光伏效应论文一千字

太阳能光伏发电是当前利用新能源的主要方式之一，光伏并网发电是光伏发电的发展趋势。光伏并网发电的主要问题是提高系统中太阳能电池阵列的工作效率和整个系统的工作稳定性，实现并网发电系统输出的交流正弦电流与电网电压同频同相[1-2]。最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)是太阳能光伏发电系统中的重要技术，它能充分提高光伏阵列的整体效率。在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池的输出功率也会变化，但始终存在一个最大功率点。当工作环境变化时，特别是日光照度和结温变化时，太阳能电池的输出特性也随之变化，且太阳能电池输出特性的变化非常复杂。目前太阳能光伏发电系统转换效率较低且价格昂贵，因此，使用最大功率点跟踪技术提高太阳能电池的利用效率，充分利用太阳能电池的转换能量，应是光伏系统研究的一个重要方向。

关键词：光伏并网发电系统应用现状 光伏并网逆变器技术特点 最大功率点 1 引 言

随着人类社会的发展，能源的消耗量正在不断增加，世界上的化石能源总有一天将达到极限。同时，由于大量燃烧矿物能源，全球的生态环境日益恶化，对人类的生存和发展构成了很大的威胁。在这样的背景下，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视，各国

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政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展[1]。而在我国，光伏系统的应用还刚刚起步，市场状况尚不明朗。针对这方面的空白，本文着重于今后发展前景广阔的光伏并网系统，通过对国内外市场和技术的调研，分析了目前光伏市场发展的瓶颈并预测了未来光伏发电的发展前景。相信作为当今发展最迅速的高新技术之一，太阳能光伏发电技术，特别是光伏并网发电技术将为今后的电力工业以及能源结构带来新的变化。

2 光伏并网系统应用现状 2.1 全球应用现状

目前，全球的光伏市场正处于稳定增长阶段。据solarbuzz llc.年度pv工业报告显示，2007年世界光伏市场比2006年增长了62%，2007年一年的安装量为2826mwp。其中德国2007年的安装量为

1328mwp，占当年世界光伏市场总量的47%，连续三年居世界首位；西班牙安装了640mwp，为世界第二；日本安装了230mwp，世界第三；美国市场增加了57%，达到220mwp，世界第四。表1和图1给出了2006年和2007年世界不同国家和地区的光伏市场份额[2]。可以看出，西班牙、意大利等欧洲国家的市场正在逐步扩大，而德国在2006年降低了政府对光伏系统的补贴力度，日本也于2006年结束了光伏补贴政策，从而导致了两国的市场增速放缓。中国市场也略有增加，但对于全球光伏市场来说影响甚微。

表1 2007年世界不同国家和地区的光伏市场及份额

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图1 2006、2007年世界主要国家和地区光伏市场份额

在国际市场中，光伏系统的应用形式主要分为离网系统和并网系统两大类，图2显示了1992年至2006年iea-pvps项目①成员国光伏系统的累计安装量。可以看到，并网系统已经毫无争议的占据了市场的主导地位，达到了90%以上，成为该领域的发展潮流。 j ka

图2 iea-pvps项目成员国光伏系统累计安装量

并网系统又分为分布式和集中式两种。分布式主要应用在城市屋顶并网、光伏建筑一体化和光伏声屏障系统等方面。这种系统占地少、安装灵活、投资门槛低。与离网系统相比，因为有电网电压支撑，可以不考虑负载特性而最大化的提供功率，且省去了蓄电池降低了系统成本。在德国、日本、美国等提供上网电价补贴的发达国家，普通居民均可投资建设并获取利润。而集中式则主要指大型光伏并网电站，因为需要大量土地，一般建于大漠中，作为大电源直接向高压电网送电。由于成本较高，一般由政府出资建设。

