光伏发电系统及其MPPT的浅析
光伏发电系统及其MPPT的浅析
摘要：以太阳能光伏发电系统为研究对象，整体介绍了太阳能光伏发电系统的类型及其构成，讨论了光伏系统的最大功率点跟踪（MPPT）技术的意义。以最大限度利用太阳能为主要目标，介绍了太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法，并讨论了各个方法的优缺点。
关键词：太阳能；光伏发电系统；MPPT；控制方法
Abstract:Focusing on the photovoltaic (PV) generation systems, overall introduced the types and the structures of the PV generation systems, and discussed the value of maximum power point tracking (MPPT) technology. In order to maximize the use of solar energy, introduced the methods of controlling the MPPT for PV generation system, and then discussed the advantages and disadvantages for each of them.
Key words: solar energy; PV generation system; MPPT; methods of control
0 引言
在世界各国竞相发展绿色可再生能源的今天，太阳能作为一种新兴的可再生能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域限制等优点，受到了一致青睐，正得到迅速的推广应用。在太阳能的各种应用中，光伏应用倍受关注。随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。
太阳能发电是将太阳光能直接转化成电能的发电方式，包括光伏发电、光化学发电、光感应发电等。光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射能量转化为电能的直接发电方式，光伏发电系统是由光伏阵列、控制器和电能存储和变换环节构成的发电与电能变换系统。光伏电池阵列产生的电能经过电缆、控制器、储能等环节予以存储和转换，转换为负载所能使用的电能。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,使其不能以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。这些控制方法包括光伏自动跟踪控制和最大功率点跟踪控制。最大功率点跟踪(MPPT)控制方法是光伏发电系统中提高系统效率的重要手段。
本文讨论了光伏发电系统的构成以及提出了光伏系统的最大功率点跟踪技术的意义，并介绍了最大功率点跟踪的方法和原理及常见MPPT控制方法。
1 太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电系统在偏远农村电气化、荒漠、军事、通信及野外检测等领域得到广泛应用，并且随着技术的发展，其应用领域还在不断地延伸和发展。根
据不同场合的需要，太阳能光伏发电系统一般分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合光伏发电系统。
1.1 独立光伏发电系统
独立光伏发电系统是指不与电网相连的光伏发电系统。独立供电的光伏发电系统主要用于电网覆盖不到的边远山区或者是太阳光照不足，不能满足与电网互通需要的地区，主要用于满足单个用户的一天工作，生活用电，必须带有储能环节，满足黑夜或者光照不足的阴雨天的用电需要，这种供电方式设备复杂，蓄电池受环境和使用方法的影响，寿命一般不长，而且当有多余的电能或者是电能不足的情况下就会产生浪费或者影响工作和生活。
独立运行光伏发电系统组成与负载有关，直流负载和交流负载都包含光伏阵列、蓄电池组、控制电路。独立光伏系统的负载如果是直流负载不含逆变回路，可直接与蓄电池相连，对蓄电池的输出电压进行升（降）压后提供给负载。这类系统结构简单，成本低廉。由于负载直流电压的不同，很难实现系统的标准化和兼容性，特别是生活用电，负载主要为交流，而且直流系统也很难实现并网运行。因此，交流光伏逆变电源正在逐渐取代直流光伏电源。交流光伏逆变电源系统与直流光伏电源系统的主要差别是在负载和蓄电池之间加入了逆变器，逆变器承担了将直流电压转化为交流电压的功能。图1.1为典型的独立光伏系统的结构图。光伏阵列安装在户外接受太阳能，通过充电控制器给蓄电池充电，逆变电路将直流电转化为负载所需要的三相或单相交流电。
图1.1 独立光伏发电系统结构图
1.2 并网光伏发电系统
光伏并网发电是太阳能发电的发展方向，把太阳能发电系统与电网联系起来，这样当电能多余的时候，可以把多余的电能输送到电网；当电能不足时可以
从电网获得电能补偿，满足工作和生活的需要，另外，并网发电系统不需要储能环节，这就大大节省了设备成本和维修率。
并网光伏发电系统如图1.2所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用，这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义；此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。
