【正文】 到積極的作用。 國外光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展和現(xiàn)狀 光伏并網(wǎng)發(fā)電開始于 80 年代初，美國、日本、德國、意大利都為此作出了努力。試驗結(jié)果在發(fā)展相應(yīng)的技術(shù)方面是成功的，但在經(jīng)濟性方面卻并不十分令人鼓舞，主要是由于太陽電池成本過高，雖然具有明顯的減排等環(huán)境效益，但其發(fā)電成本卻很難讓電力公司接受。 許多其他發(fā)達國家也都有類似的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電項目或計劃，如荷蘭、瑞士、芬蘭、奧地利、英國、加拿大等。 許多統(tǒng)計資料表明，近幾年世界光伏并網(wǎng)發(fā)電市場發(fā)展迅速，光伏并網(wǎng)發(fā)電 的裝機容量從 1996 年的 7MWp 已上升到 2021 年 14OMWp，光伏并網(wǎng)發(fā)電在光伏行業(yè)中的市場比例也從 1996 年的 1O%上升到 2021 年的 50%。據(jù)比較權(quán)威的世界能源年鑒報道，南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 3 2021 年光伏并網(wǎng)發(fā)電占世界光伏產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的比例如圖 11 所示。美國、德國、荷蘭、日本、澳大利亞等國家在光伏屋頂計劃的激勵下，許多企業(yè)和研究機構(gòu)成功地推出了多種不同拓樸結(jié)構(gòu)的逆變器 。 總之，從能源利用的國際發(fā)展趨勢來看，光伏發(fā)電最終將以替代能源的角色進入電力市場，而并網(wǎng)發(fā)電將是光伏發(fā)電進入電力市場的必由之路。從全國太陽年輻射總量的分布來看，青藏高原和西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北大部以及云南、廣東、海南等部分低緯度地帶均為太陽能資源豐富或較豐 富的地區(qū)。第一，我國有荒漠面積 100 余萬平方公里，主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，如果利用荒漠安裝并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)則圖 11 2021 年光伏并網(wǎng)發(fā)電占世界光伏產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的比例 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 4 可以提供非常可觀的電量。第三，迄今我國邊遠地區(qū)仍有較多居民尚未用電，如果單純依靠架設(shè)電網(wǎng)供電，則成本高，建設(shè)周期長，不經(jīng)濟。 我國政府對太陽能產(chǎn)業(yè)也給 予了充分的扶持。隨后，國家又陸續(xù)出臺了《可再生能源發(fā)展專項資金管理暫行辦法》、《可再生能源建筑應(yīng)用專項資金管理暫行辦法》等支持可再生能源發(fā)展的實施細則，使國家在可再生能源領(lǐng)域方面的扶持政策日趨明朗化。 近 20 年來，我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)長期維持在全球市場 1%左右的份額 。而且，浙江、保定、四川等地的公司已經(jīng)開始多晶硅太陽電池的生產(chǎn)或試車，市場上形成了單晶硅和多晶硅兩種主打電池產(chǎn)品的局面。 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 5 第二章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能光伏發(fā)電簡介 光伏發(fā)電是利用光生 伏打效應(yīng)，使太陽光輻射能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽光發(fā)電的主流。 光伏效應(yīng)就是當(dāng)物體受到光照射時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。后來有人發(fā)現(xiàn)當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的 PN 結(jié)時，就會在 PN 結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓 ，如果使 PN 結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。由于半導(dǎo)體 PN結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽能電池，也稱光電池或太陽電池。 1954 年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，由此誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的類別 太陽能發(fā)電系統(tǒng)可區(qū)分為兩大類別，一是獨立系統(tǒng)，二是系統(tǒng)聯(lián)系系統(tǒng)（ 或稱為與交流電網(wǎng)聯(lián)系系統(tǒng)）。這種系統(tǒng)多用于遠離市區(qū)（無人操控）的海上燈塔、浮標、山頂?shù)臒o線中繼電臺等，作為供電電源。圖中，由太陽能電池陣列輸出的直流功率直接供給負荷。此外，輸出的直流能量還同時供蓄電池充電。 南昌航空大學(xué)自考本科畢業(yè)論文 6 太 陽 能 電 池陣 列逆 變 器交 流 負 荷蓄 電 池直 流 電交 流 電太 陽 光 圖 21 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（原型） 與電網(wǎng)（系統(tǒng)）聯(lián)系系統(tǒng)的構(gòu)造如圖 22 所示。從電力系統(tǒng)的術(shù)語來說，稱為 “ 逆潮流 ” 運行或通俗地稱為 “ 賣電 ” 。系統(tǒng)聯(lián)系型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是，當(dāng)陰雨天氣或夜間太陽能發(fā)電量不足時，可以通過系統(tǒng)聯(lián)系直接向市電電網(wǎng)買電。 太 陽 能 電 池陣 列直 流 電逆 變 器電 力 網(wǎng)交 流 電太 陽 光交 流 負 荷 圖 22 太陽能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式 太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光— 電直接轉(zhuǎn)換方式。前一個過程是光 — 熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱 — 電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火 力發(fā)電一樣 .太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴 5～ 10 倍 .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。 （ 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。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。 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。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。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。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。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。常常用太陽光線和地平線的夾角表示（ h）。 太陽高度在一天中是不斷變化的。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。 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。 （ 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)。太陽位于 S39。 A。 A 與 OA 之比為“大氣質(zhì)量”。同時由圖可知： 39。 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。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。 （ 4）地理緯度 太陽輻射量是由低緯度向高緯度逐漸減弱的。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。 （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。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。 光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)?？缍群艽?，小到 ～ 2W 的太陽能庭院燈，大到 MW 級的太陽能光伏電站。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。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?；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。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。太陽電池的種類多，大小不一。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 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 色素增感太陽能電池 硅半導(dǎo)體 有機半導(dǎo) 體 結(jié)晶太陽能電池