【正文】 薄膜多晶硅單晶硅表 1 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率太陽能電池作為將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的主要轉(zhuǎn)換器件，它的轉(zhuǎn)換效率取決于諸多因素，如溫度、光照情況、負(fù)載參數(shù)等．在一定條件下，根據(jù)負(fù)載匹配原理適當(dāng)調(diào)整匹配參數(shù)，使太陽能 電池出力達(dá)到最大是太陽能電池的最大功率點(diǎn)問題（Maximum Power Point，簡稱MPP ）。在中等規(guī)模太陽能發(fā)電系 統(tǒng)中， 還應(yīng)考慮太陽跟蹤技術(shù)所產(chǎn)生的發(fā)電效益。而 負(fù)載很難為了迎合最大功率點(diǎn)的要求去調(diào)整它的阻抗，所以目前普遍的做法是在太陽能電池板和負(fù)載之間加入DCDC 轉(zhuǎn)換電路，使輸入和輸出阻抗實(shí)現(xiàn)匹配。a. Buck 電路分析典型的Buck 電路如圖3 所示，它是一種降壓電路，輸出電壓Vo 低于或等于輸入電壓Vi。由于Buck電路的 輸出電壓Vo不可能高于輸入電壓Vi，根據(jù)（2）式得Dc1。根據(jù)以上分析得出如下結(jié)論：假設(shè)太陽能電池板在一定條件下的最大功率點(diǎn)為Pm （Vm，Im），其等值 阻抗Rm=Vm/Im, 只有在負(fù)載阻抗?jié)M足RoRm的條件下才能實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤。OB代表一種負(fù)載 特性，其等值電阻Ro1Rm；OA代表另一種負(fù)載 特性，其等值電阻Ro2Rm．顯然根據(jù)前面的結(jié)論，只有在后一種情況下才可能通過調(diào)整S開關(guān)的占空比 實(shí)現(xiàn)MPP 跟蹤．因 為在太陽能電池板輸出特性的DP段滿足VoVi ，而此段有 RoRm。 類似于Buck電路的分析方法，對Boost電路，前面的（1）~（5）式完全相同，只是對Boost 電路而言Dc1，因此其結(jié)論為：假定太陽能電池板在一定條件下的最大功率點(diǎn)為Pm （Vm,Im），其等值阻抗Rm=Vm/Im ，只有在負(fù)載阻抗RoRM的條件下才能實(shí)現(xiàn)MPP跟蹤。 Boost電路如圖4所示，8圖5 Boost電路c. SEPIC電路分析典型的SEPIC電路如圖6所示，它的輸入電壓和輸出電壓可以為任意比例，其計算式為Vo/Vi=а/1а，（6 ）其中表示S開關(guān)的占空比，即ton=T ，T為S 開關(guān)的周期．由（6）式可知，改變既可以使VoVi，也可以使VoVi．SEPIC 電路的這一特性顯然更具靈活性，目前SEPIC電路在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中被廣泛采用. SEPIC 電路如 圖6所示，圖6 SEPIC 電路2)充放 電控制器主要對蓄電池組實(shí)施監(jiān)控,是 能 自 動 防 止 蓄 電 池 過 充 電 和過 放 電 的 設(shè) 備 。 RRPCA2 和 J1 組成過充電壓檢測比較控制電路；RRPCA4 和 J2 組成過放電壓檢測比較控制電路?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器 LM371 提供給LM393 穩(wěn)定的８Ｖ工作電壓 。當(dāng)太陽光照射的時候，硅太陽電池組件產(chǎn)生的直流電流經(jīng)過 J11 常閉觸點(diǎn)和 R1，使 LED1 發(fā)光，等待對蓄電池進(jìn)行充電；Ｋ閉合，三端穩(wěn)壓器輸出８Ｖ電壓，電路開始工作，過充電壓（＞ ）檢測比較控制電路和過放電壓（＜）檢測比較控制電路同時對蓄電池端電壓進(jìn)行檢測比較。蓄電池逐 漸被充滿，當(dāng)其端 電壓 大于預(yù)先設(shè)定的過充電壓值時，A1 的⑥腳電位低于⑤ 腳電位，⑦腳輸出高電位使Ｑ1 導(dǎo)通，Q2 截止， LED２熄滅，J1 釋放，JI1 斷開充 電回路，發(fā)光，指示停止充電。其常閉觸點(diǎn) J21 閉合，LED4 發(fā)光，指示負(fù)載工作正常；蓄電池對負(fù)載放電時端電壓會逐漸降低，當(dāng)端電壓降低到小于預(yù)先設(shè)定的過放電壓值時，A2 的③腳電位低于②腳電 位， ①腳輸出低電位使 Q3 截9止，Q4 導(dǎo)通，LED3 發(fā)光指示過放電， J2 動作，其接點(diǎn) J21 斷開，正常指示燈LED4 熄滅。