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1、光伏发电及其应用简介03A石XX利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑，世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民的供电等领域，近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。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。据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，
2、只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。 真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。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。太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，包括硅系太阳电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅电池）和非硅系太阳能电池等。在晶体硅太阳能电池的产业链上分布着晶硅
3、制备、硅片生产、电池制造、组件封装四个环节。光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。光伏发电系统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统：独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要蓄电池来存储能量，在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充。在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995-2005年间，全球太阳能电池产量
4、增长了17倍。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望较2005年的年产量增长6.3倍，整个行业的销售收入有望增长3.5倍。我国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。 一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成 ：（一）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。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储
5、起来，或推动负载工作。一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。（三）蓄电池：其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。 （四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都
6、是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能。 光伏技术基本原理光生伏特效应 ：当光照在半导体材料时，半导体材料的不同部位之间会产生电势差，这种现象称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1887年，德国物理学家赫兹发现，光照射到某些物质上，会引起物质向外发射电子。后来，这光致电变的现象被统称为光电效应。 光电效应包括光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。光照射在物体上，物体内的电子
7、逸出物体表面的现象称为光电子发射，称外光电效应。光照在物体上，物体的电导率发生变化的现象称为光电导效应，物体产生光生电动势的现象称为光生伏特效应，光电导效应和光生伏特效应发生在物体内部，统称为内光电效应。光伏电池是一种可将太阳能直接变换为电能的半导体光电器，可将太阳能按比例地变换成电能。光伏电池的变换效率为输入太阳能与输出电功率之比。太阳能光伏发电的工作原理：当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对。在电池的内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。如在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载
8、就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。把上述太阳能电池将光能转换成电能的工作原理可概括下面三个过程。第一，太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；第二，电性相反的光生载流子被半导体p-n结所产生的静电场分离开；第三，光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。 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。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保护可形成大面积的太阳电池组件，
9、再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电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。不论是独立使用还是并 网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精 炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。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。目前，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。光
10、伏发电的优点：结构简单体积小且轻。 易安装，易运输，建设周期短。容易启动,维护简单,随时使用,保证供应。清洁，安全，无噪声。可靠件高，寿命长。太阳能无处不有，应用范围广。降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。较少受地域限 制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短。开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其
11、总量属现今世界上可以开发的最大能源。根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。光伏发电的缺点：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一
12、地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。太阳能光伏的应用：（一）太阳能路灯系统简单安装：无需电缆，无土木工程，无需
13、布线，简易混凝土基础。无需安装：可设置在任一公共场所。低成本：无电费支出。低维护成本：系统所有部分无维护费用，事实上并无任何维护工作，同时在不同点间低成本转移。安全性：为低压直流电，无任何危险操作；独立于传统的供电方式。（二）风光互补发电系统风光互补发电系统就是采用风力发电机和太阳能电池方阵，组成一个发电系统，将电力并网送入常规电网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。适用于道路照明、农业、牧业、种植、养殖业、旅游业、广告业、服务业、港口、山区、林区、铁路、石油、部队边防哨所
14、、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站及其它用电不便地区。（三）空间太阳能电站1968年美国科学家彼得格拉赛首先提出了建造空间太阳能电站的构想，其基本思路是：将无比巨大的太阳能电池阵放置在地球轨道上，组成太阳能发电站，将取之不尽、用之不竭的太阳能转化成数千兆瓦级的电能，然后将电能转化成微波能，并利用微波或无线技术传输到地球。能量转换装置将电能转换成微波或激光等形式(激光也可以直接通过太阳能转化)，并利用天线向地面发送能束。有资料称，从理论上说，在阳光充足的地球静止轨道上，每平方米太阳能能产生1336瓦热量，如果在地球静止轨道上部署一条宽度为1000米的太阳能电池阵环带，假定其
15、转换效率为100，那么，它在一年中接收到的太阳辐射通量差不多等于目前地球上已知可开采石油储量所包含的能量总和。空间太阳能电站配备了极高效率光伏电池板的人造卫星能够将光能转换成电能。想地面约100平方米的光伏接收设施发送红外激光。缺陷在于：激光难以穿透云层。（四）欧美主要国家太阳能光伏并网发电太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏系统。并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统和集中式并网光伏系统(电站)两大类。前者的特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：后者的特点：是光伏系
16、统发的电直接被输送到电网上，由电网把电力统一分配到各个用电单位。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电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，发展难度相对较大。而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。1（五）月环计划在围绕月球6800英里（约合1.1万公里）长的赤道建一条太阳能发电带，然后将电能转化为微波束和激光束发送回地球，最终再由地面发电站将微波束和激光束重新转换为电能。清水公司将这一计划称为“月环”(Luna Ring)，认为通过这种方式发的电可以满足全世界的用电需要。中国太阳能光伏产业的发展：1.生产大国在国际市场和国内政策的拉动下，中国