由于欧美、日本等发达国家均实施了相应的措施鼓励居民投资屋顶光伏系统。如德国实施了《上网电价法》，政府购电的价格达到德国火电价格的十倍左右；美国则是通过抵税政策来支持企业和个人投资光伏并网系统。因此，分布式并网系统的市场份额要远远大于集中式并网系统。在iea-pvps项目成员国中就达到了14:1。 2.2 国内应用现状

近年来，我国太阳能光伏产业发展十分迅速，光伏电池年产量已位居

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世界第一，且年增长率达到100%～300%[2][6]。而与之相对，我国的光伏市场发展相对迟缓，甚至可以说严重落后于光伏产业的发展。图3显示了自1995年以来我国光伏市场的发展情况。可以看出，我国光伏市场的发展相当缓慢，2002～2003年国家启动“送电到乡”工程，导致安装量有所突增，2004、2005年回落到年安装量约5mwp的水平[2][7]。2006年以后，由于国家大型并网工程的促进又有所回升。以2007年为例，我国当年光伏电池产量达到1088mwp，但国内只安装了20mwp，其余几乎全部用于出口。可见，我国真正的太阳能光伏市场还远没有形成。

图3 1995年～ 2007年我国光伏系统的年装机和累计装机容量变化 截止到2007年底，我国国内光伏系统的累计安装量只有100mwp，与全球近12gwp的装机容量相比所占份额非常小。其具体分配比例如图4所示，可以看到，这些装机大部分均用于农村电气化，以解决无电地区人民的生活用电问题，而并网系统仅占到了6%[2]。 图4 截至2007年底我国光伏发电市场分配

对于我国已建成的几十个光伏并网发电系统，其安装功率从几千瓦到一兆瓦不等，其中大部分都是政府推动的示范项目。由于我国电网技术等原因，这些已建成的示范项目大部分处于试验性并网状态，大多数都安装了防逆流装置，不允许光伏电力通过电力变压器向高压电网（10kv）反送电，而只允许在低压侧（380/220v）自发自用。 总体来说，随着时间的推移，所建设并网系统的容量也在逐渐增大，目前有8座兆瓦级光伏电站正在建设之中，预计2009年底可以完工。

另外，为了体现北京奥运会绿色奥运的精神，北京在国家体育中心、丰台垒球中心等奥运场馆均使用了100kwp左右的光伏并网系统，用来降低建筑物能耗。这些示范工程在促进光伏并网技术发展、降低co2排放等方面起到了很好的推动作用。但就其经济性来讲，由于当前组件价格较贵，所以还是很不划算的。以首都博物馆新馆安装的300kwp并网太阳能系统为例，总造价约2000万元人民币。而北京每天的标准日照时间为4～5个小时，如果以事业型部门电价0.6683元/度计算，一年最多节约电费：53000.6683365≈36.59万元。回收成本共需要：200036.59≈54.7年。而电池板的寿命一般只有20～30年，这显然是不划算的。又如深圳国际园林花卉博览园1mwp并网项目，总投资6600万人民币，而20年运营期内节约的电费只有1360万元[8]。因此，今后较长的时间内光伏并网发电仍需要政府政策的扶持才能发展。

3 光伏并网逆变器技术特点 3.1 主电路结构

光伏并网发电系统根据光伏电池模块组合方式，可分为如05所示的四种主要方式：中心集中式（图5a）、组串式（图5b）、模块集成式（图5c）和多组串式（图5d）[9]-[14]。 图5 光伏系统与组件的组合方式

中心集中式是将多个光伏模块进行串并联的排列组合然后接入到一个逆变器上。这种结构可以直接向光伏逆变器输入高电压和大电流，提高了转换效率。而且装置比较简单、成本低，适用于大型的高功率

总体设计思路：拟屋顶建设低压配电用户侧并网光伏发电项目所发电量接入内供电网络光伏发电自发自用实现光伏新能源电力示范应用保障光伏装机容量及发电量光伏电池板采用固定倾角支架式安装朝向南太阳能电池组件阵列尽量避免建筑物阵列间遮挡并预留维护通道

