【正文】 薄膜電池技術(shù)： 盡管2002年BP公司關(guān)閉了其蹄化鍋薄膜電池生產(chǎn)線，世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)薄膜的電池的興趣仍十分濃厚。國(guó)際上在薄膜電池的研究方面己經(jīng)有了突破性的進(jìn)展，其生產(chǎn)成本己經(jīng)接近每瓦1美元，銷售價(jià)在每瓦2美元左右。其成本隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，存在大幅度降低的可能。預(yù)計(jì)到2020年或2030年，薄膜電池將極有可能成為太陽(yáng)電池的主導(dǎo)產(chǎn)品之一，其成本可以降到每瓦1美元以下。 目前，薄膜電池技術(shù)主要有兩大系列：硅薄膜電池和非硅薄膜電池。在:三佳薄膜電池中，以磅化福和銅錮硒薄膜電池為主。蹄化鍋薄膜電池優(yōu)勢(shì)比較明顯，其電池效率已經(jīng)達(dá)到16%，組件效率超過(guò)10%，年產(chǎn)100MWp的生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)。我國(guó)在薄膜電池領(lǐng)域應(yīng)關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)如下: (1) 生產(chǎn)裝備或工作母機(jī)的研究與開(kāi)發(fā):現(xiàn)有薄膜電池的原理和制備工藝都比較明確，關(guān)鍵在于將實(shí)驗(yàn)室的原理和工藝在工業(yè)規(guī)模上的實(shí)現(xiàn)。 (2) 探索新的薄膜電池技術(shù):目前的薄膜電池技術(shù)仍然受到原材料來(lái)源的限制，不斷探索新的薄膜電池材料和制備技術(shù)工藝是在太陽(yáng)電池方面有所突破的關(guān)鍵。逆變器的功能是將太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為頻率50Hz的交流電，具有與公共電網(wǎng)一致的正弦波型交流電。它是整流的逆向過(guò)程，所以稱之為“逆變”。 逆變器的原理是：使用具有開(kāi)關(guān)特性的全控功率器件，通過(guò)一定的控制邏輯，由主控電路周期性地對(duì)功率器件發(fā)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，再經(jīng)變壓器耦合升（或降)壓、整形濾波就得到需要的交流電。 逆變技術(shù)的原理早在1931年就得到研究，從1948年美國(guó)西屋電氣公司研制出第一臺(tái)3kHz感應(yīng)加熱逆變器至今己有近60年歷史了，而晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。到了20世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管(GT)、電力晶體管((BJT)的問(wèn)世使得逆變技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。到了20世紀(jì)80年代，功率場(chǎng)效應(yīng)管(MSFET)、絕緣柵極晶體管((IGBT)、MOS控制晶閘管(MCT)以及靜電感應(yīng)功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，電力電子器件的發(fā)展為逆變技術(shù)高頻化、大容量化創(chuàng)造了條件。進(jìn)入80年代后，逆變技術(shù)從應(yīng)用低速器件、低開(kāi)關(guān)頻率逐漸向采用高速器件、提高開(kāi)關(guān)頻率的方向發(fā)展。逆變器的體積進(jìn)一步減小，逆變效率進(jìn)一步提高，正弦波逆變器的品質(zhì)指標(biāo)也得到很大提高。 微電子技術(shù)的發(fā)展為逆變技術(shù)的實(shí)用化創(chuàng)造了平臺(tái)，傳統(tǒng)的逆變技術(shù)需要通過(guò)許多分立元件或模擬集成電路加以完成，隨著逆變技術(shù)復(fù)雜程度的增加，所需處理的信息量越來(lái)越大，而微處理器的誕生滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從8位的帶有PWM口的微處理器到16位單片機(jī)，發(fā)展到今天的32位DSP器件，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊邏輯控制等在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用。 總之，逆變技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展而發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)，逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。 