閉合Ｋ，蓄電池又充電。太 陽 能 電 池 發(fā) 電 對 所 用 蓄 電 池 組 的 基 本 要 求 是 ： 放 電 率低 ； 用 壽 命 長 ； 放 電 能 力 強(qiáng) ； 電 效 率 高 ； 維 護(hù) 或 免 維 護(hù) ； 作溫 度 范 圍 寬 ； 格 低 廉 。4)逆 變 器 是 將 直 流 電 轉(zhuǎn) 換 成 交 流 電 的 設(shè) 備 。逆 變 器 按 運(yùn) 行 方 式 ，可 分 為 獨(dú) 立 運(yùn) 行 逆 變 器 和 并 網(wǎng) 逆 變 器 。并 網(wǎng) 逆 變 器 用 于 并 網(wǎng) 運(yùn) 行 的 太 陽 能 電池 發(fā) 電 系 統(tǒng) ?；芈? 以使達(dá)到穩(wěn)壓和過流保護(hù)的目的。5)太 陽 跟 蹤 控 制 系 統(tǒng) 由 于 相 對 于 某 一 個 固 定 地 點(diǎn) 的 太 陽 能 光 伏 發(fā) 電 系統(tǒng) ，一 年 春 夏 秋 冬 四 季 、每 天 日 升 日 落 ，太 陽 的 光 照 角 度 時 時 刻 刻 都 在 變 化 ，如 果 太 陽 能 電 池 板 能 夠 時 刻 正 對 太 陽 ，發(fā) 電 效 率 才 會 達(dá) 到 最 佳 狀 態(tài) 。采 用的 是 電 腦 數(shù) 據(jù) 理 論 ，需 要 地 球 經(jīng) 緯 度 地 區(qū) 的 的 數(shù) 據(jù) 和 設(shè) 定 ，一 旦 安 裝 ，就 不便 移 動 或 裝 拆 ，每 次 移 動 完 就 必 須 重 新 設(shè) 定 數(shù) 據(jù) 和 調(diào) 整 各 個 參 數(shù) ；原 理 、電路 、技 術(shù) 、設(shè) 備 復(fù) 雜 ，非 專 業(yè) 人 士 不 能 夠 隨 便 操 作 。檢 測 部 件 產(chǎn) 生 反 饋 信 號 到 計 算 機(jī) 。控 制 系 統(tǒng) 的 整 體 結(jié) 構(gòu) 框 圖 如 圖 11 所 示 ，G SR41K R81KG SC4100uF1A12V220V68uF68uFR3R510K40691KVCC信信信信11圖10 太陽跟蹤控制系統(tǒng)圖本系統(tǒng)是同時采用視日運(yùn)動軌跡跟蹤方法和光電跟蹤方法來完成一次跟蹤。調(diào)整后的預(yù)修正量作為第三步跟蹤動作的預(yù)修正量，每步跟蹤的 預(yù)修正量Δаs、Δ?s與上一步的預(yù)修正量Δаso、Δ?so和 調(diào)整量Δа、Δ? 的關(guān)系如下式所示:Δаs =Δаso+Δа，Δ?s=Δ?so+Δ?。Δаso、Δ?so—上一步高度角、方位角的 預(yù)修正量。當(dāng)調(diào)整電機(jī)正轉(zhuǎn)時調(diào)整量為正，反之為負(fù)。當(dāng)視 日理論軌跡аs、 ?s和預(yù)修正 Δаs、Δ?s，確定的跟蹤誤差足夠小時，調(diào)整量為零Δа、Δ?，不再對預(yù)修正量 進(jìn)行調(diào)整。然后采用光電跟蹤的方法，傳感器光敏二極管感應(yīng)太陽光強(qiáng)度，然后由光電檢測電路產(chǎn)生反饋信號到計算機(jī)，控制程序運(yùn)行相應(yīng)處理反饋信號的代碼輸出脈沖信號，調(diào)整電機(jī)的角度，使太陽能采光板的平面再次與入射光線垂直，此次12調(diào)整電機(jī)再次轉(zhuǎn)動的角度作為預(yù)修正量的調(diào)整量。至此，系統(tǒng)完成一步跟蹤動作。Δаs、Δ?s—高度角方位角的預(yù)修正量；Δа、Δ?—高度角、方位角的調(diào)整量。當(dāng)光線強(qiáng)度不夠時，或者視日運(yùn)動軌跡理論計算值和預(yù)修正量確定的跟蹤誤差足夠小時，由于光電檢測電路不產(chǎn)生信號，光 電跟蹤方法的產(chǎn)生調(diào)整量為零，系 統(tǒng)以視日運(yùn)動軌跡理 論計算值和既定的預(yù)修正量進(jìn)行跟蹤，此時的跟蹤角度可以認(rèn)為是最佳角度。系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置即采光板正面正對當(dāng)?shù)卣戏剑宜降奈恢?。