光伏发电的基本原理

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光伏发电的基本原理范文第1篇

【关键词】有源电力滤波器；光伏发电；统一控制；控制技术

一、背景

新能源的开发利用是国际性问题，在工业高速发展的中国对新能源的开发显得更为重要，工业的发展带来的大冲击负载大量涌现，导致公共电网污染加剧，以往使用的滤波器难以达到要求，有源电力滤波器因此成为研究的重点。

但是在国内，有源电力滤波器与光伏发电处于起步阶段，想得到进一步发展需要解决的问题很多。首先是有源电力滤波器的使用会产生谐波与无用功率，谐波会缩短机器的使用寿命、干扰通信系统等，误导继电保护装置等，导致电流变大、供电设备功率增大，损耗增加，干扰其他设备的运行。光伏发电的问题主要有，设备运行成本高且利用效率低、运行系统的可靠性低、组成器件的容量小、设备功能单一等问题。另外，政府出台的相关政策不不健全，使其发展受阻。

本文会对有源滤波器、光伏发电以及有源滤波器与光伏发电的同一控制技术进行介绍，分析他们的原理，将其基本原理知识进一步推广。

二、相关知识介绍

（一）有源滤波器原理

有源滤波器由电流系统指令运算中心与控制跟踪电流部分组成，运算中心是将产生的无功功率、谐波分量属于被检测电流的部分计算出来，控制跟踪根据计算出的结果发出信号控制，补偿电流由此产生。产生的补偿电流将被负载中的电流以及谐波和无功电流抵消，最终电网电流达到期望值。

（二）光伏发电基本原理

光伏发电系统有含蓄电池可调度式与不含蓄电池不可调度式两种，前者多用于规模巨大的发电系统，后者常用于分散的小型发电系统。而两者中，含有蓄电池的系统由于具有蓄电储能的特点，故其功能强大，可以将其应用于电网的调峰，还有紧急情况的供电。[1]

在白天，系统光伏阵通过逆变器以最大的功率输出电能，将电供给电网；在晚上由于没有日光时，逆变器的工作暂停，阵列电能不输出。

（三）二者的联系

1.方法技术：二者的控制方法是相同的，这是由于两者系统中都有控制跟踪电流技术及锁相，但是有源电力滤波器系统还需要有检测谐波与无用功率的技术，而光伏电系统还有最大功率追踪技术与孤岛检测技术。

2.功能作用：有源滤波器是补偿无用功，而光伏发电是注入有用功。虽然二者向电网输入的类型不一样，但是他们的本质都是相同的。

3.接入结构：有源滤电力波器及光伏发电接入电网的结构大致上是一样的，就只有直流测的器件不一样而已，有源滤波器是电容器，另一个是光伏阵。[2]

有源滤波器与光伏发电同一控制基本原理。

三、发展存在的问题

有源滤波器电容器的维持依赖于系统与电网系统进行电流交换式产生的能量运作的，电压过高时，有源滤波器向电网注入有用功一保护自身，这就是统一控制有源滤波器与光伏发电技术的基础理论。这个方法可以实现将光伏阵接到有源电力滤波器直流侧的目的，并且不会原有的功能产生不良的影响。

原理概括如下：谐波和无用功率根据指令输出补偿电流—跟踪最大功率，并形成指令电流—合并补偿电流与指令电流—按指令流入电网电流。

按照以上方法可以实现统一控制有源滤波器与光伏发电的目的。以上是有源电力滤波器、光伏发电以及有源滤波器和光伏发电同一控制技术基本原理的简单介绍。

（一）关于有源滤波器，其运作主要有以下问题：

1.运作成本高。由于有源滤波器的运行需要超大容量器件、精密开关以及数字芯片，其成本是以往使用的无源滤波器的3到4倍，只是推广的极大阻碍。[3]

2.行业规则问题。前面提到有源滤波器会产生谐波，但国内对谐波的治理问题并不做强制规定，这会导致商家及用户的治理责任意识淡薄。

3.功能单一。电能管理要求随着电能利用问题的多样化变得越来越严格，也越来越多样，但是有源滤波器却无能为力。

4.器件规格达不到要求。有源滤波器产生的谐波与无用功率危害很大，加上电网本身也会产生谐波和无用功率，而规格达不到要求，危害会更大，因此这也是一个阻碍。

5.系统性能可靠度不高。我国现阶段处于起步阶段，相应的理论与实践都很缺乏，系统性能的可靠性还没有扎实保障。

（二）关于光伏发电技术，其运行主要有以下问题：

1.运作成本高。与火力及水电发电技术相比，光伏发电技术由于使用晶体管，所以其成本是传统方法的3-5倍。

2.设备的利用率很低。夜里及其由于没有日光而停止运作，这不仅导致设备的利用率低下，而且会对机器的运作造成不良的影响。

3.政府出台的规章政策不完整。政府的态度是通过法规体现的，而不完整不健全的法规对技术的发展是极其不利的，虽然必要的法规有了，但缺乏鼓动力。[4]

4.器件规格偏小且功能不全。由于对成本有要求，器件规格被限制，这导致系统容量达不到要求，会对电网系统的运作产生负面影响。

有源滤波器与光伏发电技术现阶段存在的主要问题如上所述，要想有源滤波器与光伏发电同一控制技术得到发展我们必须对存在问题进行研究，探讨解决的方法。

四、有源滤波器与光伏发电统一控制技术的策略

增强储能能力是弥补电力中断问题的方法之一，可以按要求给系统配置多个蓄电池，组成符合要求的蓄电池组，另外，对系统直流测进行优化结构设计，已达到是系统更完善的目的。另外，针对上文提到的问题，提出以下策略：