以IGBT為代表的新型功率器件其技術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)企業(yè)基本上沒(méi)有生產(chǎn)能力，中國(guó)市場(chǎng)需求的新型電力電子半導(dǎo)體器件基本依靠進(jìn)口?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)IGBT功率器件市場(chǎng)主要被歐美、日本企業(yè)所壟斷。并網(wǎng)逆變器均是正弦波逆變器，并具有最大功率跟蹤系統(tǒng)，以保障光伏系統(tǒng)始終工作在最大功率點(diǎn)。正弦波逆變器的特點(diǎn)是：綜合技術(shù)性能好，功能完善，但線路復(fù)雜，普遍采用脈寬調(diào)制技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是。輸出波形好，失真度很低，對(duì)通信設(shè)備無(wú)干擾，噪聲也很低，應(yīng)用范圍廣，整機(jī)保護(hù)功能齊全，效率高。缺點(diǎn)是線路相對(duì)復(fù)雜，對(duì)維修技術(shù)要求高，價(jià)格昂貴。 并網(wǎng)逆變器還有對(duì)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)功能，能與電網(wǎng)保持相同相位和頻率，在電網(wǎng)停電時(shí)能及時(shí)將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi)，避免繼續(xù)對(duì)電網(wǎng)供電造成事故，在電網(wǎng)恢復(fù)通電后能及時(shí)恢復(fù)向電網(wǎng)送電，即具有可靠的“防孤島效應(yīng)”功能。 目前，國(guó)際上市場(chǎng)化的逆變器的最大容量為1MW。其中，500kW和1 MW逆變器在國(guó)外已有較多的工程業(yè)績(jī)，沒(méi)有不利的質(zhì)量信息。目前國(guó)外有一定數(shù)量的大型并網(wǎng)光伏電站在建設(shè)和規(guī)劃，間接可說(shuō)明國(guó)外大型逆變器在工程項(xiàng)目的應(yīng)用已不存在大的技術(shù)問(wèn)題。 目前，國(guó)產(chǎn)最大的并網(wǎng)逆變器目前是500kW，更大容量的并網(wǎng)逆變器還未見(jiàn)到。國(guó)產(chǎn)逆變器從性能參數(shù)上給出了較高的值，但目前實(shí)際應(yīng)用的案例較少，其可靠性還需要進(jìn)一步試驗(yàn)和考驗(yàn)。 根據(jù)所了解的并網(wǎng)逆變器的產(chǎn)業(yè)信息，大型逆變器的生產(chǎn)主要取決于市場(chǎng)的需求，項(xiàng)目的供貨不存在問(wèn)題。逆變器關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展總是伴隨和跟蹤電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新型功率器件、模塊電源技術(shù)等發(fā)展趨勢(shì)。從這幾項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展可推測(cè)逆變器關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向：新型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、智能控制技術(shù)的應(yīng)用、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合、高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、智能檢測(cè)與保護(hù)技術(shù)、模塊化技術(shù)的應(yīng)用與改進(jìn)、“孤島”保護(hù)、電磁兼容性更好等。其目標(biāo)就是逆變器系統(tǒng)的效率更高、成本更低。按照與負(fù)載供電的形式不同，并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分成兩個(gè)大類。一類是直接向負(fù)載供電的小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于低壓并網(wǎng)系統(tǒng)。另一類是直接向電網(wǎng)供電的大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于高壓并網(wǎng)系統(tǒng)。 小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)不同的系統(tǒng)構(gòu)成、不同的使用目的又可分成各種系統(tǒng)，如逆流型的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。 逆流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)井網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的低壓交流電之后直接接入用戶電網(wǎng)，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電力除了供給用戶的交流負(fù)載外，多余的電力可反饋給低壓公共電網(wǎng)。