图1.2 并网光伏发电系统结构图
1.3 混合光伏发电系统
图1.3为混合型光伏发电系统，它区别于以上两个系统之处是增加了一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统[1]。
图1.3 混合型光伏发电系统结构图
2 光伏发电系统最大功率点跟踪（MPPT）控制
光伏发电存在的问题是光伏阵列的输出特性受外界环境影响大，电池表面温度和日照强度的变化都可以导致输出特性发生较大的变化。并且，由于目前光伏阵列的成本高、转换效率低，价格昂贵，初期投入较大。并且其输出功率易受日照强度、环境温度等因素的影响，为了提高光伏发电系统的效率，充分利用光伏阵列所产生的能量是光伏发电系统的基本要求，在现在的光伏发电系统中，通常要求光伏阵列的输出功率始终保持最大，即系统要能实时地跟踪光伏阵列的最大功率点。因此，要解决此问题可在光伏阵列与负载间加入最大功率点跟踪装置，使光伏阵列始终能够输出其最大功率，以提高太阳能的利用率。
2.1光伏系统最大功率点跟踪的原理
光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受日照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的日照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点(maximum power point, MPP)。因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪（maximum power point tracking, MPPT）[2]。
为便于说明，现将光伏阵列的输出特性绘制如图2.1所示。假定图中曲线1和曲线2为两个不同日照强度下光伏阵列的输出特性曲线，A点和B点分别为相应的最大功率输出点；并假定某一时刻，系统运行在A点。当日照强度发生变化，即光伏阵列的输出特性由曲线1上升为曲线2。此时如果保持负载1不变，
系统将运行在A ′点，这样就偏离了相应日照强度下的最大功率点。为了继续跟踪最大功率点，应当将系统的负载特性由负载1变化至负载2，以保证系统运行在新的最大功率点B 。同样，如果日照强度变化使得光伏阵列的输出特性由曲线2减至曲线1，则相应的工作点由B 点变化到B ′点，应当相应的减小负载2至负载1以保证系统在日照强度减小的情况下仍然运行在最大功率点A 。
2.2 几种常用MPPT 技术及比较
目前，光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)控制技术，在国内外均有一定程度的研究，也有很多控制方法，常用的有恒电压跟踪方法(CVT)、干扰观察法(Perturbation And Observation, P&O)、增量电导法(Incremental Conductance)等[3]。下面将对这几种主要的MPPT 控制方法的特点加以介绍。
2.2.1恒电压跟踪
恒电压跟踪方法从严格的意义上来说并不是一种真正意义上的最大功率跟踪方式，它属于一种曲线拟合方式[4]，其工作原理如图2.2所示。忽略温度效应时，光伏阵列在不同日照强度下的最大功率输出点a ′、b ′、c ′、d ′和e ′总是近似在某一个恒定的电压值m U 附近。假如曲线L 为负载特性曲线，a 、b 、c 、d 和e 为相应关照强度下直接匹配时的工作点。显然，如果采用直接匹配，其阵列的输出功率比较小。为了弥补阻抗失配带来的功率损失，可以采用恒定电压跟踪（CVT ）方法，在光伏阵列和负载之间通过一定的阻抗变换，使得系统实现稳压器的功能，使阵列的工作点始终稳定在m U 附近。
这样不但简化了整个控制系统，
U
图2.1 MPPT 方法示意图
还可以保证它的输出功率接近最大输出功率。采用恒定电压跟踪（CVT ）控制与直接匹配的功率差值在图中可以视为曲线L 与曲线m U U 之间的面积。因而在一定的条件下，恒定电压跟踪（CVT ）方法不但可以得到比直接匹配更高的功率输出，还可以用来简化和近似最大功率点跟踪（MPPT ）控制。
CVT 方式具有控制简单，可靠性高，稳定性好，易于实现等优点，比一般光伏系统可望多获得20%的电能，较之不带CVT 的直接耦合要有利得多。但是这种跟踪方式忽略了温度对光伏阵列开路电压的影响，对于四季温差或日温差比较大的地区，CVT 方式并不能在所有的温度环境下完全地跟踪到光伏阵列的最大功率点。
采用CVT 以实现MPPT 控制，由于其良好的可靠性和稳定性，目前在光伏系统中仍被较多使用，但随着光伏系统数字信号处理技术的应用，该方法正在逐步被新方法所替代。
2.2.2干扰观察法
干扰观察法目前经常被采用的MPPT 方法之一。其原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏阵列输出电压，并观测之后其输出功率变化方向，来决定下一步的控制信号。这种控制算法一般采用功率反馈方式，通过两个传感器对光伏阵列输出电压及电流分别进行采样，并计算获得其输出功率。该方法虽然算法简单，且易于硬件实现，但是响应速度较慢，只适用于那些日照强度变化比较缓慢的场合：稳态情况下，这种算法会导致光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近小幅
