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【摘要】太阳能电池光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。本文介绍了光伏发电系统的基本特征，分析研究了太阳能光伏发电技术的应用。
【关键词】太阳能光伏发电技术应用
“光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839 年，法国科学家贝克勒尔（A.E.Becqurel）首先发现了“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而，第一个实用单晶硅光伏电池(Solar Cell)直到一个多世纪后的1954 年才在美国贝尔实验室研制成功。20 世纪70 年代中后期开始，光伏电池技术不断完善，成本不断降低
光伏发电原理如图1 所示。PN 结两侧因多数载流子（N+区中的电子和P 区中的空穴）向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区W ，建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边的少数载流子（N+区中的空穴和P 区中的电子）却有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时，少数载流子极少，难以构成电流和输出电能。但是，如图1 a、b 所示，光伏电池受到太阳光子的冲击，在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子－空穴对，其中的光生非平衡少数载流子（即N+区中的非平衡空穴和P 区中的非平衡电子）可以被内建电场Ei 牵引到对方区域，然后在光伏电池中的PN 结中产生光生电场Epv，当接通外电路时，即可流出电流，输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。
图1光伏发电原理
图2太阳能光伏发电系统的构成
光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为独立光伏发电系统（Stand-Alone PV System）和并网光伏发电系统（Grid-Connected PV System）。
独立光伏发电系统是不与常规电力系统相连而孤立运行的发电系统，通常建设在远离电网的边远地区或作为野外移动式便携电源，其建设的主要目的是解决无电问题。由于太阳能发电的特点是白天发电，而负荷用电特性往往是全天候的，因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少。一般而言，系统在白天把太阳光转化为电能，通过充电器和蓄电池将电能储存起来，晚上再通过放电器把储存在蓄电池里的电能释放出来适当使用。尽管其供电可靠性受气象环境、负荷等因素影响很大，供电稳定性也相对较差，但对地处边远地区的居民而言，他们往往没有条件连接入公共电网，用电设备也多为低功率级别，独立光伏发电系统因而成为当地安全、可靠的电力供给方式。
并网光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电力系统提供有功和无功电能。光伏电池所发的直流电能经变换器变换成与电网相同频率的交流电能，以电压源或电流源的方式送入电力系统。控制器一般由单片机或数字信号处理芯片作为核心器件构成，用以实现光伏电池最大功率点跟踪及控制逆变器并网电流的频率、波形和功率，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能平衡。变换器主要是由电力电子开关器件连接电感或电容构成，以脉宽调制方式形成所需电量形式向电网送电。容量可以视为无穷大的公共电网在这里扮演着储能环节的角色。因此并网系统不需要额外的蓄电池，降低了系统运行成本，提高了系统运行和供电稳定性。光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统，成为光伏发电的最合理发展方向。
光伏并网技术中目前主要研究重点为：①光伏并网电路拓扑。②能量管理及经济运行策略。③系统显示和远程监控。
太阳能电池根据所用材料的不同，还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的， 在应用中居主导地位。常用太阳电池按其材料可以分为：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。
太阳能电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，既可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问世。然而对人类最有吸引力的是太空太阳能电站，它的建立无疑将彻底改善世界的能源状况， 人类都期待这一天的到来。
我国太阳能电池应用领域在不断扩大，已涉及农业、牧业、林业、交通运输、通讯、气象、石油管道、文化教育及家庭电源等诸多方面，光伏发电在解决偏僻边远无电地区供电及许多特殊场合用电上已起到引人注目的作用。但从总体的应用技术水平和规模上看，与工业发达国家相比还有很大的差距，主要问题是光伏系统造价偏高、系统配套工程装备没有产业化、应用示范不够和公众对太阳电池应用的巨大潜力缺乏了解，以及系统应用仅限于独立运行，还没有并网运行和与建筑业结合。因此，有必要加强太阳能电池应用技术研究和示范，推进产业化，拓宽应用领域和市场。
太阳能电池组件不仅可以作为能源设备， 还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，国外己有非常好的案例。因此， 太阳能光伏发电技术与建筑相结合，将具有良好的经济效益，前途无限。
参考文献：
张兴然.太阳能光伏发电技术研究[J]. 天津工程师范学院学报. 2009(04)
王春华.家用太阳能光伏发电系统:最环保的“发电厂”[J]. 发明与创新(综合版). 2009(04)
[3] 王玉,赵建光.太阳能光伏发电在商场照明系统中的应用[J]. 商场现代化. 2007(20)
【关键词】太阳能光伏发电技术应用
“光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839 年，法国科学家贝克勒尔（A.E.Becqurel）首先发现了“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而，第一个实用单晶硅光伏电池(Solar Cell)直到一个多世纪后的1954 年才在美国贝尔实验室研制成功。20 世纪70 年代中后期开始，光伏电池技术不断完善，成本不断降低
源于：毕业生论文www.udooo.com