在陰雨天和夜間，太陽(yáng)電池組件沒(méi)有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負(fù)載要求時(shí)，由低壓公共電網(wǎng)供電。逆流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池蓄能和釋放的過(guò)程，可以充分利用光伏系統(tǒng)發(fā)出的電力，從而減小了電力傳輸?shù)膿p耗，并降低了系統(tǒng)的成本。目前，小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)很成熟，其并網(wǎng)系統(tǒng)的電能輸出點(diǎn)為所在低壓(內(nèi))電網(wǎng)，對(duì)大電網(wǎng)干擾較小。這種系統(tǒng)在歐洲和日本應(yīng)用廣泛，國(guó)內(nèi)也在積極推廣。上海電氣臨港的200kW和云南電網(wǎng)試驗(yàn)研究院的160kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)是典型的小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有很好的示范作用。 臨港的系統(tǒng)構(gòu)成如下:臨港200kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，在辦公樓設(shè)置約60kW晶體硅太陽(yáng)電池組件，理化計(jì)量樓設(shè)置約140k W晶體硅太陽(yáng)電池組件，共計(jì)使用了170Wp的太陽(yáng)電池754塊，180Wp的太陽(yáng)電池370塊。設(shè)置了51臺(tái)6種功率的并網(wǎng)逆變器，其中辦公樓15臺(tái)、理化計(jì)量樓36臺(tái)。并分別在辦公樓和理化計(jì)量樓設(shè)置了一臺(tái)中繼柜和I個(gè)配電柜，各自形成一個(gè)獨(dú)立的并網(wǎng)系統(tǒng)。 臨港200kW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)太陽(yáng)電池方陣和逆變器的輸出功率不同，必須分別在辦公樓和理化計(jì)量樓的中繼柜內(nèi)把逆變器的輸出功率重新組合，形成大體均衡的A, B, C三相380V電源，再分別連接到辦公樓和理化計(jì)量樓的太陽(yáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的專用配電柜上，最后通過(guò)保護(hù)開(kāi)關(guān)與局域電網(wǎng)連接。 大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般指MWp級(jí)及以上的光伏發(fā)電站，其中幾十MWp及以上的光伏電站又可稱之為超大規(guī)模光伏發(fā)電站。大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不直接向負(fù)載供電，主要特點(diǎn)是太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電并經(jīng)升壓變壓器升壓后，接入大電網(wǎng)(即高壓電網(wǎng))。預(yù)計(jì)未來(lái)，人們將在沙漠、荒地上，發(fā)展建設(shè)更多、更大的大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)而言，太陽(yáng)電池組件串聯(lián)電壓一般都高達(dá)700~1000VDC，這就要求太陽(yáng)電池組件的耐壓值要超過(guò)1000VDC。對(duì)于大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，其防雷接地、系統(tǒng)監(jiān)控及預(yù)警等，需要有更高、更嚴(yán)格的要求。目前，大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)正處于發(fā)展過(guò)程中，起步時(shí)間晚，技術(shù)起點(diǎn)高。 2004年8月，Shell Solar在德國(guó)Leipziger建成了世界上當(dāng)時(shí)最大的5MWp并網(wǎng)光伏電站。該電站由33500塊單晶硅太陽(yáng)電池組件組成，配備了4組3x340kW并網(wǎng)逆變器，并以主/從/從方式工作。1)最大功率跟蹤: 眾所周知，當(dāng)日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度變化時(shí)，太陽(yáng)電池的輸出電壓和電流呈非線性關(guān)系變化，其輸出功率也隨之改變。當(dāng)太陽(yáng)電池應(yīng)用于不同的負(fù)載時(shí)，太陽(yáng)電池輸出阻抗與負(fù)載阻抗的不匹配，使得光伏系統(tǒng)輸出功率降低。 對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，直接的負(fù)載和電網(wǎng)都可以看成是光伏系統(tǒng)的負(fù)載。