太阳能光伏发电系统研究

黄伟

摘要：在低碳经济运行和能源危机的今天，各国都加大了对新能源的开发和利用，而太阳能被认为是最清洁的能源，并具有无限使用的可能，因为银河系还能运行45亿年，并且太阳目前向地球输送的能量是整个人类社会能源消耗的1.2万倍。然而目前人类社会面对这样的能源宝库，却因为技术落后而不能进行利用，实在可惜。本文对太阳能光伏发电类型及应用进行研究，期望能够为世界太阳能能源的早日普及运用产生促进作用。

关键词：太阳能；光伏发电；类型；应用

2014年，我国光伏发电应用规模不断创新，30个分布式光伏发电示范区项目充分发挥示范引领作用，目前已经建成50万千瓦，在建规模60万千瓦，带动社会资金超过100亿。然而太阳能光伏发电仍然存在成本高，电板材料生产具有污染性的缺点。然而我们不能因噎废食，科学技术必将不断进步，对于太阳能的运用必将成为世界能源的主流。

1光伏发电系统研究历史和现状

太阳能发电研究很早就在进行了，20实际80年代以来，太阳能光伏发电产业一直在蓬勃发展，每年以30%-40%的速度递增。非洲、亚洲、南美等都投入了很大研究力度。为了鼓励太阳能光伏发电的应用，美国、日本等主要发达国家都开始用各种政策进行鼓励，德国是最早和最积极倡导太阳能光伏发电的国家之一，早在1990年就推出了“1000太阳能屋顶计划”，1998年更是推出了10万光伏屋顶计划，并在2000年颁布了《可再生能源法》。此外，美国在2002年光伏电池的生产量已经达到了112.9MW，日本在2013年光伏电池生产总量达到了2.8GW，世界范围内已经开始加大对光伏发电的研究。

我国在60年代开始发展空间太阳能的电池，70年代发展地面用光伏电池。80年代中期。我国的光伏电池组件生产能力达到4.5MW。与发达国家差距不断缩小，2014年，我国光伏发电量同比增长200%。实现了惊人的进步。

2太阳能的光伏发电系统作用原理

当前太阳能的光伏发电机制是利用太阳能电池的不均匀半导体或半导体和金属结合部位之间产生的电位差反应，把太阳能的光能辐射能量转变成电能的发电结构，结构构成是由太阳能电池板在前吸收辐射，连接太阳能发电放电控制器、恒流交流逆变器和蓄电池组，组成一整套的发电系统。太阳能光伏发电的电池板是太阳能光伏发电的核心，可以将太阳的光能辐射进行电能的转换，提供电力供应使用或进行储存；太阳能充电放电控制器是控制蓄电池的充电电流和电压的，能够安全、快速的为蓄电池充电，并在充电中尽量减少损耗。增加了蓄电池使用时限，同时减轻蓄电池负担，避免充电过饱和和放电现象的发生；逆变器的作用是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直电流逆变成220伏的交流电，交流负载使用；蓄电池组的作用是将太阳能阵列发出的直流电储存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池是处于浮充放电状态的，日照量大时，除了供给负载使用外，还要进行充电。

3太阳能光伏发电系统分类

目前太阳能光伏发电系统分为三类，一种是可以独立使用的光伏发电供电系统、一种是需要并网连接的光伏发电系统、一种是结合两者的混合型的光伏发电系统。

独立发电供电的光伏发电系统如下图所示：

独立转化太阳能的光伏发电系统也是由电池板、蓄电池、太阳能充电放电控制器、直流交流逆变器组成。太阳能的电池板将太阳能转化成直流形式的电能，当发电量大时太阳能通过充电器对蓄电池充电，当产生电力不够时，太阳能电池发电和蓄电池放电。一起提供电力供电，蓄电池一般采用铅酸蓄电池。控制器由充电电路、放电电路、最大功率点跟踪控制装置组成。直流交流逆变器可以将恒流电转换为与负载相同的交变电流。

并网光伏发电系统如下图所示：

并网光伏发电系统是直接连接电网的光伏发电系统，与独立的发电供电的光伏发电系统相比，逆变器起到的作用更加的大，要求能够直接与电网连接。当前与电网相连光伏发电系统具有两种结构形式。最大的区别在于是否有蓄电池进行电能的储备。用蓄电池进行电能储备的称为可调节式电网连接光伏发电系统，由于系统中的直流交流逆变器配有总开关和供电开关，系统具备了不断电电源的功能，对于一些家庭自用用户和大型耗电用户来说至关重要。这一机器还能够起到调节功率的作用，稳定电网电压，消除对机器有害的高次谐波分量，提高电能稳定性和清洁性；不用蓄电池储电的并网广发发电系统叫做不可调度式电网连接发电系统，逆变器直接把电池板产生的恒电流转变为与电网电压相同的交变电流，在主用电网系统停电时，机器自动停止电力供应，在日照充足时，或者光伏发电系统产生的交变电流超过了供电需要时，多余的电直接送往电网。在光伏系统不产生电或发电的情况下，供电网络向负载补充电能。

混合型光伏发电系统与前两者的区别在于增加了一台备用发电机机组，其构造如下图所示：

发电机的作用在于既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电。

4太阳能发电系统的应用

目前，我国光伏发电系统主要分为两种，一种是采用户用光伏系统和建设小型光伏电站为主，解决偏远地区的用电问题；一种是借鉴发达国家屋顶光伏发电系统的建造经验，在发达地区建设屋顶光伏发电系统，在2015年6月3日中国电建集团建设投资的大庄并网电站首批发电光伏方阵顺利并网发电，在太阳能发电方面取得一大突破。小型光伏电站和户用光伏系统自使用以来，运行稳定，受到了一致好评。其中，直流系统由太阳能电池组件和支架、控制器和蓄电池组三部分组成；交流系统比直流系统多了一个逆变器。屋顶光伏系统可以直接在城市中使用，得到政府的大力支持，并于2008奥运会中大量应用。

5结语

本文介绍了太阳能光伏发电的发展、基本类型和应用，目前我国太阳能光伏发电蓬勃发展，大庄并网的实现更是促进了我国水、风、太阳能发电的并举。在新型能源的应用上，我国必将领先于世界。

参考文献：

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