【文章內(nèi)容簡介】 通住戶。同年，日本制定太陽能剩余電力回收政策，該政策是一個全民參與的能源利用推廣政策。即由電力公司以原成本價(jià) 2 倍的價(jià)格回收太陽能發(fā)電剩余電力，其產(chǎn)生的成本將不動用國家的稅金，而是由國民平攤負(fù)擔(dān)，且該項(xiàng)制度將實(shí)施 10年。到目前為止，日本住宅使用太陽能發(fā)電裝置的已達(dá)到 80%。而日本政府還在繼續(xù)規(guī)劃，將進(jìn)一步擴(kuò)大太陽能發(fā)電裝置的安裝規(guī)模。 日本是以技術(shù)支持為導(dǎo)向，注重技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的提高。政府通 過價(jià)格機(jī)制使消費(fèi)者競相購買技術(shù)含量高的產(chǎn)品，從而激活企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在動力，使得高水平的技術(shù)不斷地持續(xù)供給。 英國實(shí)踐 在太陽能熱水器領(lǐng)域，英國研制出了米能超級太陽能健康熱水器，解決了水質(zhì)問題。其平板式集熱器比真空管式集熱器的市場份額高出 20% 。 ①法律法規(guī) 20xx 年，英國政府頒布《可再生能源義務(wù)令》，強(qiáng)制提高可再生能源在電力生產(chǎn)中的比例。同年，英國政府又提出百萬“綠色住宅”計(jì)劃，政府通過增值稅等優(yōu)惠政策支持居民用 10 年的時(shí)間，建設(shè) 100 萬棟“綠色住宅”。 ②技術(shù)支持類政策 20xx 年，英 國太陽能補(bǔ)貼政策出臺，進(jìn)一步促進(jìn)了太陽能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)的研究。 ②市場支撐類政策 20xx 年，實(shí)施的太陽能屋頂計(jì)劃，即投入 400 萬英鎊資助 18 個位于北愛爾蘭、蘇格蘭、威爾斯和英格蘭的公共建筑物太陽能屋頂。 20xx年，英國成為能源凈進(jìn)口國，其對進(jìn)口天然氣和石油依賴程度不斷增加的事實(shí)，促使英國政府更加致力于新能源開發(fā)與利用。為提高本國太陽能廠產(chǎn)品銷售，英國政府于 20xx 年推動新的太陽能發(fā)電補(bǔ)貼方案，又因當(dāng)年德國下調(diào)上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策，從而相應(yīng)地河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 加劇了供應(yīng)商們看好英國市場，使得其太陽能市場急速增長。 20xx 年 4 月， 英國實(shí)行太陽能光伏補(bǔ)貼，旨在促進(jìn)市場增長強(qiáng)勁。 英國通過支持性計(jì)劃，強(qiáng)制可再生能源使用比例在電力生產(chǎn)中不斷提升。通過英國政府頒發(fā)的特別綠色證書，證明發(fā)電企業(yè)的可再生電力發(fā)電是經(jīng)過許可的。 以色列實(shí)踐 以色列國土 60%多的面積位于沙漠地帶，其太陽能資源很豐富。以色列政府和科研機(jī)構(gòu)高度重視太陽能產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)研究與開發(fā)，推行了上網(wǎng)電價(jià)政策。并與歐洲、美國和澳洲等國家和地區(qū)建立了廣泛的合作關(guān)系，因此，太陽能產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)位于世界領(lǐng)先行列。早在 1980 年，為激發(fā)居民安裝太陽能熱水器的自覺性，以色列頒布了強(qiáng) 制安裝太陽能熱水器法令，即“所有建筑物的供熱水裝置或系統(tǒng)必須是由太陽能供熱，否則不得建造。促進(jìn)了太陽熱水器的普及，現(xiàn)全國家庭太陽熱水器的普及率已達(dá) 85%。 20xx 年，為普及太陽能私人發(fā)電，以色列電力部門決定對在屋頂安裝太陽能發(fā)電裝置的住戶可以將富余電力以優(yōu)惠的價(jià)格出售給國家電網(wǎng)。 以色列強(qiáng)調(diào)太陽能熱水器的強(qiáng)制安裝，即不需要政府提供財(cái)政補(bǔ)貼，而是通過政策在用戶端實(shí)施強(qiáng)制安裝，有效促進(jìn)太陽能熱水器市場的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)技術(shù)水平的提高。 第 2 章 太陽能光伏發(fā)電 將吸收的太陽能輻射熱 能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)稱為太陽能熱發(fā)電技術(shù)。太陽能熱發(fā)電技術(shù)包括兩大類型：一類是利用太陽能直接發(fā)電，這種發(fā)電技術(shù)目前或處于原理性試驗(yàn)階段，或功率很小，均未進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用；另一類是將太陽能通過熱機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，其基本組成與常規(guī)發(fā)電設(shè)備類似，只不過其熱能是從太陽能轉(zhuǎn)化而來的，這類技術(shù)已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2. 1太陽能光伏系統(tǒng)簡介 半導(dǎo)體在太陽光照射下產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象被稱為光伏效應(yīng)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng) 運(yùn)行兩種方式。 太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展歷史 早在 1839 年，法國科學(xué)家貝克雷爾 (Becqurel)就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。 1954 年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。雖然太陽能光伏發(fā)電取得了長足的進(jìn)步，但比計(jì)算機(jī)和光纖通訊的發(fā)展要慢的多。其原因可能是人們對信息的追求特別強(qiáng)烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對能源的需求。