【正文】 邁進(jìn)。目前，人類利用的電能主要有三種，即火電、水電和核電。太陽(yáng)能以其清潔、無(wú)污染，并且取之不盡 、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越得到人們的關(guān)注。這兩項(xiàng)突破既是人類利用太陽(yáng)能進(jìn)入高技術(shù)階段的標(biāo)志，也是又一代新能源變革的劃時(shí)代標(biāo)志。但是近年來(lái)，光伏產(chǎn)業(yè)及其市場(chǎng)發(fā)生了極大的變化，開(kāi)始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)逐步向城市并網(wǎng)發(fā)電、光伏建筑集成的方向快速邁進(jìn)，太陽(yáng)能己經(jīng)全球性地由“補(bǔ)充能源”的角色 被認(rèn)可將是下一代“替代能源”。 國(guó)外光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀 光伏并網(wǎng)發(fā)電開(kāi)始于 80 年代初，美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利都為此作出了努力。 許多其他發(fā)達(dá)國(guó)家也都有類似的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目或計(jì)劃，如荷蘭、瑞士、芬蘭、奧地利、英國(guó)、加拿大等。據(jù)比較權(quán)威的世界能源年鑒報(bào)道，南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 3 2021 年光伏并網(wǎng)發(fā)電占世界光伏產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的比例如圖 11 所示。 總之，從能源利用的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，光伏發(fā)電最終將以替代能源的角色進(jìn)入電力市場(chǎng)，而并網(wǎng)發(fā)電將是光伏發(fā)電進(jìn)入電力市場(chǎng)的必由之路。第一，我國(guó)有荒漠面積 100 余萬(wàn)平方公里，主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，如果利用荒漠安裝并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)則圖 11 2021 年光伏并網(wǎng)發(fā)電占世界光伏產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的比例 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 4 可以提供非?？捎^的電量。 我國(guó)政府對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)也給 予了充分的扶持。 近 20 年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期維持在全球市場(chǎng) 1%左右的份額 。 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 5 第二章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電簡(jiǎn)介 光伏發(fā)電是利用光生 伏打效應(yīng)，使太陽(yáng)光輻射能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽(yáng)光發(fā)電的主流。后來(lái)有人發(fā)現(xiàn)當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的 PN 結(jié)時(shí)，就會(huì)在 PN 結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓 ，如果使 PN 結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。 1954 年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)電池，由此誕生了將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。這種系統(tǒng)多用于遠(yuǎn)離市區(qū)（無(wú)人操控）的海上燈塔、浮標(biāo)、山頂?shù)臒o(wú)線中繼電臺(tái)等，作為供電電源。此外，輸出的直流能量還同時(shí)供蓄電池充電。從電力系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，稱為 “ 逆潮流 ” 運(yùn)行或通俗地稱為 “ 賣電 ” 。 太 陽(yáng) 能 電 池陣 列直 流 電逆 變 器電 力 網(wǎng)交 流 電太 陽(yáng) 光交 流 負(fù) 荷 圖 22 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式 太陽(yáng)能發(fā)電方式太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光— 電直接轉(zhuǎn)換方式。 （ 2）光 — 電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光 — 電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。 圖 23 太陽(yáng)能電池方陣 影響太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要因素 太陽(yáng)能的利用主要是利用到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射。為此太陽(yáng)輻射主要南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 8 是光輻射。由于大氣層的存在，真正到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能的大小，則受多種因素的影響，一般來(lái)說(shuō)太陽(yáng)高度、大氣質(zhì)量、大氣透明度、地理緯度、日照時(shí)間及海拔高度是影響的主要因素。 太陽(yáng)高度在一天中是不斷變化的。 對(duì)于某一平面來(lái)說(shuō)，當(dāng)太陽(yáng)高度低時(shí)，光線穿過(guò)大氣的路程較長(zhǎng)，所以能量被衰減的就較多；同時(shí)，又由于光線以較小的角度投影到該地平面上，到 達(dá)地面的能量也較小。太陽(yáng)位于 S39。 A 與 OA 之比為“大氣質(zhì)量”。 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 9 圖 24大氣質(zhì)量示意圖 （ 3）大氣透明度 在大氣層上界與光線垂直的平面上，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度基本上是一個(gè)常數(shù)；但是在地球表面上，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度卻是經(jīng)常變化的，主要是由于大氣透明程度的不同引起的。 （ 4）地理緯度 太陽(yáng)輻射量是由低緯度向高緯度逐漸減弱的。 （如圖 31所示） 圖 31 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 光伏系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)： ① 沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不產(chǎn)生噪音； ② 沒(méi)有空氣污染、不排放廢水； ③ 沒(méi)有燃燒過(guò)程，不需要燃料； ④ 維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低； ⑤ 運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性好； ⑥ 作為關(guān)鍵部件的太陽(yáng)電池使用壽命長(zhǎng)，晶體硅太陽(yáng)電池壽命可達(dá)到 25年以上； ⑦ 根據(jù)需要很容易擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。 光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)模跨度很大，小到 ～ 2W 的太陽(yáng)能庭院燈，大到 MW 級(jí)的太陽(yáng)能光伏電站。硅系太陽(yáng)電池可分成結(jié)晶硅系太陽(yáng)電池和非晶硅系太陽(yáng)電池。根據(jù)太陽(yáng)電池的形式、用途等還可分成民生用、電力用、透明電池、半透明電池、南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 12 柔軟性電池、混合型電池 (HIT電池 )以及球狀電池等。圖 34為太陽(yáng)電池的輸入輸出特性，也稱為太陽(yáng)電池的電壓 電流特性。當(dāng)不存在有效電場(chǎng)時(shí)，光伏效應(yīng)只要靠 PN 結(jié)內(nèi)建靜電場(chǎng)提供。 (3)最大功率點(diǎn) 光伏電池輸出 UI 特性曲線上，根據(jù)負(fù)載變化任何一點(diǎn)可以作為工作點(diǎn)。對(duì)充電的控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即 PWM 控制方式，使整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行于最大功率點(diǎn) Pm 附近區(qū)域。其它如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選 功能。此外，光伏控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。 電路自身?yè)p耗：也叫空載損耗（靜太電流）或最大自身?yè)p耗，為了降低控制器的損耗，提高光伏電源轉(zhuǎn)換效率，控制器的電路自身?yè)p耗要盡可能低。 蓄電池的過(guò)放電保護(hù)電壓（ LVD）：也叫欠壓斷開(kāi)或欠壓關(guān)斷電壓，一般可根據(jù)需要及蓄電池類型的不同，設(shè)定在 ~（ 12V 系統(tǒng)）、 ~（ 24V 系統(tǒng)）和 ~（ 48V 系統(tǒng)）之間，典型值分別為 、 和 。 工作環(huán)境溫度：控制器的使用或工作環(huán)境溫度范圍隨廠家不同一般在 20~+50℃之間。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。對(duì)輸出額定電壓值的穩(wěn)定精度有如下規(guī)定： ① 在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電壓波動(dòng)范圍應(yīng)有一個(gè)限定，例如，其偏差不超過(guò)額定值的 177。 8％或177。額定輸出容量值高的逆變器可帶更多的用電負(fù)載。蓄電池帶負(fù)荷放電終了南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 16 時(shí)端電壓可降至 或更低。多數(shù)逆變器產(chǎn)品給出的是輸入直流電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)該逆變器輸出電壓 的偏差百分?jǐn)?shù)，通常稱為電壓調(diào)整率。6％。正常工作條件下其偏差應(yīng)在177。 ⑺ 額定輸出電流（或額定輸出容量）： 它表示在規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)范圍內(nèi)，逆變器的額定輸出電流。 10 千瓦級(jí)的通用型逆變器實(shí)際效率只有 70％－ 80％，將其用于光 伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)將帶來(lái)總發(fā)電量 20％－ 30％的電能損耗。 逆變器的效率值表征自身功率損耗的大小，通常以百分?jǐn)?shù)表示。 ⑼ 保護(hù)功能： 光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等原因而引起的供電系統(tǒng)過(guò)流或短路，是完全可能的。 ① 過(guò)電壓保護(hù)：對(duì)于沒(méi)有電壓穩(wěn)定措施的逆變器，應(yīng)有輸出過(guò)電壓的防護(hù)措施，以使負(fù)載 免受輸出過(guò)電壓的損害。 高性能的逆變器可做到連續(xù)多次滿負(fù)荷起動(dòng)而不損壞功率器件。 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 18 第四章 發(fā)展與展望 發(fā)展與展望 我國(guó)太陽(yáng) 能資源非常豐富，大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米 4千瓦時(shí)以上，理論儲(chǔ)量達(dá)每年 萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)利用的潛力非常廣闊。第二，太陽(yáng)電池組件不僅可以作為能源設(shè)備，還可作為屋面和墻面材料，既 供電節(jié)能，又節(jié)省了建材，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 2021 年 1 月，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》正式實(shí)施，此法在資源調(diào)查與發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)與技術(shù)支持、推廣與應(yīng)用、價(jià)格管理與費(fèi)用分?jǐn)?、?jīng)濟(jì)激勵(lì)與監(jiān)督措施、法律責(zé)任等方面做出了規(guī)定。 2021 年后，產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無(wú)錫尚德、天威英利、新光硅業(yè)、賽維 LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司紛紛進(jìn)入成長(zhǎng)期，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平不斷提高，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)。 隨著全世界能耗的不斷上升，濫用化石能源導(dǎo)致的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人類在應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，還要著重關(guān)注生態(tài)平衡的問(wèn)題。將太陽(yáng)能應(yīng)用于發(fā)電更是成為人們普遍都關(guān)注的焦點(diǎn)，一旦成功，利益無(wú)窮。從論文的立題到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及論文的撰寫整個(gè)過(guò)程無(wú)不浸透著老師的心血。我們?cè)谶@個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中互相討論、互相協(xié)作下建立深厚的感情有助于我們今后的工作和生活。 最后向多年默默支持我和關(guān)心我，不斷給我信心、支持我上進(jìn)，使我順利完成大學(xué)學(xué)業(yè)的家人 ， 特別 是 我的父母 ， 在此向他們致以崇高的謝意！ 向在論文完成過(guò)程中給予我支持和幫助的老師、同學(xué)們表示謝意！謝謝！ ！