本文首先介绍了太阳能的特点，分析了光伏发电的优点和缺点，研究了光伏并网发电系统的原理结构及分类，通过研究光伏电池的工作原理，为后期的光伏发电阵列、逆变并网研究打下基础。

　　关键词：光伏发电；电池；太阳能

　　引言

　　能源是人类发展的物质基础和社会进步的主要动力。各国专家通过研究发现，全球变暖不是应有的发展规律，而是因为温室气体大量被排放的结果。气候的变化对生态环境造成了很大影响还会造成海平面上升等，危害人类的生存。环境和发展已经成为困扰各国政府的大问题，尤其是我国正处在发展阶段，资源严重短缺，而且资源的开发更是使环境恶化。

　　太阳能作为一种新兴的能源，是取之不尽用之不竭的。随着科技的不断进步，太阳能必将成为促进可持续发展的新能源。太阳能是太阳能内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能作为一种可再生的能源，具有如下特点：

　　1. 储量丰富：按照现在的辐射量来看，太阳能还能持续使用约100亿年，可以无限制的开采，几乎不存任何的风险。

　　2. 分布广泛：虽然不同区域的太阳能的辐射能力不同，但是相对于其它能源来说，可以辐射到地球的每一个角落。不需要燃料和输电线就可以进行发电。

　　3. 能量大：太阳能每四十分钟传给地球的能量相当于一天全球能量消耗的总和。

　　4. 清洁性和经济性：人类可以直接开发利用太阳能，既环保又清洁干净。

　　1.光伏发电的优缺点

　　优点：（1）太阳能资源取之不尽，用之不竭。（2）绿色环保。光伏发电本身不需要燃料，没有CO＼-2的排放，不污染空气，不产生噪声。（3）应用范围广。只要是能获得光照的地方就可以使用太阳能发电系统，它不受地域、海拔等因素制约。（4）无机械转动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏系统只要有太阳，电池组件就会发电，加之现在均采用自动控制技术，基本不用人工操作。（5）太阳电池生产资料丰富：硅材料储量丰富，地壳中含量在氧元素之后，列第二位，达到26%之多。（6）使用寿命长。晶体硅太阳能电池寿命可达20～35年。（7）太阳电池组件结构简单，体积小且轻，便于运输和安装，建设周期短。

　　缺点：（1）能量密度低。尽管太阳投向地球的能量总和极其庞大，但由于地球表面积也很大，使得单位面积上能够直接获得的太阳能量缺很小，最高约为1.2kW/m＼+2左右，绝大多数地区和大多数的日照时间内低于1kW/m＼+2。太阳能的利用实际上是低密度能量的收集和利用。（2）占地面积大。由于太阳能能量密度低，这就使得光伏发电系统的占地面积会很大，1MW光伏电站占地约需1万平方米。（3）间歇性。大多数情况下，光伏发电系统白天发电，晚上用电。（4）随机性，受气候影响强。雨雪天、阴天、甚至云层的变化都会严重影响光伏发电。（5）地域依赖性强。地理位置不同，气候不同，使各地区日照资源各异。光伏发电系统只有在太阳能资源丰富的地区应用，效果才好。

　　2.光伏并网发电系统简介

　　（1）光伏并网发电系统的原理

　　光伏发电系统是将太阳能转化成电能并储存到蓄电池中或者直接供给负载的装置。白天工作的时候给负载供电，当发出的点不足以提供负载时，由电网来提供，多余的部分则回馈给电网。

　　（2）光伏并网系统的结构及分类

　　根据光伏系统与电力系统的关系，一般可以分为离网光伏系统和光伏并网系统。离网光伏系统不与电力系统的电网相连接，作为一种移动式电源，主要用于边远无电地区供电。光伏并网系统与电网连接，作为电力系统中的一部分，可为电力系统提供有功和无功电能。目前，光伏并网发电是世界光伏发电系统的主流应用方式，即光伏系统通过并网逆变器与当地电网连接，通过电网将光伏系统所发的电能再分配，比如供当地负载或进行电力调峰等。光伏并网系统通常由三部分组成：光伏列阵、逆变器和电网。

　　其中，光伏列阵主要由光伏组件组成，其应用可以分为单个组件、组件串联及组件并联等。逆变器是DC/AC变换器，由于光伏列阵是直流电，一般也可以在前面加DC/DC环节，电网是无穷大的电源。

　　目前，光伏并网发电系统按照系统的功能可分为两类：一种是“不可调度式光伏并网发电系统”，该系统没有蓄电池；另一种是“可调度式光伏并网发电系统”，该系统则含有蓄电池环节。前者是将直流电能直接转化为交流电能，后者系统增加了储能环节，首先对蓄电池进行充电，然后根据需要将系统进行并网或者用作独立源，系统的工作时间和并网的功率大小可以进行设定。前者系统出现故障时，逆变器必须停止工作，使其与电网和负载断开，后者在功能和性能方便虽然比前者有所提高，但是在全球还是很难与前者相比较。原因有：蓄电池的寿命不长、价格相对还比较昂贵、蓄电池笨重体积大和不可调度式系统集成功能强，本文将采用不可调度式。

　　光伏并网逆变器按照结构又可分为：单相并网系统以及三相并网系统。实际上光伏并网系统基本上都可以划分成两类：单级式光伏并网系统和两级式光伏并网系统，两级式的比单级式的多出DC/DC变换。

　　3.光伏电池的工作原理

　　在光伏发电系统中，光伏电池利用光伏效应实现光电转换。光伏效应是指由于光照使不均匀半导体的PN结不同部位之间产生电位差的现象。对于常用的以半导体硅为材料的光伏电池，在光照前也就是说在平衡状态的时候，PN结形成的耗尽层中形成由N区域指向P区域的电场。当光照射到PN结后，打破之前的平衡状态，产生空穴电子对，由于垒电场的存在，使得空穴向P区移动，电子向N区移动。结果P区出现多的空穴，N区出现多的电子，从而在PN结处形成光生电动势，方向与垒电势方向相反。一部分光生电动势抵消掉垒电势，则剩下的光生电势使得P区带正电和N区带负电，这样在P区和N区之间就有了光伏效应。

　　上述可知，光伏电池实现光电转换大致有四个过程：

　　1. 光伏电池吸收太阳能光子，并且在PN结两边产生空穴电子对，一般称之为“光生载流子”。

　　2. 光生电子进入空间电荷区。

　　3. 由于垒电势的存在，光生载流子被分离，其中电子进入N区，空穴进入P区。

　　4. 光伏电池收集被分离的空穴和电子，接入负载则产生光生电流，从而获得电能。

　　4.结语

　　随着全球经济的快速发展，不可再生能源的不断消耗造成了今天的能源短缺，伴随着能源危机的日益加重。人类必须努力寻找能可持续发展的新能源，然而太阳能既是一种可再生能源又是无污染的能源，而且现在太阳能发电新技术不断被专家提出并开始应用。在当今社会，世界很多国家都很重视光伏发电技术的发展，我国政府也出台了不少相关政策来鼓励国内光伏产业的发展。

　　[参考文献]

　　[1]刘炳山.光伏并网发电系统运行控制技术研究[D].河北工业人学，2009.

　　[2]王英.基于TMS320LF2401的光伏并网发电系统的设计[D].南京理工大学，2007.

　　（作者单位：安徽理工大学 电气与信息学院，安徽 淮南 232001）

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