1973 年的石油危機(jī)和 90 年代的環(huán)境污染問題大大促進(jìn)了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過程簡列如下 : 1893 年法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)” 1930年朗格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。 1941 年奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。 1954 年恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽能電池，效率為 6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化嫁有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化福薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。 1955 年吉尼和羅非斯基進(jìn)行材料的光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化設(shè)計(jì)。同年，第一個光電航標(biāo)燈問世。 1957 年 硅太陽電池效率達(dá) 8%0 1958 年太陽電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒 1 號衛(wèi)星電源。 1990 年德國提出“ 1000 個光伏屋頂計(jì)劃”，每個家庭的屋頂裝 3 個 5kWp 光伏電池。 1995 年高效聚光砷化嫁太陽能電池效率達(dá) 32%， 1997 年美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計(jì)劃”，在 20xx 年以前為 100 萬戶，每戶安裝 3～ 5kWp光伏板。自 1996 年以來，世界光伏發(fā)電高速發(fā)展。表現(xiàn)在幾種主要太陽電池效率不斷提高，總產(chǎn)量年增幅保持在 30%～ 40%, 1998 年己達(dá) 200MWp。應(yīng)用范圍越來越廣，尤其是光伏技術(shù)的屋頂計(jì)劃 ，為光伏發(fā)電展現(xiàn)了無限光明的前途。 光伏系統(tǒng)基本組成 一套基本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能光伏板、充電控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成，下面對各部分的功能做一個簡單的介紹 : 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 太陽光伏板的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。太陽能光伏板一般又分為 :單晶硅電池光伏板、多晶硅電池光伏板和非晶硅光伏板 (圖 2. 1)。這些光伏板因?yàn)榻M成的不同因而具有不同的外觀和發(fā)電效率，它們的特點(diǎn)為 : (1)單晶硅光伏電池 :表面規(guī)則穩(wěn)定，通常為黑色。電池形狀為 lOcm～ 15cm 的方 形或圓形單元。效率約為 14%～ 17%。 (2)多晶硅光伏電池 :結(jié)構(gòu)清晰，通常呈藍(lán)色，晶狀結(jié)構(gòu)形成美麗的圖案。電池的尺寸可任意裁剪，可以無固定的大小單元。效率約為 12%～ 14%。 (3)非晶硅光伏電池 :具有透光性，透光度可從 5%～ 75%，當(dāng)然，隨著透光性的增加，光電池的轉(zhuǎn)化效率會隨著下降，運(yùn)用到建筑上的最理想的透光度為 25%。效率約為 5%～ 7% 。 在不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器不盡相同，其功能多少及復(fù)雜程度差別很大，這需根據(jù)系統(tǒng)的要求及重要程度來確定。充電控制器主要由 電子元件、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命 。同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。如果用戶使用直流負(fù)載，通過充電控制器還能為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電 (由于天氣的原因，太陽電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定 )。 逆變器的作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成 220伏交流電，供給交流負(fù)載使用。 蓄電池組是將太陽能光伏方陣發(fā)出直流電貯藏起來，供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負(fù)載用電外，還對蓄電池充電 。在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電， (同時(shí)方陣還要給負(fù)載用電 )，晚上負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時(shí)還要考慮價(jià)格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價(jià)格比較昂貴的鎳鍋蓄電池。 DC/AC逆變器 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 太陽能光伏系統(tǒng) 光伏系統(tǒng)的分類 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)分為二大類 :獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式。其中獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)又分為 :直流負(fù)載獨(dú)立系統(tǒng) :交流負(fù)載獨(dú)立系統(tǒng)。獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)和人口分散地區(qū)，整個系統(tǒng)造價(jià)高 。