南京理工大学专业：热能与动力工程姓名：贺书剑学号：0908180220太阳能光伏发电的现状和发展太阳能光伏发电的现状和发展摘要随着经济社会的发展，能源需求量越来越大，消耗速度也越来越快。

世界常规能源供应短缺危机日益严重，化石能源的大量开发利用已成为造成自然环境污染和人类生存环境恶化的主要原因之一，寻找新兴能源已成为世界热点问题。

在各种新能源中，太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广、应用形式多样等优点，受到世界各国的高度重视。

我国光伏产业在制造水平、产业体系、技术研发等方面具有良好的发展基础，国内外市场前景总体看好，只要抓住发展机遇，加快转型升级，后期必将迎来更加广阔的发展空间。

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。

本文对MPPT的原理，必要性和算法作了较为详细的论述分析，比较了现有的各种最大功率点跟踪(MPPT)策略(实际测量法、恒定电压控制法。

扰动观察法等)，采用MATLAB开发工具进行仿真，利用变步长自适应给定算法进行了最大功率跟踪。

前言随者当今世界能源危机和环境污染的日益严重。

太阳能以其资源充足、分布广泛、清洁安等优点必将成为未来全球最主要的能源之一。

现在太阳能的利用主要有光热利用、光化学利用和光伏利用三种形式，其中光伏发电由于其自身的优势。

近期在世界范围内得到了高速的发展。

早在20世纪80年代初，受石油危机影响。

美国、日本以及欧洲一些国家已经意识到发展新能源的重要性，投入了大量的人物力对光伏发电进行研究，由此光伏发电得到了很大程度的发展和应用。

随着我国对新能源产业的政策扶持，光伏发电必将成为我国能源结构中重要的组成元素。

因此，积极研究和发展光伏发电技术成为了目前国内外的研究热点。

国外光伏发电的现状和展望能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。

在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速，最近10年太阳电池及组件生产的年平均增长率达到 33%，最近 5 年的年平均增长率达到43%，2006 年世界太阳电池产量达到 2500MWp，累计发货量达到 8500MWp。

表1-1 为截止到 2006 年的过去 10 年世界太阳电池的年发货量和累计用量(GWp)。

世界光伏产业和市场发展的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并成为光伏发电的主导市场(其他应用包括通讯和信号﹑特殊商业和工业应用﹑农村离网应用﹑消费品和大型独立电站等)。

表 1-2 为截止到 2005 年的过去十年并网光伏发电市场份额逐年增长情况。

世界光伏发电市场的增长主要得益于德国、日本和美国的鼓励政策。

目前 70%以上的太阳电池用于并网发电系统。

美国、日本和欧洲都制定了各自的光伏发展路线，表 1-3 和表 1-4 给出了一些国家的光伏发展路线和发展目标的比较。

从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

根据欧洲 JRC 的预测，到 2030 年可再生能源在总能源结构中占到 30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到 10%以上；2040 年可再生能源占总能耗 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占到 80%以上，太阳能发电占到 60%以上，显示出重要战略地位。

国内光伏发电现状和发展经过20多年的发展，我国光伏发电产业的发展己初具规模。

但是总体水平上我国同国外还有很大的差距。

主要表现为生产规模较小，技术水平较低，电池效率、封装水平同国外存在一定差距。

部分材料仍需进口。

另外，我国电池组件的成本和售价偏高。

太阳能电池造价太高制约着太阳能光伏发电的大规模应用。

它已经成为光伏发电的“瓶颈”。

我国必须要加大这方砸的投入。

突破这个技术瓶颈，促进太阳能光伏发电的普及。

2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会通过了《中华人民共和国可再生能源法》，把促进可再生能源的开发利用提高到了法律的高度。

近些年来。

国家在“973”和“863”等重大项目中也将太阳能电池的发展放到了重要的位置。

积极发展太阳能光伏发电对于解决我国的能源紧缺和环境污染具有重要的战略意义。

相信在政府政策的扶持和学界的大力研究下。

光伏发电在我国的前景很光明，会得到广泛应用和发展。

光伏发电的优缺点光伏发电的优点生要有以下六点：l、无污染：零捧放，没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”。

2、可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，可满足可持续发展的要求。

3，资源的普遍性：基本上不受地域限制。

只是地区之间是否丰富之分。

4、分布式电力系统：将提高整个能源系统的安令性和可靠性。

特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义。

5、资源、发电、用电同一地域：渴望大幅度节省远程输变电设备的投资费用。

6、灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成．容量可大可小。

扩容方便。

保持系统运转仅需要很少的维护。

系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件：目前光伏发电也存在一些难以攻克的缺点：主要有以下两个方面：(1)光电转化率很低。

(2)光伏发电成本太高，在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但其成本仍居高不下，远小能满足大大规模应用的要求。

太阳能光伏发电技术概述太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏打效应将光能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便构成了大面积的太阳能电池组件。

