光伏发电系统在公用设施用电方面的可行性研究摘要：太阳能光伏发电是可再生能源应用的主要方向之一。
文章介绍了太阳能光伏发电系统的组成、分类、优缺点以及目前国内外太阳能光伏发电的应用状况。
我通过查阅资料,表达了自己对解决用电问题的看法,提出运用太阳能光伏发电来解决用电问题。
关键词：太阳能光伏发电；离网光伏发电；光伏并网发电系统；太阳能电池The Proposed Promotion of Solar EnergyPhotovoltaic GenerationLV Hai-longAbstract:Solar energy photovoltaic generation is one of the major app lication directions of the renewable energy.The paper intrduces the current application of home and aboard of solar energy photovoltaic system with the composition parts,the classification,the advantages and the disdantages.I through my own access to information,to express my power to solve the issues,proposed the use of Solar energy photovoltaic generation to solve the problem of electricity.Key words:solar energy photovolatic generation;offgrid photovoltaic storage battery system;photovoltaic gridconnected systems;solar energy cell1引言开发清洁的可再生能源以代替矿物能源，是世界各国解决能源问题的主要途径。
太阳能是清洁的可再生能源，研究太阳能光伏发电的有关问题具有现实意义。
太阳能光伏发电是直接将太阳能转换为电能的一种形式。
在光照条件下，太阳能电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。
通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将光能转换成的电能贮存起来，以便今后使用；或者通过逆变器将直流电转换成交流电后使用与电网相连，向电网供电。
目前利用太阳能发电有3种型式：太阳能热发电、太阳能风发电和太阳能光伏电池发电。
1国外、国内光伏发电技术发展概况随着煤炭、石油等化石能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。
20世纪80年代以来,世界光伏发电产业得到了迅速发展,平均年增长率达到30%。
近几年由于出现供不应求的局面,其发展更加迅速,成为全球增长最快的高新技术产业之一。
进入21世纪,在欧洲、日本扶持政策的引导下,世界光伏发电技术和产业有了突飞猛进的发展,近5年的年平均增长速度超过了50%。
太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以来,世界上增长最快的高新技术产业之一。
已经商品化、实用化的太阳能光伏电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、聚光电池、带状硅电池及薄膜电池等几类。
光伏电池的光电转化效率也不断提高,在实验室中晶体硅光电池转化率达到15%,单晶硅光电池转化率是23.3%,同时太阳能光伏电池/组件的使用寿命也大大增长,最长可达到30年。
目前,光伏发电产业主要集中在日本、欧盟和美国,其光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。
21世纪以来,一些发达国家纷纷制定了包括太阳能电池在内的可再生能源计划。
太阳能电池的研究和生产在欧洲、美洲、亚洲大规模铺开。
1997年6月,美国副总统戈尔和能源部长分别宣布了一项“克林顿总统百万屋顶光伏计划”。
紧接着,能源部并于11月立即着手安排政府贷款项目,以实施这一宏伟计划。
该计划325个城市的100万个建筑物屋顶上安装3GW光伏系统,预计到2010年可以完成。
日本政府的计划目标是:至2010年,安装4600MW光伏发电系统。
2004年,德国新安装的并网光伏发电系统大约200MW。
德国可再生能源可满足50%以上总能耗需求。
法国的太阳能发电容量由2002年的0.66MW,发展到2003年的2.9MW。
印度的光伏产业及应用市场居领先地位。
1998—2002年,印度计划安装光伏发电系统150MW。
至2010年,欧盟计划光伏发电总装机容量达到3GW,澳大利亚计划光伏发电总装机容量达到0.75GW。
目前，美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。
美国拥有世界上最大的光伏发电厂，其功率为7MW；日本也建成了发电功率1MW的光伏发电厂。
全世界总共有23万座光伏发电设备，以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。
太阳能电池光伏发电在不远的将来会占据世界能源的重要席位，要代替部分常规能源，而且将称为世界能源供应的主体。
欧洲光伏工业协会(E P I A)的预测:2020年,光伏组件年产量40GW,系统总2装机容量195GW,光伏发电量为274TWh。