根据客户初步提供用电32度根据佳角度进行太阳能电池组件铺设计算初步铺设太阳能电池组件205W（1580x808x50mm）16块总装机容量3.28kwp初步设计需要安装面积59.189平米

设计光伏组件安装倾角面设计32度安装式,32度倾角实现单位装机容量全发电量尽量利用屋顶效使用面积获较屋顶发电效率

预计发电量：北京市光伏发电示范项目预计平均发电量按32度倾角设计11.066KWh

电网接入案：屋面光伏组件经定数量串联升压通直流防雷汇流装置别接至1台并网逆变器并网逆变器光伏所发直流电逆变与区域内电网同频率同相位交流电经交流配电柜(含防 雷保护、发电量计量等)接入配电间光伏发电路（原配电柜增加光伏路）两相220V低压配电网通交流配电线路给负荷供电实现光伏发电并入商场内部电网北京市光伏发电示范项目工程设计概算包括光伏组件、光伏支架（含基础钢架）、逆变设备、直流配电、交流配电、电缆、工程施工等

二、光伏发电原理简介及特点

（）太阳能利用概况

太阳能各种再能源重要基本能源物质能、风能、海洋能、水能等都自太阳能广义说太阳能包含各种再能源太阳能作再能源种则指太阳能直接转化利用通转换装置太阳辐射能转换热能利用属于太阳能热利用技术再利用热能进行发电称太阳能热发电属于技术领域；通转换装置太阳辐射能转换电能利用属于太阳能光发电技术原理图：

（二）光伏发电原理

太阳能光发电技术通转换装置太阳辐射能转换电能利用技术光电转换装置通利用半导体器件光伏效应原理进行光电转换称太阳能光伏技术光伏特效应简称光伏效应指光照使均匀半导体或半导体与金属组合同部位间产电位差现象