為了充分利用太陽(yáng)能，光伏發(fā)電系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)最大功率的跟蹤}MPPT)，即跟蹤太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)。最大功率的跟蹤(MPPT)無(wú)論對(duì)于獨(dú)立型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，還是對(duì)于并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)都是一個(gè)重要的問(wèn)題。 目前，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤(MPPT)的有效辦法是在太陽(yáng)電池輸出端與負(fù)載之間加入開(kāi)關(guān)變換電路，利用開(kāi)關(guān)變化電路對(duì)阻抗的變換原理，使得負(fù)載的等效阻抗跟隨太陽(yáng)電池的輸出阻抗，從而使得太陽(yáng)電池輸出功率最大。常用的最大功率跟蹤方法有: (1)恒定電壓法:即認(rèn)為太陽(yáng)電池輸出電壓在光照等條件改變時(shí)的變化很小，只需找到某一個(gè)工作點(diǎn)，使得其輸出電壓維持在最大功率點(diǎn)附近。顯然，這種方式的誤差比較大，其控制簡(jiǎn)單、可靠性高、穩(wěn)定性好、容易實(shí)現(xiàn)。有資料顯示，采用恒定電壓跟蹤后，比一般光伏系統(tǒng)可多獲得20%的電能。這種跟蹤方式?jīng)]有考慮溫度對(duì)太陽(yáng)電池陣列開(kāi)路電壓的影響，一般來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻照度對(duì)太陽(yáng)電池的結(jié)溫影響最大。對(duì)常規(guī)單晶硅太陽(yáng)電池，環(huán)境溫度每升高1 ℃，~%,這表明太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓將隨環(huán)境溫度的變化而變化。因此，恒定電壓法不適于早晚和四級(jí)溫差變化劇烈的地區(qū)，它不能在所有可能的溫度環(huán)境下完成最大功率跟蹤。隨著光伏系統(tǒng)控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)及微處理化，該方法將逐漸被新的方法所代替。(2)擾動(dòng)觀察法:擾動(dòng)觀察法是目前最常用的方法，它通過(guò)周期性地給太陽(yáng)能電池輸出電壓進(jìn)行擾動(dòng)(增加或減少一個(gè)的變化量)，比較其輸出功率與前一周期的輸出功率的大小，如果功率增加，在下一個(gè)周期以同樣的方式擾動(dòng)，否則改變擾動(dòng)的方向。改變的過(guò)程實(shí)際是一個(gè)功率尋優(yōu)的過(guò)程，可使太陽(yáng)電池的工作點(diǎn)始終在最大功率點(diǎn)附近擺動(dòng)，但不能穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)上，不能將太陽(yáng)電池輸出功率與實(shí)際的最大功率點(diǎn)比較，這是這種跟蹤方式的缺點(diǎn)。其跟蹤精度優(yōu)于恒定電壓法。 (3)導(dǎo)納增量法: 導(dǎo)納增量法的原理是根據(jù)太陽(yáng)電池輸出的伏安特性曲線，在最大功率點(diǎn)處必定有dP/dV = 0，即滿足dI/dV =I/V。 導(dǎo)納增量法可以決定是否已經(jīng)達(dá)到最大功率點(diǎn)，作點(diǎn)的擾動(dòng)。這就避免了在最大功率點(diǎn)(MPP)左右振蕩，且能氮更快速跟蹤。因此，這種方法在理論上要比擾動(dòng)觀察法好，能適應(yīng)日照強(qiáng)度的快速變化，并根據(jù)最大功率點(diǎn)的電壓來(lái)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)最大功率 點(diǎn)跟蹤。由于傳感器的精密度等因素，導(dǎo)納增量法實(shí)現(xiàn)的難度相對(duì)要大一些。 目前，在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，逆變器己將最大功率跟蹤集成在逆變器內(nèi)部的控制系統(tǒng)中，己無(wú)需外加變換電路。 2)系統(tǒng)安全保護(hù): 根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的要求，逆變器需配置如下一些安全保護(hù)功能:輸出過(guò)載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、輸入接反保護(hù)、直流過(guò)電壓保護(hù)、直流接地故障保護(hù)、交流過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)、高周波和低周波保護(hù)、裝置自身保護(hù)以及防“孤島”保護(hù)等。 