1.正常时，系统控制成受控源，利用控制跟踪方法，向电网注入电流，在有源滤波器谐波补偿电流与光伏发电电流发生冲突的时候，利用配置的电池组对冲突的两组进行协调，使系统稳定安全的工作得到保证，同时达到同一控制的目的。

2.设置UPS工作模式，在电网意外断开时迅速转换成该模式，对电网中重要负载进行电力补偿，也就是说，受控源在电网中断转化模式以后成为了电压源。这样保证了不在即使在电网中断时也能正常的运行。

3.加入锁相技术的应用，这会在电网断电恢复供电时，转换回正常模式进行正常的运作，也就是说，这种技术可以将电池组有电压受控变成电流受控。与前面的UPS模式想结合，负载的供电得到保证。

4.根据不同的环境，对有源滤波器与光伏发电装置的器件进行优化管理，确保电力在紧急情况下也能供给负载运作所需的电流直至电网恢复正常供电。

5.为了使整个系统可以安全运行、稳定工作，在系统中还应加入软启动、检测中断技术、控制跟踪功率点技术等保障系统以外故障得到解决。

以上是有源滤波器与光伏发电同一控制技术的一些策略。

五、有源滤波器与光伏发电同一控制技术有关的重要技术

1.控制变流器。此技术的目的是使系统中变流器按照要求输出指令电流，目前采用的方法主要是三角波控制方法，具有运行简便、理论知识扎实、实践经验丰富等优点。三角波比较放在容器里的指令与补偿电流的偏差，输出包含有相同频率的谐波，由于过程相对复杂，响应的电流会比较晚输出。

2.孤岛效应检测。孤岛效应是电网出现故障意外停电或正常停电后，系统从网络中断开，但是有些会继续运作进而产生一个自己运行的系统。孤岛效应使维修工作进行困难，威胁维修人员的安全，所以孤岛效应的检测技术是系统必备的技术之一。目前，检测的方法有，插入阻抗和扰动电流法，这两种都是主动检测，当检测到系统中电压超过给定值，即定位孤岛效应。

3.跟踪最大功率技术。跟踪最大功率技术目前主要由两种，一种是电压恒定跟踪，本方法利用光伏阵在日光下的变化规律锁定最大功率，达到跟踪的目的，另一种是扰动跟踪法，其原理比较复杂，可概括为，根据系统发出指令，在几个电路上徘徊，寻找最大的功率。

4.双级电源隔离技术。本技术首先通过晶管转换电源，1000V高压转换成24V，再把电源输入电网，变换出可以独立运行不同电路所需的隔离电源。此技术除了能保证电路正常运行之外，还能增强电网的抗干扰能力，是利用一种PWM的单端控制器实现的，主要辅助电路中电压转换、电路保护。

六、总结

根据前文对有源滤波器、光伏发电以及有源滤波器与光伏发电同一控制技术的介绍，可以得出如下结论：

有源滤波器与光伏发电统一控制技术在我国处于起步阶段，进一步的推广还有很多问题需要解决，有理论层次的、技术层次的，有来自市场的、有关于政策的。但是这一技术的发展前景是很好的，我们有必要努力将其推广。根据对有源滤波器、光伏发电装置院里的介绍，总结出两者的公共点与不同的地方，从两者基本工作原理相似可以得出，实现二者的同一控制可能性是极大的。对有源滤波器与光伏发电统一控制技术目前存在的主要问题进行详细介绍、深入研究，总结他们的相似之处，得出技术发展需要解决的问题。根据对存在问题的研究，提出有源滤波器与光伏发电统一控制技术的设计方案，发展策略。对策略中用到的重要技术进行介绍，加深理解。

总之，有源滤波器与光伏发电统一控制技术的发展前景是很光明的，我们必须克服困难，解决相关问题，促进其在中国的发展。

参考文献

[1]胡兵，罗杰，李朝琼等.有源滤波器的发展动态及应用[J].北京机械工业杂志，2011，8（13）：1550-1552.

[2]卓放，王兆安.有源滤波器技术的发展与电能质量的提高[J].中国机械工业的发展，2011，15（16）：2446-2447.

光伏发电的基本原理范文第2篇

关键词 太阳能；开发利用；一体化构想

中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）72-0040-02

0 引言

地球作为人类生存的家园，其能源资源大多数都是属于不可再生的，而在当前世界经济急速发展的状态下，各种能源资源的消耗也不断加剧。在我国，虽然地域辽阔，总体上的各种资源储量相对较大，但是其作为一个发展中国家，而且人口基数较大，对能源的消耗上是十分严重的，加之科学技术的发展落后于发达国家，在能源的利用上其效率又呈现普遍偏低的想象。因此，合理开发新能源对于我们这样的国家来说意义巨大。太阳能作为一种可再生资源，其既环保又安全，在开发利用上具有非常高的价值和效益。本文主要针对当前太阳能的使用情况进行论述，并对太阳能供热供电的一体化作出相关构想，以期设计出合理的方案，运用到现实生活中来。

1 太阳能利用情况

太阳能作为一种无污染，能量又巨大而且在某种程度上属于不会枯竭的能源，其能够为人来带来非比寻常的价值。虽然太阳能具有如此多的优点，但是在实际利用上，仍然存在一些难以解决的问题。比如太阳辐射到地球的能量很大，但是其投射面较广，分布过于散漫，这在搜集利用的过程中对设备的要求及造价比较高；而于此同时，太阳能的利用还存在气候环境的影响，尤其是雨雪天气下，太阳能的接受将受到严重的制约，在某些特定的地区，其运用基本不能实现规模化等。