U m
U
I
图2.2 忽略温度效应时的光伏阵列输出特性与负载匹配曲线
振荡，因此会造成一定的功率损失；而日照发生快速变化时，跟踪算法可能会失效，判断得到错误的跟踪方向。
下面对经典的干扰观察算法简述如下：光伏系统控制器在每个控制周期用较小的步长改变光伏阵列的输出，改变的步长是一定的，方向可以增加也可以减小，控制对象可以是光伏阵列输出电压或电流，这一过程称为“干扰”；然后比较干扰周期前后光伏阵列的输出功率，若0>?P ，说明参考电压调整的方向正确，可以继续按原来的方向“干扰”；若0
干扰观测法具有如下优点：模块化控制回路、跟踪方法简单、实现容易、对传感器精度要求不高。同时存在以下缺点：在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，导致一定功率损失；跟踪步长的设定无法兼顾跟踪精度和响应速度；在特定情况下会出现判断错误情况。
2.2.3增量电导法
增量电导法则是根据光伏阵列U P -曲线为一条一阶连续可导的单峰曲线的特点，利用一阶导数求极值的方法，即对UI P =求全导数，可得
U d I I d U dP += (2.1)
两边同时除以dU ，可得
dU UdI I dU dP //+= (2.2)
令0/=dU dP ，可得
U I dU dI //-= (2.3)
式2.3即为达到光伏阵列最大功率点所需满足的条件。这种方法是通过比较输出电导的变化量和瞬时电导值的大小来决定参考电压变化的方向，下面就几种情况加以分析：
(1)假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的左侧时，此时有0/>dU dP ,即U I dU dI //->，说明参考电压应向着增大的方向变化。
(2)同理，假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的右侧时，此时有，0/ (3)假设当前光伏阵列的工作点位于最大功率点处(附近)，此时将有，0/=dU dP ，参考电压将保持不变，也即光伏阵列工作在最大功率点上。 理论上这种方法比干扰观察法好，因为它在下一时刻的变化方向完全取决于 在该时刻的电导的变化率和瞬时负电导值的大小关系，而与前一时刻的工作点电压以及功率的大小无关，因而能够适应日照强度地快速变化，其控制精度较高，但是由于其中dI和dU的量值很小，这样就要求传感器的精度要求很高，实现起来相对比较困难。 2.2.4模糊逻辑控制 由于日照强度的不确定性、光伏阵列温度的变化、负载情况的变化以及光伏阵列输出特性的非线性特征，要实现光伏阵列最大功率点的准确跟踪需要考率的因素是很多的。针对这样的非线性系统，使用模糊逻辑控制（Fuzzy logic control）方法进行控制，可以获得比较理想的效果。 在光伏发电系统中使用模糊逻辑方法实现MPPT控制，可以通过DSP比较方便的执行，其中控制器的设计主要包括以下几方面内容： (1)确定模糊控制器的输入变量和输出变量； (2)归纳和总结模糊控制器的控制规则； (3)确定模糊化和反模糊化的方法； (4)选择论域并确定有关参数。 使用模糊逻辑方法进行光伏系统的MPPT控制，具有较好的动态特性和精度，在光伏并网发电领域具有较为广阔的应用前景，但是基于模糊逻辑控制方法的光伏发电系统的MPPT控制器通常通过DSP芯片实现，由于成本较高的原因，并不适用于小型的独立光伏发电系统。 2.2.5其他MPPT方法 除了上述几种常用的MPPT方法，还有其他多种方法可以实现光伏阵列的最大功率点跟踪，包括滞环比较法、神经元网络控制法、最优梯度法等，它们实现MPPT控制的基本原理都是类似的，但具体实现方法各有差别[5]。 3 结束语 本文主要介绍了光伏发电系统的类型，并提出了MPPT技术在独立光伏发电系统中的意义，同时简单描述了几种MPPT控制方法，分析了各个方法的优缺点，希望能在对光伏发电系统整体了解方面上发挥一定的作用。 参考文献 [1] 王岩. 光伏发电系统MPPT控制方法的研究[D]. 河北：华北电力大学，2007 [2] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛等. 太阳能光伏发电及其应用[M]. 北京：科学出版社，2005，1~8 [3] Koutroulis, E.Kalaitzakis, K.V oulgaris. Development of a microcontroller-based photovoltaic maximum power point tracking control system. Power Electronics, IEEE Transactions vol.16, Jan.2001: 46~54 [4] 王厦楠. 独立光伏发电系统及其MPPT的研究[D]. 江苏：南京航空航天大学，2008 [5] Nicola Femia, Giovanni Petrone, Giovanni Spagnuoloe, tal. Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method. IEEE Trans. on Power Electronics.2005, 20(4:): 963～973. 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）。 