电池组件所产生的直流电能再经逆变器变换成与电网相同频率的交流电能。

以电压源或者电流源的方式送入电力系统(并网光伏发电系统)，或者直接供给负荷使用(独立光伏发电系统)。

光伏发电系统的基本组成光伏发电系统是由光伏电池板。

控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。

太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能，并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换。

提供给负荷使用。

图l所示为典型太阳能光伏发电系统的构成。

各个组成部分具体介绍如下l、太阳能电池太阳能电池是太阳能光伏发电的核心组件，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转变为电能。

目前对太阳能电池的研究主要集中在提高光电转换效率和降低成本上。

目前应用较广的太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅：和非晶硅3种。

近年来出现了硅以外的化含物材料，如磷化铟、砷化镓、铟硒铜等。

2、控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态．使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近。

从而获得最大的功率转换效率的目的。

控制器还对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用．在温差大的地区，控制器还具有温度补偿的功能。

3、蓄电池组太阳能电池一般为铅酸电池，小型太阳能发电系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

太阳能电池产生的直流电需要进入太阳能蓄电池储存。

在使用的时候再释放出来。

蓄电池的性能直接影响着太阳能光伏发电系统的-丁作效率和稳定性，目前蓄电池在技术上已经十分成熟。

4、逆变器太阳能并网逆变器比普通逆变器要复杂很多，主要有两个技术要点l：MPPT（最大功率跟踪)和井刚功能。

MPPT对于太阳能逆变器来说，非常重要，由于日照条件在不断变化，太阳能电池组件特殊的v-I特性，逆变器必须具备MPPT功能，才能充分利用昂贵的电池板发电量。

另外一个并网功能。

关注就是功率因数和谐波电流。

逆变器在额定丁况下。

谐波电流小于3％．功率因数为1。

主要研究课题：最大功率跟踪最大功率就是使光伏电池始终保持最大功率输出。

由于光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池的输出功率受日照强度以及温度影响，系统工作点会因此飘忽不定，这必然导致系统效率的降低。

为了在限定的条件下有效利用光伏电池，必须实现最大功率点跟踪(MaxPowerPoint Tracking，MPPT)控制，以便光伏电池阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。

MPPT研究的必要性光伏发电系统中，光伏电池在不同太阳辐照度下输出最大功率时，其两端电压值并不固定，而且当工作温度发生变化时，相应于同一辐照度的最大功率，电压值也将发生变化。

由图光伏电池I．V和P．V特性曲线，它表示了在特定的太阳辐照度和温度下，电池传送的电流I(功率P)与电压V的关系，曲线表明电池具有明显的非线性特征。

图中，功率曲线类似为一个抛物线，即光伏电池在输出最大功率PM(=IMVM)时，最大功率点电压(最大工作电压)VM小于开路电压Voc，最大功率点电流(最大工作电流)IM小于短路电流Isc。

并且电池电压在0~VM间变化时，功率曲线为递增函数，当电池电压在VM～Voc间变化时，功率曲线为递减函数。

研究表明，光伏电池的输出功率取决于太阳辐照度和其工作温度。

随着工作温度的升高，短路电流I。

c稍微升高，开路电压Voc和最大功率点电压VM下降，光伏电池输出最大功率PM下降。

同一块光伏电池Isc值与太阳的辐照度成正比，输出最大功率PM也随着辐照度的增加而增加。

为了实现在任何外部条件下太阳能电池阵列输出当前日照下最多的能量，理论和实践上提出了光伏电池阵列的MPPT问题。

随着光伏发电系统的日益普及，光伏发电系统较高的造价和仍处在较低的转换效率使得MPPT技术的研究愈发重要。

MPPT原理图3-1为太阳能电池阵列的输出功率特性曲线，由图可知当阵列工作电压小于最大功率点电压VMax时，阵列输出功率随太阳能电池端电压VPv上升而增加。

当阵列工作电压大于最大功率点电压VMax时，阵列输出功率随VPv上升而减少。

MPPT的实现实质上是一个自寻优过程，即通过控制阵列端电压VPv，使阵列能在各种不同的日照和环境温度下智能化地输出最大功率。

MPPT的算法太阳能电池的电压与电流是非线性的关系，由于环境温度与日照强度的不同工作曲线有所不同，但是每一条工作曲线只有一个最大功率点，此最大功率点即为太阳能电池的最佳工作点。

因此为了提高太阳能电池阵列的工作效率，需要控制太阳能电池阵列的输出，使太阳能电池阵列随时都工作在最大功率点。

关于太阳能电池阵列的最大功率跟踪法有许多文献都有这方面的讨论，而且最大功率点跟踪的算法有很多种，常用的有：电压回授法、功率回授法、滞环比较法、电导微增法、微扰观察法等。

在实现的过程中，进行调节时所依据的变量也不同，有依据电压的，也有依据功率的。

所谓依据电压是指：在调节的过程中，不断地测量太阳能电池的输出特性，计算出太阳能电池的最大功率点，然后调节太阳能电池的工作点，使工作点电压尽量接近最大功率点电压，并且随着最大功率点电压的变化而变化。