就目前对太阳能的开发利用上，主要有直接利用太阳能的热效应，将水等物质加热，像现在比较普遍的太阳能热水器等；还有就是将太阳能转化为电能，通过一定的条件，将电能储蓄起来然后进行别的用途，在这方面有光伏发电等；而另外，在太阳能的利用上还可以采用光化学转换的方式，即直接将太阳能用来分解水等物质进而制取氢气。下面主要谈谈太阳能发电技术和供热技术的应用。

1.1 太阳能发电

1.1.1 热力发电

太阳能热力发电即将太阳能的能量集中搜集起来再加以利用的发电技术，其基本原理亦是采用太阳能搜集器吸收能量，再将能量传输到发电机上。太阳能的热力发电比传统的发电更具优势，传统的火力发电对环境造成的影响比较大，而且消耗的煤炭等资源其花费、需求量都非常大，同时太阳能热力发电在生产上又相对安全。

当前太阳能热力发电技术其所运用的系统主要有三种，槽式系统、碟式和塔式系统，三者在太阳能的利用的运用上程度均不相同，第一种基本实现了规模化、商业化的生产，而后两者仍处于试验阶段。我国的太阳能热发电技术自研究以来虽然已经有几十年，但是由于多种因素的干扰使得这一技术并未得到广泛的应用。

1.1.2 光伏发电

在太阳能发电上，光伏发电是目前比较流行的发电方式。它主要运用半导体材料对光有一种伏特效应，然后将能量转换为电能。光伏发电一般采用蓄电池来存储搜集起来的能量，到了需要使用的时候，再将能量释放出来运输到发电机中，最后不断的产生电能。光伏发电技术本身采用三大部分，最主要是由太阳能电池板、控制器与逆变器构成，而太阳能电池板是该系统的核心部分，无论是在造价还是在所产生的价值方面都是最重要的。太阳能电池板的基本原理是在太阳的辐射下，半导体材料本身就出现了自由电荷，而当自由电荷积累并不断地移动过程中，电流就产生了。

光伏发电技术在近来的发展比较迅速，尤其是在世界上的一些发达国家和地区，他们对于光伏发电的技术研究已经进入到非常成熟的阶段，而且国家政府部分也都纷纷制定了各种开发太阳能的计划与措施，在中国，其太阳能资源的利用前阶段上较少，但随着世界光伏发电技术市场的推动，使得现今的发电事业也进入相对迅猛的时代。

1.2 太阳能供热

说到太阳能供热，几乎每个人都知道太阳能热水器，其对太阳能的利用时采取直接转化的方式，即不需要转化为化学能或者电能。当前在太阳能直接供热的设备中，像太阳能热水器，它们主要用平板集热器、聚焦集热器以及真空管集热器。在太阳能的辐射，集热器开始工作，直接将太阳能搜集起来，化为热能，现代的太阳能热水器大多都是将水分别通入各个细管，其管道能很好的吸收太阳能，在经过一定时间的照射下，太阳能的热效应就使得管道内的水的温度升高，然后将温度已经很高的水送入到保温箱中，再用冷水进行补充，反复以此循环，最终达到不断利用的目的。

2 太阳能综合利用一体化构想

鉴于现今太阳能利用的方式越来越成熟化，我们便可以尝试将太阳能发电技术和供热技术相结合起来，综合开发出比较适用而又具规模化的系统。

2.1 供热供电系统

2.1.1 对发电系统的改造

首先我们可以考虑将供电系统作进一步改造，下面以光伏发电系统为例来说明。在电池板方面，我们采取多晶硅电池，而且其在设备的安装和搭配上配合使用太阳能集热器，电池表面采用低铁钢化绒面玻璃，并且在每块玻璃的间隔处安装上热能传送器，在太阳能的不断照射下，其将能量迅速的搜集起来。要知道，太阳能电池对太阳能的吸收并不是100%，所以在多晶硅材料制成的电池下面安装上太阳能集热器，同时为了加大太阳能的吸收，我们还可以在电池板的对面与地面成一定的角度安装上平面镜，调整平面镜的位置，使其反射光能够再次照射到电池板面上。

其次在发电方面多采用并网式发电技术，虽然当前这种技术的发展受到一些的因素的制约，例如电站本身要求的投资比较大，建设耗用的时间长等等，但是我们可以采取小型的并网发电系统，国内已经有将光伏发电与建筑相结合的例子。

在将太阳能传输到发电机之前，把太阳能集热器与太阳能电池板结合起来，从而在不同的环境和需求中相互切换，由此，我们就可以实现太阳能的供电供热。

光伏发电的基本原理范文第3篇

关键词 太阳能；光伏发电；环保；偏远用电

中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0121-02

目前，全球能源危机、环境污染致使新能源的应用成为热点的话题，而太阳能凭借其清洁、可再生、分布广等优势获得了普遍关注。而光伏发电，就是利用太阳光能转换成电能，供人类使用，发电时无污染，深受社会的喜欢，但光伏发电的实际应用缺少之又少。

1 项目背景

发展可再生能源如今已成为全世界共同关注的课题，而其中发展最好的三大可再生能源中太阳能最被业内人士看好，其潜力也最大。特别是近几十年来太阳能开发中提出的光伏发电研究成果，因其具有极好的商业化和市场开拓潜力，使得太阳能研究领域迅速发展成为全球快速稳定发展的新兴产业之一。本项目重点研究的就是太阳能光伏产业如何更好地将其提提倡的绿色电力在苏州住宅小区中推广，以期从点到面来研究该行业的推广应用，使其能在真正意义上成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。