光伏发电基本知识 太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指 置。 应用范围 理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。目前多晶硅电池效率在16至17%左右，单晶硅电池的效率约18至20%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。到2009年，中国并网发电还未开始全面推广，不过，2008年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。 发展前景 据预测，太阳能光伏发电在21 到203030%以上，而太阳能 10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的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将占到80%以上， 太阳能发电将占到60% [2]在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。 光伏发电系统 系统分类 1、独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站 伏发电系统。2、并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共 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。 光伏电站设计方案实例公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08] 甘肃某建筑屋顶光伏发电系统初步 设计方案 一、项目背景 1、项目意义 （略） 2、项目建设地基本信息： 、建设地：甘肃某地 、当地地理纬度： 36°左右， 、年平均太阳能辐射资源：㎡·day 、当地气温：最高气温：38°C，最低气温：-20°C 、光伏电站建设布局及占地面积 屋顶面积：58x35=2030平方米， 朝向：正南 设计阵列朝向：正南 三、项目规模 预计最大装机容量：2030m2x130W/m2=264kW 四、方案设计 1、逆变器初选:根据初步预算容量选 用5台50千瓦串接式逆变器。 MPPT范围：350-800V 最大输入电压：1000V 2、组件选择：选用300Wp光伏组件。 3、支架倾角设计：鉴于该建筑朝向东南45度，为了综合考虑朝向非正南对发电的影响，设计光伏支架倾角为30°。 支架结构设计（略） 支架基础设计（略） 4、平面设计及阵列排布 （1）采用光伏组件横向排布，上下2层支架设计，18块一串，阵列总长18米。每个阵列有18x2=36块组件封2串组成，合计10800Wp。 （2）计算阵列占地投影宽度米，遮阴间距米，取值米。错误：上面说，横向排布，上下2层支架设计，18块一串，阵列总长18米。L阵列斜长应为4米。投影宽度米，遮阴间距米. （3）设计布局8排,共计24个阵列，总设计安装容量 （如果设计布局7排,共计21个阵列，总设计安装容量，前后空间比较大） 5、总平面布置图： 6、电路设计（略） 五、投资预算： 1、静态投资： 序号项目单价(元)合计（万元）1电站单晶硅光伏组件Wp 25台50kVA逆变器等并网配件Wp25 3C型钢支架Wp13屋面混凝土基础Wp 4电缆Wp 接入系统Wp 5其他配件Wp 6安装劳务费等W 7其他Wp 8盈利、税、25% 光伏发电基础知识 一、光伏发电的概念 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 二、光伏发电的原理 光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P－N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。 光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。 多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P－N结。然后采用丝 网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外 50%。 光伏发电原理图 独立光伏发电系统设计 目录 1引言 (1) 2 独立光伏发电系统工作原理 (1) 3 独立光伏发电系统的设计 (2) 3.1 系统容量的设计 (2) 3.2 太阳能电池组件及方阵的设计 (3) 3.2.1 光伏组件方阵设计需要考虑的问题 (3) 3.2.2 太阳能电池组件（方阵）的方位角与倾斜角 (4) 3.2.3 一般设计方法 (4) 3.3 直流接线箱的选型 (5) 3.4 光伏控制器的选型 (7) 3.6 光伏逆变器的选型 (8) 结论 (9) 独立光伏发电系统设计 摘要 太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术，发展太阳能光伏发电系统也具有很高的可行性，首先能缓解我国目前的能源问题以及日益严重的环境问题，还能解决边远地区居民用电难，成本高的问题。本论文将从小型独立系统的发电原理，系统设计原理，及其本身具有的优势结合其受众群体的所需考虑的各方面因素来设计适合家庭使用的小型系统。