【文章內(nèi)容簡介】 .一座 1000MW 的太陽能熱電站需要投資 20～ 25 億美元，平均 1kW 的投資為 2021～ 2500 美元。因此，目前只南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 7 能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。 （ 2）光 — 電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光 — 電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光 照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣 (圖 23)了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點 .太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的太陽能 光伏 發(fā)電方式有兩種方式，一種是光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光 — 電直接轉(zhuǎn)換方式。 圖 23 太陽能電池方陣 影響太陽能光伏發(fā)電的主要因素 太陽能的利用主要是利用到達地面的太陽輻射。 太陽輻射可分為兩種。一種是從光球表面發(fā)射出來的光輻射，因為它以電磁波的形式傳播光熱，所以又叫做電磁波輻射，這種輻射由可見光和不可見光組成。另一種是微粒輻射，它是帶正電荷的質(zhì)子和大致等量的帶負(fù)電荷的電子以及其他粒子所組成的粒子流，微粒輻射平時較弱，能量也不穩(wěn)定，在太陽活動極大期最為強烈，對人類和地球高層大氣有一定的影響，但是一般來說不等它輻射到地球表面上來，便在漫長的日地遙遠(yuǎn)的路途中逐漸消失了。為此太陽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。 太陽輻射穿過大氣層而到達地面時，由于大氣中空氣分子、水蒸氣和塵埃等對太陽輻射的吸收、反射 和散射，不僅使輻射強度減弱，還會改變輻射的方向和輻射的光譜分布。因此實際到達地面的太陽輻射通常是由直接輻射和散射輻射兩部分組成。直接輻射是指直接來自太陽輻射方向不發(fā)生改變的輻射；散射輻射則是被大氣反射和散射后方向發(fā)生了改變的太陽輻射。由于大氣層的存在，真正到達地球表面的太陽輻射能的大小，則受多種因素的影響，一般來說太陽高度、大氣質(zhì)量、大氣透明度、地理緯度、日照時間及海拔高度是影響的主要因素。 （ 1）太陽高度 即太陽位于地平面以上的高度角。常常用太陽光線和地平線的夾角表示（ h）。太陽高度角大，太陽高，太陽輻射 強；反之，太陽高度角小，太陽低，太陽輻射弱。 太陽高度在一天中是不斷變化的。早晨日出時最低，到正午時最高；下午又逐漸減小，到日落時最低。太陽高度在一年中也是不斷變化的，這是由于地球不僅在自轉(zhuǎn)，而且又在圍繞著太陽公轉(zhuǎn)；地球自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道平面不是垂直的，而是始終保持著一定的傾角 176。上半年，太陽從低緯度到高緯度逐漸升高，夏至太陽高度角達到最大，反之，冬至太陽高度角達到最小。 對于某一平面來說，當(dāng)太陽高度低時，光線穿過大氣的路程較長，所以能量被衰減的就較多；同時，又由于光線以較小的角度投影到該地平面上，到 達地面的能量也較小。反之，則較多。 （ 2）大氣質(zhì)量 太陽輻射穿過大氣層的路徑長短與太陽輻射的方向有關(guān)。參看圖 24 所示， A 為地球海平面上的一點，當(dāng)太陽在天頂位置 S 時，太陽輻射穿過大氣層到達 A 點的路徑為OA。太陽位于 S39。 點時，其穿過大氣層到達 A 點的路徑則為 O39。 A。 O39。 A 與 OA 之比為“大氣質(zhì)量”。它表示太陽輻射穿過地球大氣的路徑與太陽在天頂方向垂直入射時的路 徑之比，通常以符號 m 表示，并設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和 O℃時海平面上太陽垂直入射時，大氣質(zhì)量 m＝ 1。同時由圖可知： 39。1s e c s in hZOAm OA ?? ? ? (21) 式中， h 為太陽的高度角。 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，太陽輻射強度基本上是一個常數(shù)；但是在地球表面上，太陽輻射強度卻是經(jīng)常變化的，主要是由于大氣透明程度的不同引起的。大氣透明度是表征大氣對于太陽光線透過程度的一個參數(shù)，在晴朗無云的天氣，大氣透明度高，到達地面的太陽輻射量就多。在天空中云霧很多或灰塵很多時，大氣透明度就低，到達地面的太陽輻射量就少。可見，大氣透明度是與天空中云量的多少以及大氣中所含灰塵等雜質(zhì)的多少關(guān)系很大的。 （ 4）地理緯度 太陽輻射量是由低緯度向高緯度逐漸減弱的。由于不同緯度的地區(qū)太陽光到達地面所經(jīng)過的路程是不同的。