1.1 立项原因

太阳辐射能源是一种极其丰富、无污染、廉价的能源，其取之不尽用之不竭的特性，使无数研究者趋之若鹜。本项目组就目前太阳能发电的研究成果，中国太阳能发电设备的出口限制和供求关系等因素，申请了该项目，学习研究实施太阳能光伏发电。

1）太阳能发电的趋势。根据国家《可再生能源中长期发展规划》（可再生能源中长期发展规划，2007.9，中华人民共和国-国家发展和改革委员会），要大力推广应用小功率光伏系统，建立分散型和集中型兆瓦级联网光伏示范性电站。我国国内光伏市场十分巨大。

2）中国太阳能发电设备的出口限制和供求关系。目前，我国的光伏行业出口受到很大的限制，也就是一般意义上的“双反”。由于以往的光伏产业主要都是欧美国家在生产，为了鼓励我国企业自行从事太阳能的研发生产，我国制定了一系列鼓励政策。因为国外的光伏产业已经经历了大规模的发展，起步较晚的中国光伏制造企业为了生存发展只能选择走低价路线，一番价格竞争以后欧美的光伏企业纷纷开始使用地方保护政策和法律武器保护自己，即双反。鉴于此，中国太阳能发电设备的出口受限，主要供求都局限在国内市场。

1.2 住宅小区采用光伏发电的需求分析

1）环保需要。目前太阳能基本上是无污染的能源，光伏发电，不会产生“目视污染”外的其他污染。

2）用电需要。现在住宅小区，用电的地方很多，如：居民家中、公共楼道、路灯、小区门卫室、绿化灯光美化照明等。

3）科技发展的需要。光伏是个新兴的技术行业，能为人类的生活带来很大的方便。

1.3 太阳能发电的优势

1）量大价廉。太阳能资源取之不尽、用之不竭，且免费。

2）无需配送。可原地发电、原地使用，节约输配电网的投资，并减少了输配电损耗。

3）改善环境。安装在屋顶和墙面上的光伏阵列能在吸收太阳能的同时避免了屋顶和墙面的阳光直射，尤其在夏日，可明显改善室内温度环境。

4）保护空气。现在全球大部分地区都是采用化石燃料发电，这会对空气造成严重污染，如果选用了太阳能光伏发电，则能有效的保护空气，防止雾霾现象的进一步恶化。

5）占地面积小。太阳能光伏发电无需额外占地建设，只需安装在屋顶即可，节省了土地资源，这对于人口密集、土地昂贵的城市建筑尤为重要。

1.4 光伏发电的挑战

1）稳定性差。气候和昼夜的变化对太阳能的获取量影响很大。为了使其达到一定的稳定度就必须有贮存装置，这一措施不仅增加了技术难度，也提高了造价。鉴于目前的贮存系统都不够理想，要具体应用也较为困难。

2）装置成本过高。虽然地面接收到的太阳能量非常大，但其分散度太大，密度太低，因此，作为能源使用就必须安装面积相当大的收集设备才能达到预期效果。但是大面积必将造成价位高，从而提高这一量大价廉的能源价格。

3）太阳能光伏面板损坏。太阳能光伏面板有一定的寿命，目前还不是很明确；冰雹天气对太阳能光伏面板有一定的破坏作用；天气灰尘较多，时间长后，会覆盖在太阳能面板上，影响太阳能的接收。

2 太阳能发电原理的学习与研究

2.1 太阳能发电的原理

太阳能电池组件能在太阳照射下将太阳能转换为电能，一方面通过控制器将直接送入用电设备完成诸如照明、电路控制等多种功能，如有需要还可通过AC/DC逆变器为交流负载提供电能。另一方面也可通过控制器将多余的电能送入蓄电池内贮存起来，提供夜间所需的电能。

2.2 目前太阳能发电的节能减排分析

太阳能光伏发电相比火力发电，可以减少污染物的排放，起到节能减排的作用。表1是天科光伏公司对上海、苏州地区的太阳能节能减排的分析。

表1 发电量与节能减排分析

100 kW光伏项目 kWh/年 节省 减排

标准煤 二氧化碳 二氧化硫 氮氧化物

年均发电量 85800 33.46T 87T 0.8T 0.23T

25年总

发电量 2145000 836.5T 2175T 20T 5.75T

3 苏州太阳能发电的可行性

3.1 环境可行性

苏州全年太阳总辐射4605.55 MJ/m2（兆焦/平方米），日均太阳辐射为12.62 MJ/m2，其中7月份太阳辐射最多，达到日均17.17 MJ/m2；1月份最少，为7.05 MJ/m2。全年日照时数1829小时，年日照率为42%。

3.2 经济可行性

苏州属于III类资源区，苏州的光伏发电的上网价格是1.0元/千瓦。分布式光伏的保底收入就是当地“标杆电价+0.42元/度”，而正常情况下用电价格是高于当地燃煤机组标杆上网电价的，所以自发自用比例越高，收益越高。

表2 光伏发电入网价格

3.3 政策可行性

目前我国有多项政策对大阳能发电研究进行支持，其中国发〔2013〕24号《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》制定的发展目标如下。

把扩大国内市场、提高技术水平、加快产业转型升级作为促进光伏产业持续健康发展的根本出路和基本立足点，建立适应国内市场的光伏产品生产、销售和服务体系，形成有利于产业持续健康发展的法规、政策、标准体系和市场环境。2013～2015年，年均新增光伏发电装机容量1000万千瓦左右，到2015年总装机容量达到3500万千瓦以上。加快企业兼并重组，淘汰产品质量差、技术落后的生产企业，培育一批具有较强技术研发能力和市场竞争力的龙头企业。加快技术创新和产业升级，提高多晶硅等原材料自给能力和光伏电池制造技术水平，显著降低光伏发电成本，提高光伏产业竞争力。保持光伏产品在国际市场的合理份额，对外贸易和投融资合作取得新进展。（国发〔2013〕24号国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见（节选），2013.8）