防“孤島”保護(hù)，是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)需要設(shè)置的特殊功能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如電網(wǎng)監(jiān)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)超出要求時(shí)或者電網(wǎng)突然斷開(kāi)時(shí)，防“孤島”保護(hù)功能能自動(dòng)斷開(kāi)并網(wǎng)光伏逆變器與電網(wǎng)的連接，以保證電網(wǎng)、設(shè)備和電網(wǎng)維護(hù)人員的安全。 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)防“孤島”保護(hù)的研究已經(jīng)做了大量的工作，對(duì)“孤島的檢測(cè)已提出了比較有效的方法，如被動(dòng)式和主動(dòng)式檢測(cè)法。被動(dòng)式檢測(cè)方法是指:實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的輻值、頻率和相位，當(dāng)電網(wǎng)失電時(shí)，會(huì)在電網(wǎng)電壓的輻值、頻率和相位參數(shù)上產(chǎn)生跳變信號(hào)，通過(guò)跳變信號(hào)來(lái)判斷電網(wǎng)是否失電。主動(dòng)式檢測(cè)法有多種方式，其中一種是在逆變系統(tǒng)中加入固定的無(wú)功補(bǔ)償來(lái)起到檢測(cè)孤島狀態(tài)的作用:并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載端電壓受電網(wǎng)電壓鉗制，而不受逆變器輸出的無(wú)功功率多少的影響。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入孤島狀態(tài)時(shí)，逆變器輸出的無(wú)功功率和負(fù)載功率需求不匹配，負(fù)載電壓幅值或者頻率將發(fā)生變化，逆變器對(duì)負(fù)載的無(wú)功隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，并向電網(wǎng)提供部分無(wú)功補(bǔ)償電流，在逆變器輸出無(wú)功功率與負(fù)載要求不一致，導(dǎo)致電壓幅值和頻率超過(guò)限定值，這樣就可判斷系統(tǒng)是否失電，從而實(shí)現(xiàn)防“孤島”保護(hù)。 并網(wǎng)逆變器檢測(cè)到電網(wǎng)失電后，會(huì)立即停止工作。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，并網(wǎng)逆變器并不會(huì)立即投入運(yùn)行，而是需要持續(xù)檢測(cè)電網(wǎng)信號(hào)在一段時(shí)間(如90s)內(nèi)完全正常后，才重新投入工作。 需要指出的是，任何一種檢測(cè)“孤島”的方法均有其局限性，需要嚴(yán)格加強(qiáng)電站管理運(yùn)行，如停電檢修時(shí)必須先斷開(kāi)并網(wǎng)逆變器。同時(shí)，逆變器均帶 有隔離變壓器，使得逆變器的交流輸出與交流電網(wǎng)之間形成電氣隔離。直流側(cè)的太陽(yáng)電池組件陣列為“浮地”，正負(fù)級(jí)與地之間都沒(méi)有電氣連接，且逆變器在運(yùn)行過(guò)程中，隨時(shí)檢測(cè)直流正負(fù)級(jí)的對(duì)地阻抗，從而保證直流側(cè)的短路故障不會(huì)影響到電網(wǎng)。 3)無(wú)功補(bǔ)償功能: 將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的功能拓展可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)、有功調(diào)節(jié)、無(wú)功補(bǔ)償及濾波功能，在硬件上一般不需要作較多的變更，就可以實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的多功能應(yīng)用，使并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出能自動(dòng)跟蹤公共電網(wǎng)的電壓、頻率、相位等實(shí)時(shí)參數(shù)，隨時(shí)調(diào)節(jié)其交流輸出功率、電流、電壓、諧波、頻率和相位，使之與電網(wǎng)相匹配，從而為改善電網(wǎng)質(zhì)量提供更多的途徑。 4)通信網(wǎng)絡(luò)信息交換交換功能: 隨著太陽(yáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)從獨(dú)立系統(tǒng)、向單一負(fù)載供電，逐漸發(fā)展為并網(wǎng)系統(tǒng)向區(qū)域電網(wǎng)供電，光伏電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、與電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換和傳遞