第一章绪论1 绪论1.1 论文研究背景及意义太阳能光伏发电技术己历经了半个多世纪的发展。

目前全世界太阳能电池组件的年产量已达2000MWp以上，2005年投入应用的太阳能光电系统的累计容量已超过2200MWp，太阳能已成为全球发展最快的能源【1】。

预计到2010年，全世界太阳能电池组件年产量将高达 3.2GWp。

太阳能光伏发电系统正迈向大规模的商业应用。

一方面，兆级光伏电站不断出现，最大的已达到6.5MWp，正在建造的最大规模为64MWp。

另一方面，近年来许多国家的政府都非常重视发展太阳能屋顶光伏发电系统【2】。

1990年德国率先提出并实施“一千屋顶计划”，在居民住宅屋顶上安装容量为太阳能并网发电系统。

由于采取了一些优惠政策，项目结束时共安装1～5KW的屋顶太阳能并网发电系统2056套。

1999年1月进一步提出了“十万屋顶计划”，到2000年安装太阳能发电系统容量超过40MW【3】。

现在德国的太阳能发电市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。

日本从20世纪70年代开始连续制订和实施了几个太阳能发电发展5年计划，到1996年底己安装2700套并网户用太阳能发电系统，每套容量平均为3MW。

同时，日本政府又提出“30年计划”，预计到2030年光伏发电总容量达100GWp。

目前日本的光伏组件产量己超过美国居世界第一位。

意大利1998年实施“全国太阳能屋顶计划”，总容量为50MWp。

在这类系统中，规模最大的是1997年6月美国总统克林顿在联合国环境发展会议上宣布的“百万太阳能屋顶计划”，到2010年将安装101.4万套光电系统，总安装容量高达3025MWp。

欧盟在1997年11月26日发表了名为《能源的未来:再生能源》的欧盟战略与行动白皮书提出，到2010年在欧盟范围内要安装100万套太阳能发电系统，其中50万套为屋顶太阳能并网发电系统，需要光伏组件l000MW，另外50万套是为乡村供电的独立太阳能发电系统。

这就需要将目前30MW的光伏组件的年产量扩大100倍(3GW)。

与之相比，中国光伏产量在过去的十年中始终徘徊在1.5～2.0MW之间，2001年总产量约为4.0MW，在世界光伏产量中所占的比例逐年减少，说明潜在的中国光伏市场需求量十分巨大【4】。

按NREL(美国国家可再生能源实验室)所作的估计，到2010年太阳能发电电价将可与常见能源电价相当。

多数人认为到下世纪中叶，太阳能发电量将占世界总发电量的15～20％，超过核电，成为人类的基本能源之一。

与此同时，作为上述应用系统的关键装置——可并网运行光伏逆变器的研制无疑也成为世界上太阳能光伏发电领域中最热门的研究方向之一，对它的研究和开发是太阳能应用推广的必然要求，并存在着巨大的市场前景。

目前，我国正处于经济转轨和蓬勃发展时期，能源问题较为严峻，城市中由于大量使用化石能源，导致环境持续恶化。

2000年世界卫生组织公布的世界上污染最严重的十个大城市中，中国占了八个，其中北京居于第七位。

大力发展太阳能并网发电发电将有助于西安理工大学硕士学位论文尽早解决这一问题。

国家有关领导部门已经开始给予足够的重视，国家科技部已规划有步骤地推进相关的科技创新研究、示范及其产业化进程。

“八五”和“九五”期间把“太阳能屋顶并网发电系统”列入“国家科技攻关计划”。

到目前为止，我国太阳能并网发电的关键技术及设备仍主要来自进口，面对如此巨大的国内需要，发展自主知识产权的相关高新技术，进而实现其产业化，已是刻不容缓的事【5】。

1.2 太阳能并网发电系统的广阔前景1.2.1 太阳能光伏并网发电系统的优点太阳能利用主要有光热利用、光伏利用和光化学利用三种主要形式【6】。

我国低温光热利用己经具有可观的规模，它成本低，使用方便，安全可靠。

光伏利用近期在世界范围内高速发展，我国光伏研究及其应用技术的发展也令人鼓舞，特别是2002年在“西部大开发”战略的推动下，呈现出了一片繁荣景象。

太阳能光伏并网发电系统与其他发电系统相比，具有许多独特的优越性，可概括为如下几点【7】:⑴利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含炭化石能源，使用中无温室气体和污染排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。

例如，安装1KW太阳能发电系统，每年可少排放CO2 2600～2300kg，NO216kg，SO2 9kg及其他微粒0.6kg。

每年少排放的CO2数量，相当于一辆家庭轿车每年的排放量。

⑵ 所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达35～45％，从而使发电成本大为降低。

省掉蓄电池并可提高系统的平均故障时间和蓄电池的二次污染。

同时，太阳能随处可得，就地可用，不需要长距离输送，因而避免了输电线路等电能损耗，也大幅度节省了远程输变电设备的投资费用。

⑶光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，而且还提升了建筑物的科技含量，增加“卖点”。

⑷分布式建设，就近就地分散化供电，进入和退出电网灵活。

既有利于增强电力系统抵御战争和灾害的能力，又有利于改善电力系统的符合平衡，并可降低线路损耗。

⑸可起调峰作用。

⑹太阳能发电系统建设周期短。

由于是模块化安装，不仅可用于小到太阳能计算器的几个毫瓦，大到数十兆瓦的太阳能发电站，而且还可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳电池容量。