所有的这些政策，基本上都是对光伏发电产业的支持。

4 太阳能发电模型的建立

4.1 太阳能电池组件

该项目建立的模型如下。

1）系统硬件配置。10 W太阳板X2、电源箱、导线、LED光源（2W球泡、3 W球泡、8 W球泡、6 W＼300 MM灯管、9 W＼500 MM灯管，客户可根据应用需求做出组合选择）组成。①普通家居照明可选1 W球泡或2 W灯管；②商业照明可选3 W球泡或4 W灯管。

2）系统可照明时间说明。①满电状态下可为：2 W光源照明最少8小时；②在光照充足的情况下，太阳板充电一天可为2 W光源提供12小时所需电能；两天可以基本充满电；③如果遇到持续阴雨天，太阳板将无法为系统正常补充电能，请缩短每晚照明时间，从而延长照明天数；④每天晚上照明4-6小时以内，白天及时充电，尽量使电池始终处于满电状态，这样既可以保证系统有3天的储电量，也可以大大延长蓄电池的使用寿命。

3）持续阴雨天时请关注电压表，当指针显示电压低于12 V时，请及时充电！如天气未能转晴，可用专用的AC220V―DC12V适配器为系统充电。

4）充电插口有两个，太阳板、适配器均可任意接入充电。

5）照明插口有四个，位于USB接口的下方，插上光源的插头即可照明。

6）指示灯说明见电源箱的说明，系统设置为微电脑默认模式，正常使用即可。

4.2 蓄电池

牵引式蓄电池是目前光伏系统中的最常用蓄电池为，通常放电率可超过80%，该类型的电池主要有VRLA（铅酸）蓄电池、Ni-Cd（镍镉）蓄电池和Ni-H（镍氢）蓄电池三种类型。涉及2 V、4 V、6 V、12 V和24 V等型号电池，品种有0.5AH～2000AH近百个规格。

蓄电池应与太阳能电池、负载相匹配。可采用一种简单方法大致确定它们之间的关系。太阳能电池板额定输出功率和负载输入功率之间的关系在华东地区大致是2～4：1，系统才能正常工作，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压的20～30%，才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池容量必须比负载日耗电量高6倍以上为宜。

4.3 专用控制器

本系统的控制器电路主要完成以下功能。

1）为了防止蓄电池深度放电和过度充电的问题，必须限制其充、放电条件，以延长蓄电池的使用寿命。

2）控制器电路，同时实现了负载控制功能，能自动光控或者时控方式下的路灯工作状态。

3）控制器具有以下几个特点：防反充电控制；防过充电控制；防过放电控制；光控自动切换负载工作。因此，在温差较大的地方能进行温度补偿功能。该产品技术已极为成熟，设备型号有数十种之多。

4.4 蓄电池参数

为了有效减少蓄电池的数量，本项目设定了工作目标，以此来设计匹配不同型号的蓄电池。根据前期调研，为了实现最终模型，本项目需要在蓄电池充满情况下连续工作5个阴雨天，得出蓄电池容量应为（AHL×DW/ DOD =69.58×5/0.6=579.8AH），因此本项目选用了4台24 V150AH的蓄电池来完成目标。若根据负载需要设计匹配不同型号的蓄电池，可有效减少蓄电池的数量。此外，为了将蓄电池工作电压由24 V降低到12 V供负载使用，还需使用直流降压器。

4.5 太阳能电池组件

蓄电池总充电电流

式中，ε为太阳能组件系统综合损失系数，取ε=1.05；η为蓄电池充电效率，取η=0.9。

CS6P-240型太阳能电池组件数量N

为了保证系统在太阳辐射最少的月份能稳定运行，必须对系统设计进行校对。苏州地区而言1月份日平均太阳辐射最低，为7.05兆焦/平方米即1.96 kWh/m2。系统日耗电量为3.39 kWh，单晶硅电池效率为18%，则CS6P-240型太阳能电池组件数量N。

5 总结推广

5.1 成功之处

我们团队能够熟练掌握太阳能光伏发电的基本原理，组装过程，注意事项等。团队的每位成员都能够快速、正确的配置安装太阳能光伏发电系统。

5.2 有待提高

虽然该项目已经接近尾声，但还有一些不足之处，如：

1）模型较小，因为考虑到携带、演示的方便，我们的模型较小，功率不大。

2）目前太阳能光伏发电的设备较贵，如果要联网发电，一般至少要2 kW，而2 kW的价格基本上在16000元左右，我们的科研经费受限。等工作后，我们可以利用业主、社区或企业，提供经济支持，建立联网发电系统。

6 总结

经过大家辛苦努力，大家学到了很多太阳能光伏发电的知识，该项目的调研报告终于完成了，模型也基本上能够展现太阳能发电原理和实际的应用。

参考文献

[1]张晓俊，吴玺，何建龙，等.太阳能公交车站系统的设计及分析[J].信息化研究，2011（1）.

[2]刘汉元.加快发展光伏产业 确保我国能源与环境安全[J].中国科技产业，2013（7）.