通过理论与实际市场调查相结合的方法设计适合全国各地人民使用的优惠且实用的系统。 关键词：小型；独立光伏发电；系统；优惠实用 1引言 当下，许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。近年来，国家财政对太阳能产业的补贴力度逐年增强。独立光伏发电系统是指未与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统，其输出功率提供给本地负载(交流负载或直流负载)的发电系统。其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，也可为通信中继站、气象站和边防哨所等特殊处所提供电源。 2 独立光伏发电系统工作原理 通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。其主要结构由太阳能电池组件（或方阵）、蓄电池（组）、光伏控制器、逆变器（在有需要输出交流电的情况下使用）以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。 太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化成电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池组充电。直流或交流负载通过开关与控制器连接。控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池达到一定的放电深度时，控制器将自动切断负载，当蓄电池达到过充电状态时，控制器将自动切断充电电路。有的控制器能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。在交流光伏发电系统中，DC-AC逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能满足交流负载需要的交流电。 光伏电站设计经验及案例图片与大家分享（转） 在一个论坛上看到这处帖子，感觉很好，收藏与大家分享 以前是一直在设计院做电气设计，我所在设计院是工业院，主要方向是电子、半导体、集成电路等工厂项目，03年就开始做太阳能光伏工厂项目，算是国内光伏行业工厂设计的鼻祖吧。得益于国内光伏行业红红火火的发展势头，国内叫得上名字的光伏工厂基本都是我们的客户。08年金融危机的影响使电池组件外销受阻，大量电池组件厂开始国内自建或合作建光伏电站，以消耗电池产能。由此我所在设计院又开始跟一些光伏工厂合作向光伏系统集成延伸，即进入光伏发电系统设计等。这期间项目以屋顶光伏项目居多。09年底、10年初开始跟某发电集团合作，毕竟是五大发电集团之一，项目基本不愁，都是系统内的。项目规模10MW、5MW都有。我是10年初从设计院派到这个刚成立的合作团队中，至今差不多正好一年。回想这一年还是蛮辛苦的，经常奔波于江苏与北京西北几省。由于都是总包项目，不光是设计那点事，前期资料收集、参加项目各审批会议、各种方案经济比较、并网问题跟各地电网公司的协调、项目设备订货文件编写、后期工地服务、项目验收等等。加上团队人员也少，没有设计院的那样单一只管设计的可能。由于是总包，也不可能像设计院那样把许多细节推给施工单位的可能。 当然这些辛苦还算所值，也学了很多东西。 可能没接触过光伏发电的人觉得这很高深，充满神秘。其实也就那么点事。基础理论还是那些东西。主要包括光伏阵列布置——间距、倾角、日照分析等太阳能辐射相关计算，太阳能辐射计算这个也是成熟理论，找本相关书籍即可。然后是汇流、逆变、升压、并网。逆变技术，我想大部分人大学都学过“电力电子技术”课程，再找出来重温一下。再找些逆变厂家样本看看基本都明白了。升压不用多说，搞电的不陌生了，可看成是配电系统反过来。并网，这个对大多数做35KV以下的供配电设计的人来说比较陌生。这是电力设计院的势力范围，一般非电力设计院是接触不到的。其实这部分内容也很固定，找套电力院图纸仔细研究就明白了，如包括：变电站与中调地调的光纤通信、线路光纤纵差保护、电力调度与数据网、电能质量监测、公用测控、电能采集、远动等。一般说来这部分内容都是委托当地电网公司指定电力院设计的，你只要明白就行。 由于一些原因，我现在不做光伏发电了，给大家发电项目照片看看，有些是我去参观的项目、有些是我自己做的项目。欢迎交流... 光伏电站比较占地方，如10MW的装机容量占地约三四百亩，所以大型地面光伏电站大都选址荒滩戈壁。中国西北地区光照资源好，又多荒滩戈壁，是光伏太阳能建设的合适厂址。 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 光伏发电工程 项 目 方 案 设 计 书 目录 一、概述 (4) 1.1项目概况 (4) 1.2编制依据 (4) 二、建设地址资源简述 (4) 2.1日照资源 (4) 2.2接入系统条件 (6) 三、总体方案设计 (6) 3.1光伏工艺部分 (6) 3.2太阳电池组件选型 (7) 3.3光伏阵列设计 (12) 3.4系统效率分析 (15) 四、电气部分 (16) 4.1概述 (16) 4.2系统方案设计选型 (16) 4.3电气主接线 (20) 4.4主要设备选型 (20) 4.5防雷及接地 (30) 4.6电气设备布置 (31) 4.7电缆敷设及电缆防火 (31) 五、工程案例 ........................................................................... 