既方便灵活，又避免了浪费，运行起来十分方便。

当然在国内光伏发电之所以还没有被广泛利用，主要原因是光伏电池价格非常高，其转化效率相对较低，实验室能达到24.83％左右，而在实际应用中，目前最好转换效率能达到17％，这就导致光伏发电成本较高。

但是，由于太阳能电池的主要材料——硅的储量十分丰富，随着太阳能电池研究的快速发展和转换效率的不断提高，以及光伏发电系统第一章绪论各相关技术的不断进步，光伏发电成本已呈现快速下降趋势。

可以预料，太阳能光伏发电必将在人类社会的未来发展中占据越来越重要的地位。

1.2.2 并网发电是太阳能光伏利用的发展趋势太阳能发电有离网和并网两种工作方式【8】。

过去，由于太阳能电池成本居高不下，太阳能发电多数被用于偏远的无电地区，都属于离网型用户。

但近年来，光伏产业及市场发生了极大的变化，开始由边远地区逐渐向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进，太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可为下一代“替代能源”。

1998年7月6日～10日在奥地利维也纳召开的“第二届国际太阳能光伏会议”上，有关太阳能发电的论文共313篇，其中专门论述“光伏并网发电系统”的论文竟达161篇，占论文总数的51.44％，由此也可窥见一斑，太阳能并网发电系统的研究已经成为世界之热点和需要，表明太阳能并网发电技术已经进入了一个新的历史阶段，同时它也是太阳能发电领域研究的前沿和主流发展趋势。

太阳能发电的这种迅猛发展是必然的，只有进入电力系统的规模应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极的作用。

同时，太阳能发电产业的规模发展还将为社会提供可观的就业机会，存在潜在的巨大市场，前景十分广阔。

1.2.3 太阳能并网发电的国内国际形势九十年代末期以来，全球太阳能电池组件的年产量都以30％以上的速度在增长，特别是美国、欧盟、日本等工业化国家实施了“百万太阳能屋顶”等计划，使得太阳能光伏并网系统迅速增加，据统计在全球光伏市场份额中，并网系统在1999年的比例为38％，2000年为42％，到2001年已超过一半，达到50.4％【9】，而且这种趋势还将延续发展。

这标志着光伏发电正在由偏远地区和特殊场合的应用向城市过渡，由补充能源向替代能源过渡，供电形式正由大型集中电站向分散控制的模式发展。

我国是一个太阳能资源十分丰富的国家，三分之二以上地区年日照时数都大于2000小时，太阳能一年的理论存储量高达17000亿吨标准煤。

如果把西部1％的荒漠化区作为太阳能发电基地，那么年发电量就相当于全国2003年的总耗电量。

近年来，我国西部地区加大对太阳能资源的开发力度，例如，西藏自治区已累计建立3～5千瓦的光伏电站300多座，全区7个县建成10～100千瓦规模的县级太阳能光电站，推广各类小型独立光伏发电系统约5400千瓦，全区各类太阳能光电设施容量已超过2.3兆瓦，全区每年的开发利用节能量相当于13万吨标准煤，这表明了我国在太阳能光伏发电的利用上已经进入了快速发展时期。

然而，我国目前尚有约30000个村庄，700万户，3000万农村人口还没有用上电，60％【10】的有电县严重缺电，这充分说明我国光伏市场潜力巨大，我们应该积极把握和利用太阳能资源所提供的绝好的发展机遇，积极寻求太阳能光伏并网发电在国内的突破点，把我国的光伏发电技术提高到更高的层次。

在今后的十几年中，太阳电池的市场走西安理工大学硕士学位论文第一章绪论表1－1 2010年世界光伏市场预测分布Tab 1-1 Distributing of world photovoltaic market prediction应用领域 装机容量（MW P） 市场份额并网发电系统 6000 30％工业应用 3220 16％太阳能用户系统 4600 23％农村、农业应用 3800 19％民用商品 2400 12％合计 20000 100％在国内，大多数太阳能光伏发电系统的推广是为了解决我国边远无电地区居民的用电问题，多为独立的太阳能发电供电系统，现已进入快速推广阶段。

在应用技术中，我国的小型户用电源技术、生产、推广已基本成熟，10KW～100KW的大中型太阳能电站已进入了快速成长期，这方面最主要的应用就是中国政府2002年投资18亿人民币在我国西部五省无电地区建数百座太阳能电站，总容量约15兆瓦，此项目已在实施完成中，这仅是“中国光明工程”的一部分，这一举措对中国光伏产业的产品、市场、研发等各个方面均产生重大而深远的影响，它将刺激我国光伏产业的加速发展，其中就包括太阳能并网发电。

例如，2002年深圳市“市民中心”大楼内建造的一座1000KW（1兆瓦）的屋顶太阳能光伏并网发电系统，是目前国内最大也是亚洲最大的系统。

同年6月，北京市太阳能研究所在该所内建造了一座3KW屋顶太阳能并网发电示范系统，并计划再建一座20KW屋顶太阳能并网发电示范系统；另外，作为北京的标志性建筑物北京市博物馆，在其屋顶的平面部分安装了5000平方米的太阳能并网发电装置，峰值发电量达到了300KW。

同时，还有其他厂商、研究机构也在积极地做这方面地研究和推广。

我国太阳能并网发电站设备主要还是依赖于从国外的进口，尤其是并网发电装置、智能化电站控制器等，而这是本行业今后发展的主流。

目前，国内已有几个专业研究机构得到国家或地方科技基金对该项目研究的资助，开始对此项技术加强人员和资金的投入，进入研发攻关阶段，现已取得了一些可喜的进步和成果。