緯度越低，太陽光到達地面經(jīng)過的路徑越短，那么到達地面的輻射量就大；反之，緯度越高，太陽光到達地面經(jīng)過的路徑越長，那么到達地面的輻射量就越小。 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 10 第三章 并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成 并網(wǎng) 光伏系統(tǒng)的組成和原理 光伏系統(tǒng)由以下三部分組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其它蓄能和輔助發(fā)電設(shè)備。 （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： ① 沒有轉(zhuǎn)動部件，不產(chǎn)生噪音； ② 沒有空氣污染、不排放廢水； ③ 沒有燃燒過程，不需要燃料； ④ 維修保養(yǎng)簡單，維護費用低； ⑤ 運行可靠性、穩(wěn)定性好； ⑥ 作為關(guān)鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可達到 25年以上； ⑦ 根據(jù)需要很容易擴大發(fā)電規(guī)模。 光伏系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，光伏系統(tǒng)應(yīng)用的基本形式可分為兩大類：獨立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。應(yīng)用主 要領(lǐng)域主要在太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉(zhuǎn)臺、光伏水泵和無電缺電地區(qū)戶用供電。隨著技術(shù)發(fā)展和世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要，發(fā)達國家已經(jīng)開始有計劃地推廣城市光伏并網(wǎng)發(fā)電，主要是建設(shè)戶用屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)和MW 級集中型大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等，同時在交通工具和城市照明等方面大力推廣太陽能南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 11 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。 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 的太陽能庭院燈，大到 MW 級的太陽能光伏電站。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。盡管光伏系統(tǒng)規(guī)模大小 不一，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。 (如 圖 32 所示） 圖 32并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖 光伏電池的分類及 主要參數(shù) 光伏電池的分類 如圖 33所示，太陽電池根據(jù)其使用的材料可分成硅系太陽電池、化合物系太陽電池以及有機半導(dǎo)體系太陽電池等類型。硅系太陽電池可分成結(jié)晶硅系太陽電池和非晶硅系太陽電池。而結(jié)晶硅系又可分成單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池?；衔锇雽?dǎo)體太陽電池 可分為 Ⅲ Ⅴ 族化合物 (GaAs)太陽電池、 Ⅱ Ⅵ 族化合物 (CdS/CdTe)太陽電池以及三元 (Ⅰ Ⅲ Ⅳ 族 )化合物 (CulnS受： CIS)太陽電 池等。 有機半導(dǎo)體太陽能電池可分成色素增感型太陽能電池以及有機薄膜 (固體 )太陽電池等。根據(jù)太陽電池的形式、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 33 太陽能電池的分類 太陽電池的特性一般包括太陽電池的輸入輸出特性、分光特性、照度特性以及溫度特性，本文主要討論太陽能電池的電學(xué)特性即輸入輸出特性。太陽電池的種類多，大小不一。太陽電池到底有多大的能力能將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能，從以下的特性 可以得知。圖 34為太陽電池的輸入輸出特性，也稱為太陽電池的電壓 電流特性。圖中的實線為太陽電池被光照射時的電壓 電流特性，虛線為太陽電池未被光照射時的電壓 電流特性。 圖 34 太陽能電池的 UI特性 圖 35 UI特性曲線和 UP特性曲線 圖 35 顯示了在光照強度 G=1000W/M環(huán)境溫度 T=25℃時典型多晶硅光伏電池太陽能電池 色素增感太陽能