（三）光伏系统发电特点

- 没转部件产噪音；

- 没空气污染、排放废水；

- 没燃烧程需要燃料；

- 维修保养简单维护费用低；

- 运行靠性、稳定性；

- 根据需要容易扩发电规模

这个请参考：新能源影响的研究表明太阳能发电非常理想 一项根据能源使用的影响为未来能源排序的研究发现生物燃料是最糟糕的选项。 根据这项分析，使用乙醇导致了最多的气候破坏、空气污染、陆地和野生生物的破坏，以及化学废物。该研究称这是“首次对已经提出的全球变暖、空气污染和能源保障的大规模解决方案的全面比较性评估”，它考虑了利用11种不同的能源为3种新技术汽车提供能量的影响。这些汽车使用电池、氢燃料电池或者乙醇燃料。 它权衡了它们对于全球变暖、空气和水污染以及热污染(例如电厂把冷却液中的热传递给水)。它还考虑了它们对于水资源供应、陆地使用、野生生物和资源可用性的影响。研究还考虑了对能源保障、核扩散、死亡率以及营养不良的间接影响。 该研究发现为电池汽车提供能量的风力发电的表现最佳。这一组合在7个问题上都表现最好，“包括最重要的问题——降低死亡率和气候破坏，”该研究的作者、美国斯坦福大学的大气/能量项目的负责人Mark Jacobson说。风电为燃料电池汽车提供能量的组合稍逊于前者。 居于第二层次的是利用太阳光伏发电或聚光太阳能发电(把大片太阳光聚集成高能量的光束)以及地热、潮汐和波浪发电的电力的电池汽车。第三层次包括利用氢能源、核能、使用碳捕获和贮存技术的煤电厂提供电力的电池汽车。 两个液体燃料选项——玉米-E85和纤维素-E85乙醇——排在最后。 但是约旦原子能委员会的燃料循环委员Ned Xoubi说：“发展中国家急需能源。能获得的可持续的、廉价的、清洁的能源的最佳选择是核能。”“它是全世界最有竞争力的能源之一，比风电成本更低，需要的土地更少。” 埃及开罗的国立研究中心的生物技术专家Magdi Tawfik Abdelhamid说：“没有科学理由把生物燃料放在最糟糕的能源选项的清单上。发展中国家利用海藻生产生物燃料可以被认为是一种廉价、对环境友好的能源，它不会危及粮食安全。” 该研究发表在上月(12月1日)出版的《能源和环境科学》杂志上。中国太阳能发电遭遇现实困惑 开发利用太阳能发电，使之成为能源体系中重要的替代能源可以说是人类能源战略上的终极理想，而现实中，要实现太阳能发电市场化的利用，让阳光的照射成为现实可用的能源，却是另一个令人困惑的话题。 “未来的供电将从集中电源发展为分散又相互联系的电力系统，就像现在的互联网。每家都利用太阳能独立发电，同时又通过线路与大型电网相连。当太阳能出现短缺的时候，可以通过电网获得补充当自家电能过剩时还可以向电网传送电力。”国家能源局可再生能源司副司长史立山给记者描绘了一幅未来能源使用的理想画面。“那时，火电等常规能源将充当替补角色，人类面临的化石能源枯竭和环保问题将得到解决。这是未来能源系统发展的方向。” 对抗30亿吨年耗煤量的终极希望 在国家发展与改革委员会大院里，有这样一个有趣的现象：院内的路灯都是太阳能照明，这样的路灯清洁、宁静，没有污染。像这样的路灯，在发改委院内共有100千瓦。 “中国要解决自身发展的能源和环境矛盾问题，太阳能是一个非常好的替代能源，它不仅是中国的未来能源，也是世界的未来能源。”中科院电工研究所研究员马胜红说：“目前，中国年消耗煤已经达到25亿吨，而我们必须把年耗煤量控制在30亿吨以内，以减少对环境的破坏。目前，国家在大力开发风能、水电等能源，按照科学测算，如果把风能和水电全部的潜能开发出来，依然难以满足未来能源需要。因此，太阳能以其洁净持久性具有不可比拟的优势。” 史立山说，目前中国的太阳能发电利用主要在三个方面：一是建设太阳能光伏发电，解决边远地区的人口用电，2002年至2003年通过政府投资50亿元建设太阳能发电，解决了1000个乡近200万人口用电问题；二是在城市中结合大型建筑建设一批分散并网的小型太阳能发电厂；三是利用西部比较丰富的沙漠、戈壁资源，建设一批太阳能发电站。 “伸手可得的温暖”在成本面前裹足太阳是一个巨大无尽的能源之源，只要伸出手就能触碰到阳光的温暖，太阳能仿佛离我们很近。开发利用太阳能，使之成为能源体系中重要的替代能源可以说是人类能源战略上的终极理想，而现实中，要实现太阳能发电市场化的利用，让阳光的照射成为现实可用的能源，却是另一个令人困惑的话题。 目前，中国光伏发电使用量很少，2007年年底发电装机只有10万千瓦。根据中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会等机构共同发布的《中国光伏发展报告》预计，如能得到稳定的政策支持，到2030年，中国太阳能光伏发电装机容量将达到1亿千瓦，年发电量将达到1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型火电厂，不仅节约大量煤炭、石油等不可再生资源，而且对节能减排，保护环境将起到重要作用。 “太阳能光伏发电发展最大的现实难题是成本，中国目前光伏发电成本是常规能源发电的十倍。”史立山说。 史立山分析说，太阳能发电有一个非常值得研究的能源价格体系，最关键的是硅原料的价格。硅原料的价格占太阳能发电生产总成本的三分之一以上近二分之一，它的成本有很多人为市场的因素在推高。2000年，硅的价格才20美元每公斤，现在已经达到400美元每公斤。硅原料的供不应求造成它的价格10至20倍的上涨。最近世界各国包括中国都在上硅原料的生产工厂。规模效益也会影响成本，如果硅成本能大幅下降，将会带来太阳能发电成本的大幅下降。

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