在有公共電網(wǎng)的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接并網(wǎng)運(yùn)行，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價(jià)，而且具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能。 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用 光伏技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)了人們的生活的各個方面，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛， 并且發(fā)揮著越來越大的作用。光伏發(fā)電的各種應(yīng)用包括 : (1)太空領(lǐng)域 : 光伏技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域就是在太空，它是作為人造衛(wèi)星的電源。 (2)交通領(lǐng)域 : 如航標(biāo)燈、交通 /鐵路信號燈、交通警示 /標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路 /鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。 (3)通訊 /通信領(lǐng)域 : 太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播 /通訊 /尋呼電源系統(tǒng) 。農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵 GPS 等。 (4)家庭燈具電源 : 光伏電池方陣 蓄電池組 直流負(fù)載 交流負(fù)載 控制器 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 如庭院燈、路燈、手提燈、野營 燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。 (5)光伏電站 : IOKW～ 50MW 獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光 (柴 )互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。 (6)太陽能建筑 : 將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。 可見，光伏與建筑結(jié)合是未來光伏應(yīng)用中最重要的領(lǐng)域之一，光伏電池己經(jīng)能配合建筑物的外觀或空間機(jī)能而結(jié)合成為一體，隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，光伏組件的成本會很快下降，與光伏系統(tǒng)一體化的建筑會如雨后春筍般出現(xiàn)在我們身邊。 國內(nèi)外 光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 在社會發(fā)展的歷史長河中，人類有利用太陽能進(jìn)行生產(chǎn)和生活已經(jīng)具有很長一段歷史，但是將太陽能作為一種新興的能源和動力并加以利用僅有二百多年歷史。在 20 世紀(jì) 70 年代，法國的工程師羅門 .德 .考克斯發(fā)明了第一臺由太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)，掀開了人類利用太陽能嶄新的一頁。 20 世紀(jì) 70 年代，人們意識到了化石能源在未來必然消耗殆盡，并且 在使用化石能源的過程中出現(xiàn)了許多的環(huán)境問題。為了解決在使用化石能源過程中出現(xiàn)的問題，人們開始尋找其它可以替代化石能源的新型能源。在這一時(shí)期，太陽能技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。 美國政府在 1973 年制定了太陽光發(fā)電計(jì)劃， 1980 年又將光伏發(fā)電列入公共電力計(jì)劃，向光伏發(fā)電行業(yè)投入了大量的人力和物力。 1992 年，美國政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了發(fā)展太陽能技術(shù)的長遠(yuǎn)目標(biāo)。 1996 年，在美國能源部的大力支持下，美國政府開始了一項(xiàng)“光伏建筑物計(jì)劃”，總投資約 20 億美兀。1997 年，美國又率先發(fā)起“太陽能屋頂計(jì)劃”。日 本政府在 1974 年提出了“陽光計(jì)劃”，開始發(fā)展太陽能技術(shù)。 1994 年，日本又提出“新陽光計(jì)劃’，制定了發(fā)展太陽能技術(shù)的長期計(jì)劃。日本政府相繼頒布了一系列發(fā)展包括太陽能在內(nèi) 的可再生能源的法規(guī)，這一系列政策極大地推動了該國太陽能技術(shù)的發(fā)展。德國是最先倡導(dǎo)和發(fā)展太陽能的國家之一。在 1990 年，德國政府便提出了 1000 太陽能屋頂計(jì)劃”，在 1998 年又提出了“ 10 萬太陽能屋頂計(jì)劃”，將光伏發(fā)電與建筑巧妙地結(jié)合起來。德國政府在 20xx 年頒布的“可再生能源法”極大地促進(jìn)了太陽能技術(shù)的發(fā)展，使德國的光伏發(fā)電市場從 1999年的 12MW增加到 20xx年的 130MW，同時(shí)成本降低了 20% 。 意大利、法國、瑞士、荷蘭和西班牙都有促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的相關(guān)計(jì)劃，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 并投入大量的資金發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)， 以促進(jìn)其工業(yè)化。從世界范圍內(nèi)來講，光伏發(fā)電已經(jīng)完成初期開發(fā)和規(guī)模應(yīng)用的發(fā)展，其應(yīng)用范圍幾乎遍及所有用電領(lǐng)域。各 國研究開發(fā)工作一直圍繞著降低光伏發(fā)電成本，其中研究高效率的光伏電池和各種薄膜電池是研究的熱點(diǎn)。澳大利亞新南威爾士大學(xué)研制的高效單晶硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率己高達(dá) 22%，美國、日本和德國研