作者简介

光伏发电的基本原理范文第4篇

【关键词】：太阳能；太阳能发电；光化学转换；

中图分类号：TK511 文献标识码：A

1 太阳能简介及其利用现状

1.1太阳能简介

3000年前我们祖先就利用太阳能，能源就是能够向人类提供某种形式能量的自然资源，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，通过适当的转换手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量。例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。中国是利用太阳能最早的国家《周礼》就有“夫燧”取火的故事，到近现代太阳能利用科技首先在欧美国家有了长足发展，特别是第一次中东能源战争后太阳能科技有较快发展，1992年在巴西“世界环境与发展大会”通过一系列重要文件，极大推动太阳能开发利用的发展。我国在20世纪七十年代后对太阳能的利用科技的展开研究和开发，世界能源大会后制定《中国21世纪议程》提出相应的对策和措施，明确因地制宜开发和推广太阳能。

1.2分布状况

太阳是一个发光发热的恒星因内部热聚变核反应向外界每秒发散了3.74×1026J能量。其中有一部分传到地球，通常说太阳能就是太阳辐射到地面可开发利用的能量。到地面的太阳辐射能约有8.1×1016W是当代全球能万倍，所以太阳能是取之不尽的新能源，是各种再生能源中最重要的基本能源。其分布最广，也最容易获取，为人类发展提供一种“无穷无尽”的能源开发利用好可解决人类面临煤炭、石油的能源枯竭的问题。太阳能本身具有的特点，（1）储量丰富（2）维持长久（3）分布广泛（4）维护方便（5）清洁无污染。缺点有（1）能量分散性（2）能量不稳定（3）能量的间歇性，不连续。

太阳能的分布，全球太阳总辐射量日照时数最大地区：美国西南部，非洲、澳大利亚、我国、中东，很多地区是发达地区。我国处北温带每年接受太阳能辐射总量1.9×1016kw·h，全国2/3的国土年日照时间超过2200小时.总体是西部高于东部，南部低于北部，（新疆除外）可分4个太阳能资源带，前三类，覆盖我国大面积国土利用太阳能条件好。

1.3利用现状

目前人们对太阳能利用技术最成熟、成本最低、运用最广方式为直接热利用，我国光热运用面积占全球76%，太阳能热水器占世界第一使用量超过1.25亿平米并以20%--30%递增。太阳灶技术也是运用相当广技术成熟；太阳能发电、太阳光伏发电研究历史已有100多年历史自1893年法国科学家发现光伏效应，1930年朗格提出太阳电池1960年硅电池并网发电，1986美国6.5MWp伏电站运行。光伏发电均因没很好解决技术瓶颈没能大规模推广。

2太阳能的利用和展望

2.1太阳能利用

太阳能的利用方式纵观世界各国对太阳能利用主要为：太阳能热利用、太阳能发电和光化学转换

（1） 太阳能热利用

直接把太阳能转换为热能供人类使用（例如：加热和取暖），称为太阳能的热利用，或者叫光热利用。直接热利用是最古老的应用方式，也是目前技术最成熟、成本最低、应用最广泛的太阳能利用模式。基本原理是利用集热器将太阳能收集起来，通过介质转化进行利用。不易大规模集中使用因太阳能的能密低热，为了接收足够热，需要占很大面积，材料用料多、结构复杂使得成本加大。因太阳能分布广热使用不受自然条件限制、技术要求不高。有季节性大面积使用有不少困难，小面积使用成本不大，结构简单如家用太阳能热水器运用极其广泛。

（2）太阳能发电

太阳能热发电就是利用太阳辐射所产生的热能发电，是在太阳能热利用的基础上实现的，实际上是“光－热－电”的转换过程。有两种形式：一类是蒸汽热动力发电，一类是热电直接转换。蒸汽热动力发电，先利用太阳能提供的热量产生蒸汽，再利用蒸汽驱动发电机，原理同火力发电。这种利用方式要求尽量在太阳能密度流大的地区，目前投资建设成本大，发电机和蒸汽管路绝热和耐高温性关系到发电的使用效率。设备技术要求更高，建设成本大，与以上使用一样有间隙性不稳定。需要研究解决储能设备能把白天多余的能量存储供夜晚和雨天使用。

热电直接转换，即利用太阳能提供的热量直接发电，这类发电方式的优点是发电装置本体没有活动部件，但一般发电量都很小，有的方法尚处于原理性试验阶段。相对成熟一些的，主要是半导体温差发电。不便于推广需在技术成熟后运用。发展前景较好，

2.2、太阳能光发电

太阳能光发电是指不通过热过程而直接将光能转变为电能的发电方式。光化学发电和光生物转换，主要通过光化转换过程实现。

光感应发电，是利用某些有机高分子团吸收太阳的光能后变成光极化偶极子的现象。光伏发电，是利用某些物质的光电效应（光生伏打效应），将太阳光辐射能直接转变成电能的发电方式。电压一般较低，技术还未达到实用，处于理论研究阶段。光伏发电是未来太阳能发电的主流。

2.2.1光化学转换

是指将太阳的光辐射能转换为化学能存储，或者利用太阳光照的作用实现某些特定的化学反应过程。有光化学电池盒光生物发电

① 光化学电池

将太阳的光辐射能通过某种化学反应过程转变为电能，称为光化学发电，通常是指浸泡在溶液中的半导体电极受到光照后，电极上有电流输出的现象。光化学发电还可细分为液结光化电池、光电解电池和光催化电池等。

② 光生物发电

绿色植物的光合作用也是一种光化学转换过程。通过光合作用将太阳能转换成为生物质的过程，称为光生物利用。光生物发电，通常是指叶绿素电池发电，也是一种光化学转换过程。叶绿素在光照作用下能产生电流，这是最普遍的生物现象之一。要做成稳定的叶绿素电池目前还比较困难。

