浅谈光伏技术

【摘 要】本文针对目前比较流行的光伏技术展开了分析与研究，主要介绍了我国光伏技术的发展及现状，并较全面的介绍了光伏系统的组成及应用，对于想了解光伏技术的初学者们相信会提供很大的帮助。

【关键词】光伏技术；太阳能电池方阵；光伏系统；离网；并网

太阳能电池发电与火力、水力、柴油发电比较具有许多优点，如安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、维护简便等，因此，无论从近期还是远期，无论从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度来考虑，太阳能电池发电都极具吸引力。

一、我国光伏技术的发展

我国研制太阳能电池始于一九五八年，中国的光伏技术经过几十年的努力，已具有一定的水平和基础。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，所以光伏电池多用于工业部门和偏远无电地区的中小功率离网用户。随着光伏产品成本的降低和人民收入水平的提高，太阳能光伏市场近年来发生了很大变化，开始向较大功率的交流系统和村庄供电系统发展；并且逐步向并网发电以及和建筑相结合（屋顶发电系统）的常规发电方向发展，开始由补充能源向替代能源过渡。

二、发展方向与前景

由于太阳光资源具有分散性，而且随处可得，太阳能电池发电系统特别适合作为独立的电源使用，例如边远地区的村庄及用户供电系统、太阳能电池照明系统、太阳能电池水泵系统以及大部分的通信电源系统等都属此类。太阳能电池发电系统还可以同其它发电系统组成联合供电系统，如“风—光互补系统”、“风—光—柴—蓄互补系统”等。互补发电系统可以大大提高供电的稳定性，其价格比起独立太阳能电池发电系统至少可减少1/3。除此之外，太阳能电池发电系统还可以与电网相联构成并网发电系统。实践证明，并网电站对电网调峰、提高电网末端的电压稳定性、改善电网的功率因数和消除电网杂波均能发挥有效作用，很有应用前景。预计到21世纪中叶，太阳能电池发电的成本将会下降到同常规能源发电相当。届时，太阳能电池发电将成为人类电力的重要来源之一。

三、光伏发电系统的组成

太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。

1.太阳能电池方阵。指由若干个太阳能电池组件或太阳能电池板在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。

2.充放电控制器。充放电控制器是能自动防止蓄电池组过充电和过放电并具有简单测量功能的电子设备。由于蓄电池组被过充电或过放电后将严重影响其性能和寿命，充放电控制器在光伏系统中一般是必不可少的。

3.交直流逆变器。目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同，很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，如日光灯、电视机、电冰箱等，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。此外，当供电系统需要升高电压或降低电压时，交流系统只需加一个变压器即可，而在直流系统中升降压技术与装置则要复杂得多。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用交流系统。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。

4.蓄电池组。蓄电池组是光伏电站的贮能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来，以供应用。

光伏电站中与太阳能电池方阵配用的蓄电池组通常是在半浮充电状态下长期工作，它的电能量比用电负荷所需要的电能量要大，因此，多数时间是处于浅放电状态。当冬季和连阴天由于太阳辐射能减少，而出现太阳能电池方阵充电不足的情况时，可启动光伏电站备用电源——柴油发电机组给蓄电池补充，以保持蓄电池组始终处于浅放电状态。固定式铅酸蓄电池性能优良、质量稳定、容量较大、价格较低，是我国光伏电站目前选用的主要贮能装置。

5.测量设备。由于光伏电源系统中，太阳电池、蓄电池等主要部件的工作寿命有限，且其性能受不同地理环境、气候条件影响较大，对光伏电源系统的设计和维护使用带来一定困难。因此，要求对更多的参数进行测量，如太阳能辐射量、环境温度、充放电电量等，对于小型太阳能电池发电系统，只要求进行简单的测量，如蓄电池电压和充放电电流，测量所用的电压和电流表一般装在控制器面板上。对于太阳能通信电源系统、阴极保护系统等工业电源系统和大型太阳能发电站，仅进行简单的测量显然是不够的。有时甚至要求具有远程数据传输、数据打印和遥控功能，这时要求为太阳能电池发电系统配备智能化的“数据采集系统”和“微机监控系统”，以便快速采集太阳电池、蓄电池等器件的关键工作参数和太阳能辐射量、环境温度等气象参数，并且随时将采集的数据存入装置内的大容量非易失性数据存储器。根据需要，还可随机将记录的数据打印出来，供设计或使用部门进行系统定量分析及资料存档，为今后光伏电源系统更合理的设计提供宝贵的科学依据。同时经常定期分析检查采集的工作数据，还可及时发现系统各部件的故障或隐患，随时排除故障或调整设计参数，以保证电源系统稳定可靠工作并可有效地延长光伏电源系统的工作寿命。