错误!未定义书签。 六、系统配置以及报价.............................................................. 错误!未定义书签。 一、概述 1.1 项目概况 1)建设规模：光伏系统用来供给小区道路亮化用电及楼宇亮化用电。该系统设计使用最大负荷50KVA，为保证系统在连续阴雨天或其它太阳辐射不足情况下正常使用，系统接入市电作为辅助能源，提高系统的稳定性能。为减少系统因直流端电流过大造成的线路损耗，系统采用220V直流接入逆变输出三相380V/220V交流。针对固定式安装电池板，采用最佳倾角进行安装，地区最佳角度为46度（朝向正南），控制柜、逆变器及蓄电池储能系统均须安放于在室。 1.2 编制依据 本初步设计说明书主要根据下列文件和资料进行编制的： 1)GB50054《低压配电设计规》； 2)GB50057《建筑物防雷设计规》； 3)GB31／T316—2004《城市环境照明规》； 4)GBJl33—90《民用建筑照明设计标准》； 5)JGG／T16—921《民用建筑电气设计规》； 6)GBJ１6—87《建筑设计防火规》； 7)《中华人民国可再生能源法》； 8)国家发展改革委《可再生能源发电有关管理规定》； 二、建设地址资源简述 2.1日照资源 我国属世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射总量在917～2333kWh/㎡年之间。全国总面积2/3 以上地区年日照时数大于2000 小时。 甘肃某建筑屋顶光伏发电系统初步 设计方案 一、项目背景 1、项目意义 （略） 2、项目建设地基本信息： 2.1、建设地：甘肃某地 2.2、当地地理纬度： 36°左右， 2.3、年平均太阳能辐射资源：5.5KWh/㎡·day 2.4、当地气温：最高气温：38°C，最低气温：-20°C 2.5、光伏电站建设布局及占地面积 屋顶面积：58x35=2030平方米， 朝向：正南 设计阵列朝向：正南 三、项目规模 预计最大装机容量：2030m2x130W/m2=264kW 四、方案设计 1、逆变器初选:根据初步预算容量 选用5台50千瓦串接式逆变器。 MPPT范围：350-800V 最大输入电压：1000V 2、组件选择：选用300Wp光伏组件。 3、支架倾角设计：鉴于该建筑朝向东南45度，为了综合考虑朝向非正南对发电的影响，设计光伏支架倾角为30°。 3.1支架结构设计（略） 3.2支架基础设计（略） 4、平面设计及阵列排布 （1）采用光伏组件横向排布，上下2层支架设计，18块一串，阵列总长18米。每个阵列有18x2=36块组件封2串组成，合计10800Wp。 （2）计算阵列占地投影宽度1.75米，遮阴间距2.34米，取值2.45米。错误：上面说，横向排布，上下2层支架设计，18块一串，阵列总长18米。L阵列斜长应为4米。投影宽度3.46米，遮阴间距4.91米. （3）设计布局8排,共计24个阵列，总设计安装容量259.2kWp （如果设计布局7排,共计21个阵列，总设计安装容量226.8kWp，前后空间比较大） 5、总平面布置图： 6、电路设计（略） 五、投资预算： 1、静态投资： 序号项目单价(元) 合计（万元） 1 259.2kWp电站单晶硅光伏组件 3.20/Wp 82.94 2 5台50kVA逆变器等并网配件 1.00/Wp 25 3 C型钢支架0.5/Wp 13 屋面混凝土基础0.1/Wp 2.59 4 电缆0.2/Wp 5.18 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 某学校 512K分布式光伏发电系统设计方案2013年10月10日 项目编号：XXX 目录 1工程概述 (3) 1.1工程名称 (3) 1.2 地理简介 (3) 1.3 气象资料 (3) 2太阳能并网发电系统介绍 (4) 2.1 太阳能并网发电系统工作原理 (4) 2.2 主要组成设备介绍 (4) 3方案设计 (5) 3.1 设计依据 (5) 3.2 设计原则 (5) 3.3 系统选型设计 (6) 3.4 主要设备的选型说明 (6) 3.4.1电池组件 (6) 3.4.2 组件结构图 (7) 3.4.3 并网逆变器 (8) 3.4.4 并网逆变器规格 (9) 4发电量估算 (10) 5系统的社会效益 (10) 5.1社会效益(25年) (10) 6设备材料清单及造价一览表（此报价含税不含物流费用） (11) 7工程业绩表及典型工程 (11) 8合利欧斯优势 (16) 8.1 与保利协鑫（GCL）的合作 (16) 8.2 与河北**的的合作 (17) 1工程概述 1.1工程名称 河南**外国语学校512kW户用分布式光伏发电项目。 1.2 地理简介 郑州位于东经112°42'-114°13' ，北纬34°16'-34°58'，东西宽166公里，南北长75公里，总面积约为7446.2平方公里，其中市区面积约1010．3平方公里，山地面积约2377平方公里，水面面积约11.4平方公里。郑州市属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨。郑州市冬季最长，夏季次之，春季较短。统计资料表明郑州市的平原和丘陵地区春季开始的时间大致在3月27日，终止于5月20日，历时55天；夏季开始于5月21日，终止于9月7日，历时110天；秋季开始于9月8日，终止于11月9日，历时63天；11月10日至次年的3月26日为冬季，长达137天。