳光转换为电能。发出的直流电采用蓄电池组储存(使用时经逆变器转化为交流电送给用户或电网。太阳能电池是光伏发电的核心部件，能够将光能直接转化为电能，发电时常将太阳能电池组件按一定方式排列成方阵，提高太阳能利用效率。目前应用较广的太阳能电池有单晶硅、多晶硅和非晶硅3种。 光伏发电是利用半导体界面的光发生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统主要包括太阳能电池组件(阵列)、蓄电池、控制器、逆变器以及负载(如照明负荷)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，负载即系统的用户终端。 光伏发电的主要原理可表述为:
国内外光伏发电发展现状及前景
研究光伏发电发展现状及前景 摘要 2000年以来，全球光伏产业连续6年以30%~~60%以上的速度增长，2002年全球光伏电池产量为560MW/a，到2003年已高达750MW/a,增长了34%。2004年开始，德国对可再生能源法进行了修订，新的补贴法案促成了德国光伏市场随后的爆发，随之而来的是发达国家间新一轮的政策热潮和全球光伏市场的更高速膨胀。随着全球经济化和世界人口的发展要求更多的能源来满足经济和人口发展的需要。但石油、煤炭等不可再生能源储量的不断减少，新能源还在探索阶段，同时对太阳能电池板生产工艺和太阳能组件的加工流程进行描述，并对未来我国太阳能发电进行了展望。 关键词：能源危机，光伏发电，单晶硅，太阳能电池板 英文题目
The current situation and the future photovoltaic power generation Every revolution in the world are closely related with energy. As the global economic and the world population development requires more energy to meet the needs of the development of economy and population. But oil, coal and other non-renewable energy reserves, new energy is dwindling in exploration stage, plus fossil energy exploitation improper, will cause the energy crisis. This paper summarizes the current status quo, the global energy for power and solar power, and in recent years the ease of solar photovoltaic power generation of state strongly support, showed the importance of photovoltaic power generation with good prospect, introduces in detail the monocrystalline silicon solar energy cell production process and production process, discusses the nanometric simultaneously on the solar panels production process and solar energy components processing flow description, and the future was prospected in solar power. KEY WORDS:The energy crisis, photovoltaic energy, monocrystalline silicon, solar panels 目录 一、国内能源危机……………………………………………… 二、光伏发电对能源的缓解……………………………………. 三、国内太阳能的发展……………………………………….. 四、世界光伏发电的高速发展主要表现………………………
太阳能发电技术论文太阳能发电原理论文
太阳能发电技术论文太阳能发电原理论文 利用太阳能的热电偶正向串联发电技术研究 [摘要] 根据热电偶传感器的测温原理逆向思维,与光电传感器串联制成光伏阵列类似,将热电偶串联产生的热电势转换为电能。测量端利用太阳能加热,参考端靠水冷却,初步研究热电势与热电偶材料 的直径、长度、补偿导线之间的关系,由此制造出的绿色发电机无污染,成本低,其结果论证了本方法的实用性与可行性。 [关键词] E型热电偶热电势补偿导线绿色发电机 一、引言 目前,能源告急,如何用绿色能源生产电能对我国可持续发展具 有很重要的现实意义,太阳能电池利用光电传感器中产生的电动势, 将其串并联得到太阳能电池阵列发电,类似地,我们利用热电偶传感 器中产生的热电动势,并将热电偶串联得到发电组件,其测量端采用 太阳能集中加热,参考端自然冷却,将来做成一种新型绿色发电机,成本有望比太阳能电池更低。本论文从此观点出发利用试验对太阳能热偶发电技术进行初步研究,通过对试验数据结果分析总结出一些规律,这对我们进一步研究新能源开发与利用十分有利。 二、热电偶的测温原理与串联 1.热电偶的测温原理 热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体A和B连成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电动势,又称
塞贝克效应。本论文中逆向思维,不是用于测温而是利用产生的热电动势发电,具有创新性。 2.热电偶的串联 热电偶的基本定律有中间导体定律、参考电极定律、中间温度定律。在试验前,我们根据中间温度定律、参考分度表可以对产生的热电动势进行估算。根据中间导体定律可知,加设补偿导线既不会降低热电动势,又可以节约成本,这对于实际生产具有十分重要的意义。 热电偶可串联使用,如下图2所示。但只能是同一分度号的热电偶,且参考端应在同一温度下。当热电偶正向串联,可获得较高的热电动势,其总热电动势的输出等于各热电动势输出之和,如式3,这正符合我们利用热电偶串联达到发电的目的。 三、试验过程 1.试验器材的选用 目前,我国工业上采用的4种标准化热电偶有4种分别是:镍铬-考铜(E型)、镍铬-镍铝(K型)、铂铑30-铂铑6(B型)、铂铑10-铂(S 型)。其特性曲线如图3所示,由图可知,我们选用E型最合理,这种热电偶在同等的温度差条件下产生的热电动势最大。 本次试验所选用主要材料及仪器清单如下表1所示: 2.试验数据
光伏发电系统概述
光伏发电系统概述 根据不同的应用场合，太阳能光伏发电系统一般分为并网发电系统、离网发电系统、并离网储能系统、并网储能系统和多种能源混合微网系统等五种。1、并网发电系统 光伏并网系统由组件，并网逆变器，光伏电表，负载，双向电表，并网柜和电网组成，太阳能电池板发出的直流电，经逆变器转换成交流电送入电网。目前主要有大型地面电站、中型工商业电站，小型家用电站三种形式。 由于并网光伏发电系统不需要使用蓄电池，节省了成本。国家发布的并网新政策已经明确表示，家庭光伏电站免费入网，分布式发电光伏发电，一度电国家补贴0.42元，自己用电不花钱，多余的电还可以卖给电力公司。从投资的长远角度，按家庭光伏电站25年的使用寿命计算，6-10年左右可以回收成本，剩下的十几年就是纯收益。 图1并网发电系统示意图 分布式光伏并网系统，负载优先使用太阳能，当负载用不完后，多余的电送入电网，当光伏电量不足时，电网和光伏可以同时给负载供电，并网逆变器依赖于电网，当电网断电时，逆变器就会启动孤岛保护功能，逆变器停止运行，太阳能不能发电，负载也不能工作。 2、离网发电系统 离网型光伏发电系统，不依赖电网而独立运行，广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能控制器，逆变器、蓄电池组、负载等构成。光伏方阵在有光照的情
况下将太阳能转换为电能，通过太阳能控制逆变一体机给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。 这种系统由于必须配备蓄电池，且占据了发电系统30－50%的成本。而且铅酸蓄电池的使用寿命一般都在3－5年，过后又得更换，这更是增加了使用成本。而经济性来说，很难得到大范围的推广使用，因此不适合用电方便的地方使用。 图2 离网发电系统示意图 对于无电网地区或经常停电地区家庭来说，离网系统具有很强的实用性。特别是单纯为了解决停电时的照明问题，可以采用直流节能灯，非常实用。因此，离网发电系统是专门针对无电网地区或经常停电地区场所使用的。 3、并离网储能系统 并离网型光伏发电系统广泛应用于经常停电，或者光伏自发自用不能余量上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多等应用场所。 图3 并离网发电系统示意图