【正文】 成為增長速度最快、初步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展的可再生能源發(fā)電技術(shù)。德意志銀行預(yù)計(jì)以多晶硅太陽能電池技術(shù)進(jìn)行的光伏發(fā)電成本最低可降到$，樂觀估計(jì)大約在20152016年左右可降到$，這使得光伏發(fā)電于20102013年期間首先在日本、德國、西班牙等實(shí)行較高平均零售電價(jià)的國家開始商業(yè)化發(fā)展。我國光伏產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷爆發(fā)式的迅猛增長之后，已基本形成了涵蓋多晶硅材料、鑄錠、拉單晶、電池片、封裝、平衡部件、系統(tǒng)集成、光伏應(yīng)用產(chǎn)品和專用設(shè)備制造的較完整產(chǎn)業(yè)鏈。國家于2009年12月26日通過修改2006年的可再生能源法，規(guī)定電網(wǎng)經(jīng)營商需購買所有由再生能源所生產(chǎn)的電力。而在眾多新能源之中，太陽能因?yàn)檩^少受地理及氣候因素限制而倍受青睞。2009年3月，財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實(shí)施意見》及《太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，確定對光電建筑2009年的補(bǔ)助標(biāo)淮為20元/瓦。9月，《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》規(guī)定的太陽能發(fā)電到2020年將達(dá)到20GW(Gigawatt，十億瓦特)的目標(biāo)。為達(dá)到減排目標(biāo)，各國均積極拓展?jié)崈裟茉础Ｖ袊鶈T遼闊，土地成本低，大西北、內(nèi)蒙古、青海等高原、沙漠地區(qū)的太陽能資源都非常豐富，位居世界第二位，僅次于撒哈拉沙漠。因此，中國具備良好的潛力開發(fā)太陽能發(fā)電市場。太陽能光伏發(fā)電首先應(yīng)用于空間技術(shù)，隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太陽能電池的成本價(jià)格下降，太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍日益廣泛，如：手表、袖珍計(jì)算器、玩具、手機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品，以及為道路標(biāo)志、路燈照明及電話箱等提供電力。我國光伏發(fā)電主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:城市并網(wǎng)光伏發(fā)電荒漠和海島地區(qū)的供電邊遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)供電景觀燈、LED 照明等商業(yè)應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電作為一種取之不盡、用之不竭的清潔環(huán)保能源將得到前所未有的發(fā)展。 論文的主要工作本文在闡述了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的無限發(fā)展?jié)摿χ?，主要將?huì)進(jìn)行如下工作：熟悉太陽能光伏發(fā)電的基本原理。熟悉光伏陣列設(shè)計(jì)中的主要事項(xiàng)。掌握光伏電池內(nèi)部連接方式和注意事項(xiàng)。光伏效應(yīng)就是半導(dǎo)體材料吸收光能后，在其勢壘區(qū)兩邊產(chǎn)生電動(dòng)勢的效應(yīng)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前，將通過空間電荷的電場作用被相互分離。通過界面層的電荷分離，將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測試的電壓。對晶體硅太陽能電池來說，～。界面層吸收的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中形成的電流也越大。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按照應(yīng)用的基本形式可分為三大類：離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)）、微網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能又可以分為兩類：不含蓄電池環(huán)節(jié)的“不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)”和含有蓄電池組的“可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)”。