光伏技术的应用论文

序言

太阳能光伏技术是利用半导体材料的光电效应将太阳能直接转化为电能的一种技术形式，是太阳能利用的一种重要形式。光伏发电技术近年来发展很快，成本持续下降。据EPIA、Greenpeace和德意志银行的预测，到2015年左右，光伏发电就可以做到每度电15美分，达到“平价上网”，即与常规发电成本相一致。届时，光伏发电的市场将会迅速增长

太阳光伏发电优势明显，具体表现为以下几点：体积小、重量轻，单位重量比功率为50-1000W/kg；寿命长：20-50年（工作25年，效率下降20%）；零排放：无燃料消耗，无噪声，无污染；发电不用水（高倍聚光电池也如此），可在荒漠地区建设；运行可靠，无机械转动部件，使用安全，免维护，无人值守；太阳能资源永不枯竭（至少50亿年），各地区差异不大，可实现分布式电站；生产资料丰富，硅材料储量丰富，为地壳上除氧之外的丰度排列第二，达到26%之多；不单独占地：可以安装到建筑上；规模大小皆宜，可为10W-100GW，可以“搭积木”式建设和安装；安装容易，建设周期短，安装成本低；能量回收期短，只有0.8-3.0年，能量增值效应明显，达8-30倍；规律性强，可预测，调峰效果明显，调度比风力发电容易；降价潜力大。

因此，太阳光伏发电具有最广阔的发展前景，是各国最着力发展的可再生能源技术之一。欧洲联合研究中心（JRC）对光伏发电的未来发展作出如下预测：2020年世界太阳能发电的发电量占世界总能源需求的1%，2050年占到20%，2100年则将超过50%。

最近国外的研究报告指出，几年内我国将成为温室气体量排放最多的国家。世界银行估计，2020年我国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到GDP总量的13%。为此，我国政府积极努力，承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。根据我国可再生能源中长期发展规划给出的数据，看出我国未来的能源和电力来源将是太阳能。

我国太阳电池的研究开发始于1958年，1971年就成功地将自主研发的太阳电池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。自1981年开始，太阳电池及其应用开始列入国家的科技攻关计划，通过“六五”（1981-1985年）到“十一五”（2006-2010年）六个五年计划，在太阳电池器件和应用技术方面取得了可喜的成绩；2000年以后国家科技部又启动了国家“863”计划和“973”计划，分别对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持。

第一章户用太阳能电源

太阳能户用电源系统主要是指办公楼、住宅等配合建筑安装的，为住户自身供电的小型光伏发电系统，一般由光伏电池板、蓄电池、充放电变换器和控制器构成。白天，发电系统对蓄电池进行充电；晚间，发电系统对蓄电池所储存的电能进行逆变放电，实现对住户负载的供电。太阳能户用电源由太阳能电池组、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。

1.1太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

一、太阳能电池发电原理

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P －N结。

图1-1太阳能电池原理图

当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

二、晶体硅太阳能电池的制作过程

“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了

晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。

生产过程大致可分为五个步骤：

a、提纯过程

b、拉棒过程

c、切片过程

d、制电池过程

e、封装过程。

三、太阳能电池的应用

上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙组件得应用越来越多，随着上海和北京的几个项目进入实质性运转，这种方式将会代替普通玻璃幕墙，它具有反射光强度小、保温性能好等特点！

“请来小半屋顶的太阳光，就能把家里的电视机、电冰箱、微波炉……都带动起来！”中国首套专为家庭设计的太阳能光伏发电系统，已在上海莘庄某小区成功运行了100天，产生了令人惊奇的功效。

这套装置的主人上海电力学院赵春江博士是一位太阳能专家。去年12月中旬，他在自己位于莘庄某小区一幢小高层顶层的三层复式建筑的屋面上安装了一套总面积22平方米的硅晶光伏电池板阵。100天来，这套系统为赵家“造”出了797度电。一旦进入夏秋季节，这些光电板的工作热情会更高，每天将能发出10来度电。女主人颇为自豪地说，“这套设备预计全年可产电3000度，足够全家电器的用电所需。”

赵春江简要介绍了这套家用发电系统的优点。对国家，它可节省发3000度电所消耗的标准煤1140公斤，减少二氧化碳排放3.6吨。对个人，它的直接好处是“用电自主”，而且还无需任何日常维护。

他表示，如果下述两个重要问题能够及时解决，那么这套具有许多优点的家用太阳能发电系统就能在上海，甚至在全国全面推广。首先，是必须抓紧制订标准和施工程序，让大家有章可循。更重要的是，有关部门应当拿出一个向居民适价采购“太阳电”的具体方案，以帮助安装家用太阳能发电系统的家庭降低投资成本。