③太阳能房

太阳能房是综合利用太阳能光热转换、光电转换等过程，实现主动的和被动的太阳能利用的节能建筑。安装太阳能热水器，提供生活热水；安装太阳能空调，调节室内温度；安装太阳电池板，提供生活用电。设计实现最佳采光、采暖，冬暖夏凉。还可结合风力、地热等能源及建筑节能材料，实现零耗能建筑

④太阳池

太阳池是一种集中储存太阳能的方式，并可作为热源使用。池水为盐水，一般表层为清水，越往深处盐度越大，底层甚至为饱和状态。池底深而黑，光辐射被池底吸收转变为热能后，除了池底的有限散热，基本不会向水池表面散热。太阳不断辐射、底层水不断储热，水温就越来越高。将池底的热取出，就可以进行各种应用，而且这种热源还比较稳定。

电力是人们使用的基本动力，运用程度最广，太阳能发电原理与传统发电相似，只是蒸汽的热量来源于太阳将工质加热倒数百摄氏度，经过交换电气产生高温过压蒸汽驱动汽轮机旋转。并带动发电机发电，集热器采用真空管式和腔体式结构。集热部分是庞大的聚光型集热器，热能传输或控制热能损失保温极重要，有好的蓄热装置还需采用热空气的燃气轮机组和斯特林热发电机太阳能发电有槽式太阳能发电、塔式太阳能发电和蝶式太阳能发电。受聚光集热器尺寸限制蝶式太阳能发电功率较小更适用于分布式能源系统，蝶式、斯特林系统光学效率高达29%。这种运用，首先要有场地布置集热系统投资成本也较大受外界风、雨、砂影响一般宜分布在人烟较少，日照时间长的地区，这类地区往往风砂，要解决结构强度。专用发电机有待革新和提高效率。世界各国基本处于初步运用和完善提高试验阶段。而光伏发电是利用特殊材料在太阳光照射下发生光伏效应产生电能。以光伏电池和光伏发电为主要形式。光伏电池通过光伏效应将太阳能直接转化为电能的器件，典型的单体光伏电池类型有同质结电池、异质结电池、自特基结光伏电池、复合结光伏电池、叠层光伏电池、薄膜光伏电池、湿式光伏电池。光伏发电系统

光伏发电的特点：

1、从光伏发电的角度看有许多优点是其他能源无法比拟的。不需要机械部件，组件结构简单，体积小，质量轻，运输安装容易。

2、光伏电池有移动部件，容易启动运行维护简单，又因没有机械部件，无磨损，运行效率高故障低可以实现无人看守。

3、因无机械磨损和物质损耗使用寿命长对环境无污染是绿色清洁能源。

在实际应用中没有迅速推广也存在明显不足，同其他利用方式相比，因光伏电池和发电是建立在晶体硅片基础上，在前期制造过程中有高耗能和高污染。在薄膜太阳能模板中含有微量镐有毒，太阳能量密度低往往需要建立相对面积收集设备占地面积大材料用量多，结构复杂成本增高，太阳的季节性时间周期变化给发电造成波动性。给经济可靠的大规模利用带来考验。

2.2.2太阳能利用的展望：

太阳能是清洁，取之不尽的新能源，在能源危机日益紧张，造成社会冲突加剧的当今世界，无疑同其他可再生资源一样给社会带来希望，给科学技术提出更高的要求。社会稳定发展技术不断创新，是人类的共同任务。

就太阳能而言，个人认为太阳能直接利用和太阳能发电是太阳能利用最具前途 的。两种途径直接利用太阳能热水器，因技术简单，不论成本、安装、使用均没有大的技术，材料的障碍应该是目前极力推广的。未来只要能解决好，集热器和保温水箱的热绝缘，利用效率会更高。

太阳能发电是未来 太阳能大规模利用的主要方向，而材料技术革新又是关键，目前国际市场的晶体硅供不应求，新材料突破时其大规模运用的瓶颈。随着空间应用领域使用光伏电池，全世界光伏能源市场已开始蓬勃发展，渐形成规模产业。近年，全世界太阳能电池产量超6000MW。我国已是太阳能电池世界第一。我国目前虽然是电池生产大国，国内市场仍未启动，潜力十分巨大，2009年《新能源产业振业规划(草案)》提出到2020年目标：太阳能发电2000千瓦。

光伏发电的基本原理范文第5篇

[关键词]电力系统；新能源；风力发电；太阳能光伏发电

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0167-01

1 引言

为了能够有效的解决能源紧张的问题，减少对自然环境的破坏，维护生态的稳定，对清洁、再生、污染小的新能源的需求也随之越来越明显。新能源是指在科学技术上开发和利用的非常规性，绿色能源是未来发展中的主要能源，如：太阳能、风能、海洋能等。是无污染的，取之不尽用之不竭的。为确保电力系统能够在整个现代经济社会建设发展中得到长时间且可持续性的发展，展开有关新型能源在电力系统中的应用研究势在必行。所以，随着我国能源需求的逐渐提高，新能源发电逐渐获得了政府的支持和人们的关注。

新能源是指在新技术的推动下，系统的开发利用的可再生资源。相对于传统的化石能源，新能源具备突出优点便是可再生，同时它还有储量丰富、污染少的优点。新能源发电主要包括太阳能发电、风力发电、生物质能发电、地热发电、潮汐发电等形式。而新能源电力系统是指用科学新技术将新能源进行发电、输电、配电和用电的系统。发电企业具备的生产特点是在电力生产中清洁、无污染、零排放、可再生。

2 新能源发电基本形式

2.1利用自然界的风能发电

在目前的电力电子背靠背变频技术的支持下，风力发电系统能够对发电功率的各个参数的输出作业进行有效的调整和控制，风力发电的目标也是通过控制电磁转矩控制机组转速频率来实现的。风能在利用过程中因为没有产生辐射、也不会对空气产生污染是一种公认的清洁的可再生能源，风力发电基本原理，利用自然界的风力带动发电企业安装的风车叶片旋转，通过增速机把风车旋转的速度加快，从而带动发电机发电。