離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽能通過光伏組件組成的光伏陣列轉(zhuǎn)換成直流電，通過控制器控制蓄電池、逆變器或 DC/DC 變換器的工作狀態(tài)。太陽能光伏發(fā)電三種類別的特點(diǎn)如表 表 三種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)內(nèi)容并網(wǎng)光伏系統(tǒng)離網(wǎng)光伏系統(tǒng)微網(wǎng)光伏系統(tǒng)初始成本最低高高運(yùn)營成本低高高備用電源（蓄電池）無有有維護(hù)幾乎免維護(hù)需要維護(hù)維護(hù)較多負(fù)載匹配較好差較好噪聲無無有污染無有有 太陽能光伏電池的基本特性太陽能電池的光伏特性曲線，即伏安特性曲線（IV 特性曲線），是在一定光強(qiáng)、一定溫度下太陽能電池的負(fù)載外特性，直接反映在電池輸出功率。（2）短路電流Isc，就是將太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時(shí)，流過太陽能電池兩端的電流。此時(shí)的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號(hào)Um和Im表示。FF的值始終小于l。事實(shí)上，開路電壓Uoc隨光照強(qiáng)度的升高呈對數(shù)比例增加，短路電流Isc和輸出功率均與光照強(qiáng)度成正比。圖 （a）不同溫度下IV特性曲線圖 （b）不同溫度下PV 特性曲線從圖24（a）、（b）中可以看出一定光照下，溫度上升會(huì)使太陽能電池開路電壓Uoc下降，太陽能電池的輸出功率下降。太陽光經(jīng)過太陽能電池陣列被轉(zhuǎn)換為直流電，然后再通過逆變器變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W(wǎng)或者直接供給負(fù)載使用。為了減少光伏電池陣列和逆變器之間的連線，并在電池陣列和逆變器之間進(jìn)行保護(hù)，就需要把多路太陽能電池陣列輸出進(jìn)行匯流、保護(hù)后，變?yōu)檩^少路的輸出輸入到逆變器里。用戶可以將一定數(shù)量、規(guī)格相同的光伏電池串聯(lián)起來，組成一個(gè)個(gè)光伏串列，然后再將若干個(gè)光伏串列并聯(lián)接入光伏匯流防雷箱，在光伏防雷匯流箱內(nèi)匯流后，通過直流斷路器輸出，與光伏逆變器配套使用從而構(gòu)成完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與市電并網(wǎng)。圖 普通匯流箱按輸入路數(shù)和輸出路數(shù)的不同又分為不同的類型，匯流箱一般用戶戶外，匯流柜一般與大型并網(wǎng)逆變器柜一起放在逆變器室內(nèi)。告警信號(hào)通過GPRS、RS485總線或光纜上傳到集中器，再轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心。圖 智能匯流箱 光伏匯流箱的基本工作原理太陽能電池陣列將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能后，以直流形式輸入?yún)R流箱。在匯流前，我們將a、b兩路直流電的正極各加上一個(gè)光伏直流專用二極管。在匯流箱內(nèi)，熔斷器、斷路器和防雷器是必不可少的組件。由于一個(gè)逆變器可以接入幾個(gè)匯流箱，所以在逆變器內(nèi)還要進(jìn)行二次匯流。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)中，則光伏匯流箱內(nèi)的匯流就會(huì)進(jìn)行。當(dāng)每塊光伏陣列的電池特性相同時(shí)，匯流出來的電流是最大的，此時(shí)匯流箱處于最大工作效率。在長期使用中難免會(huì)有飛鳥、塵土、落葉等遮擋物，這些遮擋物在太陽電池組件上就形成了陰影，在大型太陽電池組件方針中行間距不適合也能互相形成陰影。其結(jié)果使太陽電池組件局部電流與電壓之積增大，從而在這些電池組件上產(chǎn)生了局部溫升。在實(shí)際使用太陽電池中，若熱斑效應(yīng)產(chǎn)生的溫度超過了一定極限將會(huì)使電池組件上的焊點(diǎn)熔化并毀壞柵線，從而導(dǎo)致整個(gè)太陽電池組件的報(bào)廢。熱斑現(xiàn)象是不可避免的，盡管太陽電池組件安裝時(shí)都要考慮陰影的影響，并加配保護(hù)裝置以減少熱斑的影響。當(dāng)光伏陣列發(fā)生熱斑現(xiàn)象時(shí)，陣列當(dāng)中的太陽能電池特性將會(huì)不同，這一陣列的輸出電流就會(huì)降低，高低電壓段間將發(fā)生環(huán)流，但是匯流箱中每一路都裝有防反二極管，環(huán)流將不會(huì)發(fā)生。第3章 光伏陣列及匯流箱設(shè)計(jì). 光伏陣列的基本組成和排列光伏陣列是將入射的太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為直流電能的單元，太陽電池板組成的陣列與光伏陣列連接箱連接，電流經(jīng)連接箱匯流后輸出到逆變器或直接應(yīng)用環(huán)節(jié)。