电气工程新技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII评语注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。

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电气工程新技术太阳能光伏发电姓名：丁晗桑班级：建筑电气111 学号：206111009摘要：人类社会进入21世纪后面面临着重大的能源挑战，随着全球经济的发展，能源的需求量不断增加，到21世纪中叶，人类必将面临矿物燃料枯竭的能源危机局面。

全世界普遍认识到需要逐渐改变现有的能源结构，在新能源中，应用最广、最有发展前途的是太阳能发电。

关键词：能源挑战、新能源、太阳能发电Abstract: the human society entering the twenty-first Century back faces the greatenergy challenge, with the development of global economy, energy demandcontinues to increase, to the middle of the twenty-first Century, mankind will facethe exhaustion of fossil fuels energy crisis situation. It is universally recognized the need to gradually change the existing energy structure, the new energy, the most widely used, the most promising solar power.Keywords: energy challenges, new energy, solar power0、引言太阳能发电具有安全可靠，使用寿命长，运行费用少，维护简单，随处可用，不需要长距离输送，没有活动部件、不容易损坏，无噪声，不需要燃料，不污染环境等优点。

我国太阳能资源非常丰富，在我国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源，理论储量达每年17000亿吨标准煤。

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。

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。

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。

1、光伏发电系统的原理太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。

太阳能电池发电的原理简单来说是光生伏打效应。

当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子－空穴对。

在电池内建电场作用下，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”。

若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流出，从而获得功率输出。

这样，阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。

太阳能电池将光能转换成电能的工作原理概括为如下3 个主要过程：①太阳能电池吸收一定数量的光子后，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；②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；③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。

2、太阳能光伏发电的运行方式通过太阳能电池（又称光伏电池）将太阳辐射转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）。

其发电系统可以分为：独立运行和并网运行两种方式。

2.1 太阳能独立运行光伏系统图1为一独立光伏发电系统的结构示意图,光伏发电系统由太阳能电池、阻塞二极管、调节控制器和蓄电池组成（如下图）。

图1 太阳能光伏发电系统独立运行结构示意图2.1.1 太阳能电池方阵太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件,其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接代表了整个光伏发电系统的发电性能,电池板尺寸大小的选择服从太阳能光伏阵列造型由单体太阳能电池封装成满足一定电压和功率的小组合,根据需要可由小组合构成太阳能电池光伏发电系统方阵,太阳能电池方阵工作电压一般为负载工作电压的1.4 倍。

2.1.2 阻塞二极管阻塞二极管, 又称阻塞二极管。

其作用是避免太阳能方阵不发电或出现短路故障时,蓄电池通过太阳能电池放电。

它串联在太阳能电池方阵电路中,起单向导通的作用。

2.1.3 储能蓄电池组太阳能电池方阵只有在光照射工作,有功率输出,到晚上或阴雨天由于没有光线而不能输出功率,平时将太阳能电池方阵有光时发的电能储存起来,供晚上或雨天无光照时应用,所以太阳能光伏发电系统要装备储能蓄电池。

太阳能光伏发电系统中的储能蓄电池具体有两个方面的作用：一是储能;二是确定太阳能光伏发电方阵的工作点和起到一定钳位和稳定作用,不管方阵电压随光照如何变动,输出电压一定被钳位在蓄电池电压上。

应用最广、数量最多的蓄电池是铅酸蓄电池。

2.1.4 调节控制器调节控制器是光伏发电系统的核心部件之一。

其主要功能是防止方阵对蓄电池过充电或防止蓄电池对负载过放电。

太阳能光伏发电系统,电力是并入电网使用,必须设置控制调节转换装置,调节控制器又起到以下的作用:(1)当蓄电池过充或过放时,可以报警或自动切断电路,保护蓄电池。

(2)接需要设置高精度的恒压或恒流装置。

(3)当蓄电池有故障时,可以自动切换接通备用蓄电池,以保证负载正常用电。

(4)当负载发生短路时,可以自动断开。

(5)与交流电网同步以保证并网的可靠性。

2.2 太阳能并网运行光伏系统并网光伏发电系统是与电网相连,并向电网馈送电能的光伏发电系统。

可分为集中式大型联网光伏系统和分散式小型联网光伏系统。

系统主要由太阳能电池方阵、联网逆变器和控制器三大部分组成。

利用蓄电池和太阳能电池构成独立的供电系统来向负载提供电能,当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时,由蓄电池来进行补充,而当其输出的功率超出负载需求时, 将电能储存在蓄电池中; 将太阳能电池控制系统和电网并联,当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时,由电网来进行补充;而当其输出的功率超出负载需求时,将电能输送到电网中。

图2 是一个太阳能光伏并网发电系统示意图, 该系统由太阳能、光伏阵列、双向直流变换器、蓄电池或超级电容和并网逆变器构成（如下所示）。

图2 太阳能光伏发电系统并网发电运行系统示意图2.2.1 太阳能并网运行光伏系统分类根据联网系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电可分为：可逆流和不可逆流联网光伏发电系统。

可逆流系统是在光伏系统产生剩余电力时将该电能送入电网，由于同电网的供电方向相反，故称为逆流；当光伏系统电力不够时，则由电网供电。

不可逆流系统是指不会出现光伏系统向电网输电的情况，当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能时，通过某种手段加以处理或放弃。

根据联网光伏系统是否配置贮能装置，分为有贮能装置和无贮能装置联网光伏发电系统。

配置少量蓄电池的系统，称为有贮能系统。

不配置蓄电池的系统，称为无贮能系统。

有贮能系统主动性较强，当出现电网限电、掉电、停电等情况时仍可正常供电。

2.2.2 逆变器逆变器是将直流电变换成交流电的设备。

由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。

逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。

独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，将发出的电能馈入电网，为独立负载供电。

并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统，将发出的电能馈入电网。

3、太阳能光伏发电在我国的发展历程我国1990年以前光伏电池的生产能力还只有4.5MW/年，2004年达100MW，实际产量为42MW，光伏模块售价现已降为30~40元/W。

受国际市场拉动，特别是德国市场，我国近几年光伏产业发展迅速，出现了一批新兴的光伏产业群体，其中无锡尚德已成跻身世界排名前十的光伏公司。

1995年，25KW离网式光伏电站在我国西藏双湖县建成，地处海拔5100m，是世界上海拔最高的一个光伏电站。

同年在山东一个海岛上建成30KW混合式光伏与风力发电系统，年发电量约56MW。

据报道，在我国边疆、沙漠、草原建设光伏电站的计划早已启动。

此项计划若完成，可在2010年前提供我国西北地区人均100W的电能，满足2300万人口对电的需求。

2004年，我国深圳园林花卉博览园建成1MW并网光伏电站。

2004年全国光伏发电装机容量累计65MW。

预计我国15年内光伏发电装机容量的发展为：从2004年的65MW，到2010年的500MW，再到2020年的1000MW。

4、应用现状及存在问题目前，发达国家以“太阳能屋顶计划”和并网发电为基本形式，积极推广光伏产业。

与发达国家相比，我国的光伏发电产业还处于初级阶段，2008年我国太阳能电池仅占世界总产量的7%左右。