，带动了光伏产业的蓬勃发展。光伏发电原理如图1 所示。PN 结两侧因多数载流子（N+区中的电子和P 区中的空穴）向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区W ，建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边的少数载流子（N+区中的空穴和P 区中的电子）却有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时，少数载流子极少，难以构成电流和输出电能。但是，如图1 a、b 所示，光伏电池受到太阳光子的冲击，在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子－空穴对，其中的光生非平衡少数载流子（即N+区中的非平衡空穴和P 区中的非平衡电子）可以被内建电场Ei 牵引到对方区域，然后在光伏电池中的PN 结中产生光生电场Epv，当接通外电路时，即可流出电流，输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。
图1光伏发电原理
一、光伏发电系统的基本特征
光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能，并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换，提供负载使用。图2 是一个典型光伏发电系统的构成图。图2太阳能光伏发电系统的构成
光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为独立光伏发电系统（Stand-Alone PV System）和并网光伏发电系统（Grid-Connected PV System）。
独立光伏发电系统是不与常规电力系统相连而孤立运行的发电系统，通常建设在远离电网的边远地区或作为野外移动式便携电源，其建设的主要目的是解决无电问题。由于太阳能发电的特点是白天发电，而负荷用电特性往往是全天候的，因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少。一般而言，系统在白天把太阳光转化为电能，通过充电器和蓄电池将电能储存起来，晚上再通过放电器把储存在蓄电池里的电能释放出来适当使用。尽管其供电可靠性受气象环境、负荷等因素影响很大，供电稳定性也相对较差，但对地处边远地区的居民而言，他们往往没有条件连接入公共电网，用电设备也多为低功率级别，独立光伏发电系统因而成为当地安全、可靠的电力供给方式。
并网光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，像其他类型发电站一样，可为电力系统提供有功和无功电能。光伏电池所发的直流电能经变换器变换成与电网相同频率的交流电能，以电压源或电流源的方式送入电力系统。控制器一般由单片机或数字信号处理芯片作为核心器件构成，用以实现光伏电池最大功率点跟踪及控制逆变器并网电流的频率、波形和功率，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能平衡。变换器主要是由电力电子开关器件连接电感或电容构成，以脉宽调制方式形成所需电量形式向电网送电。容量可以视为无穷大的公共电网在这里扮演着储能环节的角色。因此并网系统不需要额外的蓄电池，降低了系统运行成本，提高了系统运行和供电稳定性。光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统，成为光伏发电的最合理发展方向。
光伏并网技术中目前主要研究重点为：①光伏并网电路拓扑。②能量管理及经济运行策略。③系统显示和远程监控。
二、太阳能光伏发电技术的应用
1、太阳能电池的功能、种类与结构
太阳能光伏技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。通常所说的光伏技术也可以说是太阳能电池技术。太阳能光伏系统主要包括：太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器、照明负载等。当照明负载为直流时，则不用逆变器。太阳能电池根据所用材料的不同，还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的， 在应用中居主导地位。常用太阳电池按其材料可以分为：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。
太阳能电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，既可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问世。然而对人类最有吸引力的是太空太阳能电站，它的建立无疑将彻底改善世界的能源状况， 人类都期待这一天的到来。
2、光伏发电的产品用途及太阳能电池的应用
光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合， 上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。目前， 光伏发电产品主要用于三方面：为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，以及微波中继电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和草坪灯等；并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过2008 年北京“绿色奥运”部分用电由太阳能发电和风力发电提供。我国太阳能电池应用领域在不断扩大，已涉及农业、牧业、林业、交通运输、通讯、气象、石油管道、文化教育及家庭电源等诸多方面，光伏发电在解决偏僻边远无电地区供电及许多特殊场合用电上已起到引人注目的作用。但从总体的应用技术水平和规模上看，与工业发达国家相比还有很大的差距，主要问题是光伏系统造价偏高、系统配套工程装备没有产业化、应用示范不够和公众对太阳电池应用的巨大潜力缺乏了解，以及系统应用仅限于独立运行，还没有并网运行和与建筑业结合。因此，有必要加强太阳能电池应用技术研究和示范，推进产业化，拓宽应用领域和市场。
3、太阳能电池产业的发展前景
随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展。目前，各国的光伏计划雄心勃勃，世界各地已建成多座兆瓦级光伏电站，如最大的是位于美国加州的光伏电站，装机容量为6.5MW；现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，装机容量为50MW。除此之外，一些国家推出的屋顶计划将更引人注目， 显示了光伏发电的广阔应用前景和强大的生命力。各国屋顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使其进入千家万户。近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并网光伏电站的发展。太阳能电池组件不仅可以作为能源设备， 还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，国外己有非常好的案例。因此， 太阳能光伏发电技术与建筑相结合，将具有良好的经济效益，前途无限。
参考文献：
张兴然.太阳能光伏发电技术研究[J]. 天津工程师范学院学报. 2009(04)
王春华.家用太阳能光伏发电系统:最环保的“发电厂”[J]. 发明与创新(综合版). 2009(04)
[3] 王玉,赵建光.太阳能光伏发电在商场照明系统中的应用[J]. 商场现代化. 2007(20)