隨著政府的政策扶植和投資者增加,目前光伏發(fā)電進(jìn)入了一個快速發(fā)展期,但總體來看, 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,主要是由于太陽能發(fā)電初期投資大,控制成本高,而太陽能轉(zhuǎn)化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。 二是提高系統(tǒng)控制技術(shù), 如達(dá)到光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合、 實(shí)現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤等。 四是研究光伏 發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用, 保證供電持續(xù)性。采 用 太 陽 能 熱 發(fā) 電 技 術(shù) ，避 免 了 昂 貴 的 硅 晶 光 電 轉(zhuǎn) 換 工 藝 ，可 以 大 大 降 低 太 陽 能 發(fā) 電 的 成 本 。通過集熱裝置將太陽輻射的熱能集中, 驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。集熱系統(tǒng)聚集太陽能后, 經(jīng)過熱傳輸系統(tǒng)將熱能傳給熱機(jī), 并由熱機(jī)產(chǎn)生動力,帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。(2) 太陽能熱電 裝置工作原理a. 太陽輻射能量q=∫E(λ)dλ (W/㎡)式中，E(λ)經(jīng)過大氣層吸收后的太陽光譜的輻照度。在太陽輻射通過大氣層后，由于空氣以及塵 埃的吸收，會有一定的 損 失，當(dāng)其到達(dá)地面 時，強(qiáng)度大小為835W/ ㎡。它主要由聚光鏡和熱電裝置組成。 A2—裝置接收面積。若定義A1/A2的比值為聚光比Cg， 則聚光后的熱流密度可表示為q0=. Cg。 另一種方法是直接利用太陽熱能, 稱為聚熱式。 采用后種方式的有太陽煙囪和太陽池等發(fā)電技術(shù)。槽 式 太 陽 能 熱 發(fā) 電 系 統(tǒng) 全 稱 為 槽 式 拋 物 面 反 射 鏡 太 陽 能 熱 發(fā) 電 系 統(tǒng) ，是 將 多 個 槽 型 拋 物 面 聚 光 集 熱 器 經(jīng) 過 串 并 聯(lián) 的 排 列 ，加 熱 工 質(zhì) ，產(chǎn) 生 高 溫 蒸汽 ，驅(qū) 動 汽 輪 機(jī) 發(fā) 電 機(jī) 組 發(fā) 電 。進(jìn) 入 21 世 紀(jì) ，聯(lián) 合 攻 關(guān) 隊 伍 ，在 太 陽 能 熱 發(fā) 電 領(lǐng) 域 的 太 陽 光 方位 傳 感 器 、自 動 跟 蹤 系 統(tǒng) 、槽 式 拋 物 面 反 射 鏡 、槽 式 太 陽 能 接 收 器 方 面 取 得了 突 破 性 進(jìn) 展 。更 為 重 要 的 是 ，該 設(shè) 備技 術(shù) 突 破 了 以 往 一 套 控 制 裝 置 只 能 控 制 一 面 反 射 鏡 的 限 制 。同 時 對 集 熱 核 心部 件 鏡 面 反 射 材 料 ，以 及 太 陽 能 中 高 溫 直 通 管 采 取 國 產(chǎn) 化 市 場 化 生 產(chǎn) ，降 低了 成 本 ，并 且 在 運(yùn) 輸 安 裝 費(fèi) 用 上 降 低 大 量 費(fèi) 用 。太 陽 能 塔 式 發(fā) 電 是 應(yīng) 用 的 塔 式 系 統(tǒng) 。它 是 在很 大 面 積 的 場 地 上 裝 有 許 多 臺 大 型 太 陽 能 反 射 鏡 ，通 常 稱 為 定 日 鏡 ，每 臺 都各 自 配 有 跟 蹤 機(jī) 構(gòu) 準(zhǔn) 確 的 將 太 陽 光 反 射 集 中 到 一 個 高 塔 頂 部 的 接 受 器 上 。在 這 里 把 吸 收 的 太 陽 光 能 轉(zhuǎn) 化 成 熱 能 ，再 將 熱 能 傳 給 工 質(zhì) ，經(jīng) 過 蓄 熱 環(huán) 節(jié) ，再 輸 入 熱 動 力 機(jī) ，膨 脹 做 工 ，帶 動 發(fā) 電機(jī) ，最 后 以 電 能 的 形 式 輸 出 。太 陽 能 碟 式 發(fā) 電 也 稱 盤 式 系 統(tǒng) 。由 于 盤 狀 拋 物 面 鏡 是 一種 點(diǎn) 聚 焦 集 熱 器 ，其 聚 光 比 可 以 高 達(dá) 數(shù) 百 到 數(shù) 千 倍 ，因 而 可 產(chǎn) 生 非 常 高 的 溫度 。