光伏電池組件串聯(lián)，要求所串聯(lián)組件間有相同的電流容量，串聯(lián)后的陣列輸出電壓為各光伏電池輸出電壓之和，相同電流容量光伏電池串聯(lián)后其陣列輸出電流不變；光伏電池組件并聯(lián)，要求所并聯(lián)的所有光伏電池具有相同的輸出電壓等級(jí)，并聯(lián)后的陣列輸出的電流為各個(gè)光伏電池輸出電流之和，而電壓保持不變。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析每個(gè)子方陣的總功率應(yīng)不超過逆變器的最大允許輸入功率。各太陽能電池板至逆變器的直流部分通路應(yīng)盡可能短，以減少直流損耗。再根據(jù)電站所在地的太陽能資源狀況和所選用的太陽能電池組件類型，計(jì)算出光伏電站的年發(fā)電量，最終選擇出綜合指標(biāo)最佳的太陽能電池組件。晶體太陽能電池又可分為單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池兩種；薄膜太陽能電池又可分為非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池三種等。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的存在，可說是取之不盡，用硅來制造太陽電池，原料可謂不缺。上述各類型電池主要性能參數(shù)。太陽高度角是指對于地球上的某個(gè)地點(diǎn)太陽光的入射方向和地平面之間的夾角。1. 影子倍率法計(jì)算太陽高度角一般在水平面垂直豎立的高為L的木桿，其電池陣列安裝示意圖如上圖，南北方向影子的長度為LS，太陽的高度角為h，方位角為，那么影子的倍率R可由下式表示： （31）式中： R————影子倍率L————陣列高度LS————影子長度h————太陽高度角————太陽方位角陣列的影子長度因安裝場所的緯度、季節(jié)、時(shí)間不同而異，如果在影子最長的冬至，從午前9：00至午后15：00，影子對陣列沒有影響，說明太陽電池輸出功率不受影響。2. 根據(jù)函數(shù)計(jì)算太陽高度角根據(jù)球面三角函數(shù)分析認(rèn)為太陽高度與觀測者的地理緯度、太陽赤緯和方位角有著一定關(guān)系，它們之間的關(guān)系式為： （32）式中： ———— 當(dāng)?shù)鼐暥冉牵? ———— 當(dāng)?shù)爻嗑暯?。正午時(shí)，太陽方位角為零，則 COS=l，式(2)則變?yōu)? （34）得出計(jì)算太陽高度角的基本公式： （35） 太陽傾斜角在理論上，給定地理緯度、地形高度等參數(shù)以后，傾角為的太陽能光伏板表面1 年內(nèi)接收的總輻射 Qy是一個(gè)關(guān)于變量的函數(shù)Qy() ，對 Qy()關(guān)于變量求導(dǎo)并取值0，即求解方程， 即可得到年最佳傾角y。光伏陣列內(nèi)各光伏串電流匯集到光伏陣列匯流箱，再并聯(lián)到光伏發(fā)電器連接箱，其輸出可供直接應(yīng)用或經(jīng)逆變等處理。—線之間保護(hù)，—線之間及地線之間保護(hù)。在光伏陣列中設(shè)置直流光伏保險(xiǎn)絲至關(guān)重要，選擇光伏保險(xiǎn)絲的額定電壓要考慮光伏板可能使用地最低氣溫時(shí)的開路電壓VOC，額定電流要考慮光伏板使用地最高溫度時(shí)的短路電流ISC，以及循環(huán)負(fù)載對長期工作壽命的影響，保證長期工作的前提下取低額定值，實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。 箱體應(yīng)牢固、平整，表面應(yīng)光滑平整，無剝落、銹蝕及裂痕等現(xiàn)象； 標(biāo)牌、標(biāo)志、標(biāo)記應(yīng)完整清晰； 智能光伏匯流箱的設(shè)計(jì)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：滿足室外安裝的使用要求配有光伏專用高壓防雷器，正極負(fù)極都具備防雷功能對輸入陣列進(jìn)行電流監(jiān)控，本機(jī)LED顯示及通過RS485方式輸出電流值因此，我們在匯流箱直流輸出部分并聯(lián)了一個(gè)光伏直流專用的雷擊浪涌保護(hù)器（即防雷器）。雷擊浪涌保護(hù)器將直流輸出正、負(fù)極通過熱脫扣器和壓敏電阻接地。系統(tǒng)一旦受到雷擊，電路里會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的電壓值，這時(shí)壓敏電阻阻值迅速下降，電路正、負(fù)極與地導(dǎo)通，起到迅速泄放過大電能的作用。圖 雷擊浪涌器內(nèi)部結(jié)構(gòu)表 防雷器技術(shù)參數(shù)表型號(hào)規(guī)格DS50PV600最大持續(xù)工作電壓680VDC標(biāo)稱放電電流In20KA(8/20us)放電次數(shù)50標(biāo)稱通流容量40KA（8/20us）保護(hù)水平（標(biāo)稱放電電流下）保護(hù)模式