2.2太阳能光伏发电技术在电力系统中的运用

光伏发电技术不断进步，成本逐渐降低，世界上很多国家都制定了相关的激励政策，大大推动了光伏发电的发展。我国在光伏发电领域起步较早，目前已经在太阳能电池组件的生产能力上走在世界前列，很多科研院所也逐步开展相关技术的研究。光伏发电在电力系统中的主要应用形式有户用电源、独立光伏发电系统和光伏并网发电系统。户用电源是最简单的一种应用形式，其发电容量小，一般的用途是缓解边远地区的居民缺电状况。独立光伏发电系统相对于户用电源来说容量较大，但是结构仍比较简单，其作用是对某一区域进行供电。并网光伏发电系统是未来太阳能光伏发电的主流，它是将电能输送至电网的光伏系统。

2.3利用生物质能发电

生物质发电时蕴含在生物中的能量，具有可再生、低污染、分布广等特点，在能源资源中占有比例重，是第四大能源。目前我国的生物质发电主要表现有：直燃发电、混燃发电、气化发电、沼气发电等。生物质能发电较传统的能源发电优势是在环保、节能又可以再生，因其无污染、见效快、也可以减少对环境的破坏，增加农民的收入备受人们的关注与青睐。且生物质能分布广，储量大是替代煤、石油、天然气等传统能源的新能源。当前，生物质能发电形式主要有秸秆发电、沼气发电等形式。

2.4海洋能发电

海洋能发电主要是通过海洋中的可再生能量进行发电，清洁无污染，但是海洋能具有区域性和局域性，只有在特地的范围内才能对海洋能进行利用。利用海洋能发电主要是潮汐发电、波浪发电。海洋中储存的大量能量来发电对于缓解传统能源的消耗意义重大。其中潮涨潮落形成的动能可以带动水轮机使发电机运行工作达到发电的目的。其发电方形式能量比较稳定、电力输送配送比较简单、便于管理。

3 新能源发电发展的意义与前景

3.1使我国电网覆盖面得以提高

“受煤炭市场不景气影响，煤价自2012年5月以来持续下跌，未来煤电上网电价仍存较强的下调预期。”厦门大学中国能源经济研究中心主任林伯强讲到，这相当于增加了新能源发电的利用成本，传统能源发电在价格方面有了更多比较优势。在我国由于地理环境的复杂性传统能源的发电方式基本是的电网广距离远途输送配电，然而所形成的电网覆盖面受到复杂地形、地貌环境的制约，在部分偏远地区还没有通电。电力输送不到的区域其经济发展、生活质量都受到了极大是限制。而风能、太阳能等能源发电后形成的微电网系统，则为没有通电的地区带来了福音，实现了微电网供电。新能源发电无疑提高了我国电网的覆盖面积，提升了部分区域的生活品质。

3.2促进新能源发电技术的发展

国家能源局新能源司处长董秀芬说道，能源局目前正在协调有关部门，针对补贴资金来源等进行沟通，针对性提出对策，并在未来逐步进行完善。但在补贴资金不能无限量增长的现阶段，可再生能源补贴政策将出现微调，一些被证明行之有效的政策会继续保留，确保给企业一个合理的利润空间，实现新能源从规模扩张型向质量效益型发展、从高补贴政策依赖模式向低补贴竞争力提高模式的两个转变。

3.3明确各方责任，全方位促进发展

就目前来看，想要促进新能源发电的快速发展，还需要获得政府的扶持。一方面，在新能源发电上网价格上，为了使新能源发电能够与常规能源竞争，政府需要为电网企业提供一定的财政补贴。另一方面，在增值税方面，新能源发电产品不需要使用燃料和其他材料，所以不应该收取增值税。而解决新能源发电的税负问题，则可以更好的促进新能源发电的发展。最后，政府应该实行优惠信贷政策，以便使新能源发电的市场竞争力得到提升。我们在政府部门、监管部门、发电企业、电网企业、制造企业、行业协会应该履行《可再生能源法》赋予的责任，进而促进全方位发展。

3.4加强新能源发电科学统一规划

科学制定规划，明确相对稳定的发展目标。新能源最大优势具有可再生性、分布的广大性、均衡性、资源巨量性。开发利用新能源，利用新能源发电对于节约传统资源保障煤炭、石油等战略资源的储备、调整能源消费结构、护佑生态、呵护环境、提升人们的生活质量、扩大、拉动内需、涵养新的经济增长点、提供更多的工作岗位、是我国经济建设和社会发展必然选择。新能源发电技术在我国基本属于成熟阶段。建议能源主管部门按照安全、经济、绿色、和谐原则，根据全国能源需求与可再生能源资源实际状况，对水电、煤电、核电和天然气发电等进行统筹优化，制定可再生能源开发利用中长期总量目标。

4 结语

总之，国内的新能源发电已经逐步进入到了新的发展时期，需要在技术创新和产业化发展方面取得一定的进步。为了促进新能源发电的发展，政府应该为新能源行业提供一定的政策支持，大力开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能等可再生能源利用技术，对于国家的能源建设、环保事业、可持续发展战略具有深远的历史意义。当下，我国传统能源的资源有限，在环境污染、战略储备、人们普遍倡导的低碳生活的多重压力下，对其开发与利用受到局限。因此，寻找可替代传统能源的新能源，在我国乃至全球正在如火如荼的开展。

参考文献