三 種 系 統(tǒng) 均 可 單 獨(dú) 使 用 太 陽 能 運(yùn) 行 ，安裝 成 燃 料 混 合 （如 與 天 然 氣 、生 物 質(zhì) 氣 等 ）互 補(bǔ) 系 統(tǒng) 是 其 突 出 的 優(yōu) 點(diǎn) ，其 性 能比 較 如 表 2 所 示 ，表 2 三 種 太 陽 能 熱 發(fā) 電 系 統(tǒng) 性 能 比 較 槽式系統(tǒng) 塔式系統(tǒng) 碟式系統(tǒng)規(guī)模 30320 兆瓦 1020 兆瓦 525 兆瓦運(yùn)行溫度（℃） 390/734 565/1049 750/1382年容量因子 23%50% 20%77% 25%峰值效率 20% 23% 24%年凈效率 11%16% 7%20% 12%25%可否儲能 有限制 可以 蓄電池互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計 可以 可以 可以美元/平方米 630~275 475~200 ~320美元 /瓦 ~ ~ ~美元 /峰瓦 ~ ~ ~16(3)太陽熱發(fā)電 系統(tǒng)的問題及對策太陽熱發(fā)電系統(tǒng)一般都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng),只有做成幾十到幾百兆瓦級的發(fā)電站, 成本才可能降下來。同時發(fā)電產(chǎn)業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?建立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng), 既節(jié)約成本,又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。而在實(shí)際應(yīng)用中, 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率比較低, 大約20% , 80% 照射到電池表面上的太陽能未能 轉(zhuǎn)換為有用能量, 相當(dāng)一部分能量轉(zhuǎn)化成為熱能, 使電池溫度升高, 導(dǎo)致電池效率下降。由此可以大膽構(gòu)造出一個太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電相結(jié)合的聯(lián)合系統(tǒng)。依據(jù)上述構(gòu)想, 可以設(shè)計這樣一種聯(lián)合的發(fā)電系統(tǒng), 其原理結(jié)構(gòu)圖如圖15所示，圖15 光伏與光熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng)由太陽能電池板和集熱器組合陣列、蓄能裝置、低溫渦輪發(fā)電機(jī)、蓄電池、控制器、逆變器以及負(fù)載組成。低溫 渦輪發(fā)電機(jī)是一種特殊的渦輪電機(jī), 它在低溫15 ℃ 左右時仍能 夠發(fā)電。同時吸熱管將吸收太陽熱能,將產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)傳輸設(shè)備送到蓄能裝置儲存起來。在理想的條件下,若系統(tǒng)的配置足夠合理，可以保證向負(fù)載24h 供電,解決太陽能發(fā)電不連續(xù)的弱點(diǎn)。閉環(huán)系統(tǒng)如埋盤管方式( 垂直埋管或水平埋管)，地表水安置換熱器方式。此外，還有一種“直接膨脹式”，它不像上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個 換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進(jìn)行換熱。地源 熱 泵 通 常 是 指 能 轉(zhuǎn) 移 地 下 土 壤 中 熱 量 或 者 冷 量 到 所 需 要 的 地 方 。地 源 熱 泵 還 利 用 了 地 下 土 壤 巨 大的 蓄 熱 蓄 冷 能 力 ,冬 季 地 源 把 熱 量 從 地 下 土 壤 中 轉(zhuǎn) 移 到 建 筑 物 內(nèi) ,夏 季 再 把地 下 的 冷 量 轉(zhuǎn) 移 到 建 筑 物 內(nèi) ,一 個 年 度 形 成 一 個 冷 熱 循 環(huán) 。在制冷劑的循環(huán)回路中，壓縮 機(jī)吸入溫度較高的低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮成為高溫高壓的氣體，再將這些高溫高壓氣體送入冷凝器中去進(jìn)行熱量交換。同時，冷凝器中