处于西部浅山丘陵区的荥阳、巩义、新密和登封四市，年平均气温在14～14.3℃之间。郑州年平均降雨量640.9毫米，无霜期220天，全年日照时间约2400小时。 1.3 气象资料 气象资料以NASA数据库中郑州气象数据为参考。 表1 气象资料表 离网光伏发电供电系统设计案例 1系统原理图 1.1系统实物连接图(图一) 图一 1.2系统连接框图（图二） 图二 1.3系统安装方式 该系统用于医院，故太阳能电池板设计成地面电站安装形式（放于医院大楼屋顶），太阳能电池板固定支架之间采用螺丝固定的方式连接；支架底座考虑到风速及屋顶防水措施保护，采用一次性浇筑好的水泥压块（如图三所示）；太阳能电池板之间接头采用MC4公母插头，方便拆卸。 图三 2、系统主要部件设计 2.1太阳能电池板 2.1.1太阳能电池板选型 光伏组件选用多晶硅组件，型号为250Wp的多晶硅组件，每块内部封装156*156多晶电池片60片，该组件拥有高转换效率，确保卓越品质；该组件能够承受高风压、雪压以及极端温度条件；能够达到12年90%和25年80%的输出功率，5年工艺材料的质保。 2.1.2 表六 2.1.3太阳能电池板实物图（如图四所示） 图四 2.2光伏汇流箱 2.2.1光伏汇流箱的选型 对于光伏发电系统，为了减少光伏组件与光伏控制器或者逆变器之间的连接线，方便维护，提供可靠性，一般需要在光伏组件与光伏控制器或者逆变器 之间增加直流汇流装置，故系统中需要增加光伏防雷汇流箱。又根据太阳能电池板的并联数为10并，我们正常把每并电流预设为10A，考虑到控制器是两路输入每路电流50A，故选用两台5进1出的汇流箱。 2.2.2功能特点 满足室内、室外安装要求 最大可接入16路光伏串列，单路最大电流20A 宽直流电压输入，光伏阵列最高输入电压可达1000VDC 光伏专用熔断器 光伏专用高压防雷器，正负极都具有防雷功能 可实现多台机器并联运行 维护简易、快捷 远程监控（选配） 一、什么是光伏发电系统? 光伏发电系统是利用太阳能组件和配套电气设备将太阳能转换成所需要电能的发电系统。 当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收，使电子发生了跃迁，成为自由电子，该自由电子在PN结两侧聚集形成电位差，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功率输出。该过程的实质是光子能量转换成电能的过程。 二、光伏发电系统的分类 分布式光伏发电系统主要分为并网光伏发电系统和离网光伏发电系统。并网发电系统又分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。 三、集中式光伏电站系统介绍 集中式光伏发电系统规模较大，安装集中，整体升压输送到电网。建设地点主要是荒山荒坡、滩涂、戈壁、鱼塘等地。 集中式光伏发电系统主要由光伏组件、直流汇流箱、并网逆变器、交流配电柜、光伏支架、监控系统、电缆等部分组成。 系统主要组成部件：光伏组件 太阳电池组件—实用型功率系统的基本单元，是光伏系统的主要组成部分。 为使太阳电池在工程中应用，对硅电池片进行电气连接及结构集成和封装成“太阳电池组件”（简称“组件”）。 主要分为：单晶组件、多晶组件、薄膜组件。 系统主要部件：光伏逆变器 将直流电转换成交流电，是光伏系统的最主要电气设备。 主要分为并网逆变器、离网逆变器、组合型逆变器。并网逆变器又包括：微型逆变器、组串型逆变器、集中型逆变器。 系统主要部件：配电设备 直流设备：主要用于对光伏组件串直流电缆进行汇流，再与并网逆变器或直流配电柜连接。 交流设备：将若干个光伏逆变器并联接入交流配电柜，在交流配电柜内汇流后输出。 功能：主要保护光伏系统运行安全以及将线缆整合，避免线路交叉。 系统主要部件：支架系统 1. 引言 日常生活和社会生产都离不开能源。人们通过直接或间接利用某些自然资源得到能，因而，把具有某种形式能量资源以及由它加工或转换得到的产品统称为能源。前者叫自然能源或一次能源，如矿物燃料、植物燃料、太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和潮汐能等，后者通常又把可再生的自然资源称为新能源，其围包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。矿物燃料（煤、石油、天然气等）又称为常规能源。 值得注意，几乎所有的自然资源，从广义的角度看都来自太阳能。由大气、陆地、海洋、生物等所接受的太阳能都是各种自然资源的源泉。矿物燃料是古生物长期沉积在地下形成的，它的形成源自远古的太阳能。[9]水的蒸发和凝结，风、雨、冰、雪等自然现象的动力也是靠太阳，因而水能、风能归根到底都来自太阳能。生物质能是通过光合、光化作用转化太阳辐射能取得的。由于太阳和月球对地球水的吸水作用产生潮汐能。 世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳能辐射能通量为1.7ⅹ1014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间；47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间；约23%是水蒸发、凝结的动力，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接受的太阳能总量为1ⅹ1018kW·h。