预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；预计到21世界末，可再生能源结构中将占到80%以上，太阳能发电占到60%以上。
20世纪70年代以来,我国太阳能光电技术经过“六五”、“七五”、“八五”3个5年计划攻关,有了一定的发展。
20世纪90年代是我国光伏发电快速发展的时期,我国光伏组件生产能力逐年增强,成本不断降低,市场不断扩大,装机容量逐年增加。
近几年来,我国光伏产业长期平均维持了全球市场1%左右的份额。
在“十五”期间,我国太阳能光伏发电装机容量约7万kW,到2020年前,我国光伏技术产业将会得到不断的完善和发展。
光伏发电市场会发生巨大的变化:预计2005—2010年,我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统,发电成本到2010年约为1.20元/(kW·h);2010—2020年,光伏发电将会由独立系统转向并网发电系统,发电成本到2020年约为0.60元/(kW·h)到2020年我国光伏产业的技术水平,有望达到世界先进行列。
2太阳能光伏发电的基本原理2.1光伏效应当光照射到半导体表面时,光子能量激发半导体的电子和空穴分别向N区和P区移动,使N区储存过剩的电子,带负电;P区储存过剩的空穴,带正电。
在内生电场作用下,N区和P区间产生光生电动势,接通外电路即可产生光电流,称为光伏效应。
光伏发电原理详见图。
图1太阳能发电原理图2.2禁带宽度激发半导体电子和空穴自由移动所需的能量称为禁带宽度,通常以电子伏特eV来表示.不同的半导体材料有不同的禁带宽度,不同的禁带宽度有不同的光电转换效率。
制造光伏电池的半导体材料的禁带宽度一般为1.2eV～1.7eV,最好是1.5eV。
太阳能由紫外线、可见光线和红外线组成。
紫外线光子能量约为4eV左右,红外线的光子能量约为0.3eV。
可见光线的光子能量介于紫外线与红外线之间。
晶体硅光伏电池可利用发电的只是可见光线和紫外线。
这部分能量只占太阳光辐射3能量的一小部分。
目前普通晶体硅光伏电池,尚不能利用太阳总辐射中比重较大的红外线(大于50%)转换为电能。
太阳高度角(太阳光线与地平面的夹角)的不同,不仅总辐射不同,而且太阳光辐射量的组成也是不同的,光伏电池的发电量也不一样。
不同高度角时,太阳光线辐射量组成见表1：表1不同太阳高度角的太阳光辐射量组成表（%）由表1可知,随着太阳高度角的降低,太阳光谱发生变化,红外线呈增加趋势,可见光线、紫外线呈递减趋势。
随着太阳高度角的变化,光伏电池的发电量也将产生同步变化。
禁带宽度还与光伏电池的温度有关。
光伏电池温度除主要与太阳辐射中部分能量转化的热量有关外,也受环境温度的影响。
当电池温度高于标准测试温度时,禁带宽度将变窄,光伏电池功率和开路电压下降;当电池温度低于标准测试温度时,则呈相反的变化。
3太阳能光伏发电系统的组成及分类3.1太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电技术是利用电池组将太阳能直接转变为电能的技术。
通常所说的光伏技术也可以说是太阳能电池技术。
太阳能光伏系统主要包括：太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器等。
当照明负载为直流时，则不用逆变器。
3.1.1太阳能电池方阵太阳能电池单体是光电转换的最小单位，尺寸一般为4～100cm2。
太阳能电池单体的工作电压约为0.45～0.5V，工作电流约为20～25mA/cm2，一般不能单独作为电源使用。
将太阳能单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。
在有光照(无论是太阳光还是其它发光体产生的光照)情况下,电池吸收光能,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”。
在光生伏打效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,如同一个能量转换器。
太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。
3.1.2蓄电池组蓄电池组其作用是储存太阳能电池方阵收光照时所发出的电能并可随时向负载供电。
太阳能光伏发电系统对所用蓄电池组的基本要求如下：（1）自放电率低。
（2）使用寿命长。
（3）深放电能力强。
（4）充电率高。
（5）少维护或免维护。
（6）工作温度范围宽。
（7）价格低廉。
目前我国与太阳能光伏发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池。
配套200Ah以上的铅酸电池，一般选用固定式或工业密封免维护铅酸电池；配套1200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。
3.1.3控制器控制器是对太阳能光伏发电系统进行控制与管理的设备。
由于控制器可以采用多种技术方式进行控制，同时实际应用对控制器的要求也不尽一致，因而控制所完成的功能也不一样。
控制器对整个系统实施过程控制,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,控制器还应具备温度补偿的功能。
光伏系统在控制器的管理下运行。
控制器可以采用多种技术方式实现其控制功能。
比较常见的有逻辑控制和计算机控制有两种方式。
智能控制器多采用计算机控制方式。
3.1.4逆变器逆变器是将直流变换成交流电的设备。
由于太阳能电池和蓄电池发出的直流电，当负载是交流负载时，逆变器是将直流电转换成交流电的必不可少的设备。