这相当于5ⅹ1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳的能量是如此巨大，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”，但是太阳辐射能的通量密度较低，大气层外为1353W/m2.太通过大气层时会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响，因而，太阳能对地球又呈现间歇性质，时高时低，时有时无。太阳能须加有储热装置，这些都使太阳能利用系统的初期投资变得昂贵。综上所述，太阳能利用具有以下明显的特点：（1）总能量很大，但太阳能通量密度较低； （2）是可再生的能源，但又具有间歇性； （3）无污染的清洁能源； （4）太阳能本身是免费的，有效利用它的初期投资较高； （5）太阳能热利用较容易实现热能能级的合理匹配，从而做到热尽使用。 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……………………… 太阳能光伏发电必须掌握的基础知识 1、太阳能光伏系统的组成和原理 太阳能光伏系统由以下三部分组成： 太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。 太阳能光伏系统具有以下的特点： -没有转动部件，不产生噪音； -没有空气污染、不排放废水； -没有燃烧过程，不需要燃料； -xx简单，维护费用低； -运行可靠性、稳定性好； -作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；根据需要很容易扩大发电规模。 光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类： 独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3～2W的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站，如3.75kWp家用型屋顶发电设备、敦煌10MW项目。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结 构和工作原理基本相同。图4-1是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件： 光伏组件方阵： 由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。 蓄电池： 将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池，对于较高要求的系统，通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。 控制器： 它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。 逆变器： 在太阳能光伏供电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。 太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。光伏系统的应用具有多种形式，但是其基本原理大同小异。对 分布式光伏发电系统 设 计 方 案 编制人： 审核人： 批准人： 20 年月 目录 1 工程概述 (3) 1.1 工程名称 (3) 1.2 地理简介 (3) 1.3 气象资料 (3) 2 太阳能并网发电系统介绍 (4) 2.1 太阳能并网发电系统工作原理 (4) 2.2 主要组成设备介绍 (4) 3 方案设计 (5) 3.1 设计依据 (5) 3.2 设计原则 (5) 3.3 系统选型设计 (6) 3.4 主要设备的选型说明 (6) 4 发电量估算 (11) 5 系统的经济和社会效益 (11) 5.1 经济效益 (11) 6 设备材料清单 (12) 7 工程业绩表及典型工程照片 (12) 8 英利介绍............................................................................................... 错误!未定义书签。 9 附图1 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 1 工程概述 1.1 工程名称 河北省分布式光伏发电项目。 1.2 地理简介 项目地点位于河北省保定市，保定市地处太行山东麓，冀中平原西部。北纬38°10′-40°00′，东经113°40′-116°20′之间。北邻北京市和张家口市，东接廊坊市和沧州市，南与石家庄市和衡水市相连，西部与山西省接壤。保定年平均气温12℃，年降水量550毫米，属于温带季风性气候。这里四季分明，冬季寒冷有雪，夏季炎热干燥，春季多风沙，来此旅游一般以夏秋季为宜。 1.3 气象资料 气象资料以NASA数据库中保定市气象数据为参考。 表1 气象资料表(完整版)@国内外光伏发电发展现状及前景
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