光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成原理和應(yīng)用案例

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成原理和應(yīng)用案例目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4第1章緒論31.1背景31.2光伏發(fā)電的發(fā)展31.2.1國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀31.2.2我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展51.3光伏發(fā)電的趨勢(shì)7 HYPERLINK l bookmark6第2章光伏系統(tǒng)82.1光伏系統(tǒng)的組成和原理82.2系統(tǒng)的分類和介紹92.2.1小型太陽能供電系統(tǒng)92.2.2簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)102.2.3大型太陽能供電系統(tǒng)102.2.4交、直流供電系統(tǒng)112.2.5并網(wǎng)系統(tǒng)112.2.6混合供電系統(tǒng)122.2.7并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)13 HYPERLINK l bookmark8第3章太陽

2、能電池143.1工作原理143.2薄膜太陽能電池的分類143.3非晶硅薄膜太陽能電池173.4非晶硅太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀183.4.1大規(guī)模的成本發(fā)電站183.4.2與建筑相配合，建造太陽能房183.4.3國內(nèi)外非晶硅太陽能電池的生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問題193.4.4非晶矽薄膜太陽能電池的制造20 HYPERLINK l bookmark10第4章逆變器234.1光伏逆變器的分類及工作原理234.2光伏逆變器的功能234.3逆變器的選擇24 HYPERLINK l bookmark12第5章蓄電池和光伏方陣275.1蓄電池的設(shè)計(jì)275.2光伏組件設(shè)計(jì)31 HYPERLINK l bookmark1

3、4第6章應(yīng)用案例及總結(jié)366.1天和家/43kWp屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)366.1.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介366.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式的選擇366.1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)376.1.4防雷設(shè)計(jì)426.1.5電纜選擇436.1.6支架設(shè)計(jì)436.1.7監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)436.2總結(jié)44第1章緒論1.1背景隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的逐步展開，世界各國對(duì)能源的需求急劇膨脹，而煤炭、石油和天然氣三大化石能源日漸枯竭，全球?qū)⒃僖淮蚊媾R能源危機(jī)。在中國，按目前的石油消耗速度，中國的現(xiàn)有能源儲(chǔ)量至多可以使用50年。根據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2020年，中國石油消費(fèi)量將突破4億噸，其中一半以上將依賴進(jìn)口，天然氣的需求量將達(dá)到200億立方米。

4、同時(shí)，大量使用化石能源會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。根據(jù)相關(guān)資料顯示，目前人類使用化石燃料己經(jīng)為人類生存環(huán)境帶來了嚴(yán)重的后果，由于大量使用化石能源，全世界每天產(chǎn)生約1億噸溫室效應(yīng)氣體，己經(jīng)造成極為嚴(yán)重的大氣污染，同時(shí)使得地球表面氣溫逐年升高;近若干年來全球CO?排放量迅速增長(zhǎng)，如果不加控制，溫室效應(yīng)將使南、北兩極的冰山融化，這可能會(huì)使海平面上升兒米，四分之一的人類生活空間將由此受到極大威脅。能源、環(huán)境與發(fā)展己成為當(dāng)今世界急待解決的問題，因此開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類必須釆取的措施。雖然目前人類可利用的太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水能等能源形式都是無污染能源，但從能源的穩(wěn)定性

5、、數(shù)量、利用條件等諸多因素考慮，太陽能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想的綠色能源。全球能源專家們認(rèn)定，太陽能將成為21世紀(jì)最重要的能源之一。自20世紀(jì)50年代太陽能電池的空間應(yīng)用到如今的太陽能光伏集成建筑，世界光伏產(chǎn)業(yè)己經(jīng)走過了近半個(gè)世紀(jì)的歷史。由于太陽能資源分布相對(duì)廣泛、蘊(yùn)藏豐富，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有清潔、安全、壽命長(zhǎng)以及維護(hù)量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，光伏發(fā)電被認(rèn)為將是21世紀(jì)最重要、最具活力的新能源。在世界各國尤其是美、日、徳等發(fā)達(dá)國家先后發(fā)起的大規(guī)模國家光伏發(fā)展計(jì)劃和太陽能屋頂計(jì)劃的刺激和推動(dòng)下，光伏產(chǎn)業(yè)近幾年保持著年均30%以上的高速增長(zhǎng)。其中，以光伏集成建筑為核心的光伏并網(wǎng)發(fā)電市場(chǎng)己經(jīng)超過獨(dú)立光伏應(yīng)

6、用，近幾年的增長(zhǎng)速度都在40%以上，成為世界光伏產(chǎn)業(yè)的最主要發(fā)動(dòng)機(jī)。并網(wǎng)光伏發(fā)電經(jīng)成為光伏發(fā)電領(lǐng)域研究和發(fā)展的最新亮點(diǎn)。1.2光伏發(fā)電的發(fā)展12.1國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀化石能源資源的有限性和環(huán)境保護(hù)壓力的增加，使世界上許多國家加強(qiáng)了對(duì)綠色能源和可再生能源技術(shù)發(fā)展的大力支持。技術(shù)方面，經(jīng)過兒十年的發(fā)展，澳大利亞新南威爾士人研制的單品硅光伏電池效率己達(dá)23.7%,多品硅電池效率突破19.8%。同時(shí)，研究人員正在探索用切薄硅片、擴(kuò)大平面面積或者使用聚光的方法，力爭(zhēng)把硅片的成本降低到0.8美元/WP。據(jù)預(yù)測(cè)，在今后1520年間利用這兒種方法有望把硅片的成本降低到0.5美元/WP,這樣，光伏系統(tǒng)的價(jià)格

7、可以降低到接近3美元/WP。薄膜電池是在廉價(jià)襯底上釆用低溫設(shè)備技術(shù)沉積半導(dǎo)體薄膜的光伏器件，材料與器件設(shè)備同時(shí)完成，工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，便于大面積連續(xù)化生產(chǎn)；設(shè)備能耗低，縮短了回收期。太陽能電池實(shí)現(xiàn)薄膜化，大大節(jié)省了昂貴的半導(dǎo)體材料，具有大幅度降低成本的潛力，是當(dāng)前國際上研究開發(fā)的主要方向。除了光伏電池以外，當(dāng)前國際上最新的研發(fā)熱點(diǎn)主要集中在低成本、高效率、高穩(wěn)定性的光伏逆變器件和光伏建筑集成應(yīng)用系統(tǒng)等方面，專用逆變?cè)O(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)的最佳配置涉及到多項(xiàng)技術(shù)。美國、徳國、荷蘭、日本、澳大利亞等國家在光伏屋頂計(jì)劃的激勵(lì)下，許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)成功地推出了多種不同的高性能逆變器。產(chǎn)業(yè)化方面，光伏發(fā)電發(fā)展的初期

8、主要是依靠各國政府在政策及資金方面的大力支持，現(xiàn)在己逐步商業(yè)化，進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。光伏發(fā)電的市場(chǎng)前景吸引了一批國際知需企業(yè)或企業(yè)財(cái)團(tuán)介入光伏電池制造業(yè)。這些大公司的介入,使產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程大大加快。預(yù)計(jì)今后10年，光伏組件的生產(chǎn)將以每年增長(zhǎng)20%-30%其至更高的遞增速度發(fā)展，到2010年將可能達(dá)到4600MW/年的生產(chǎn)量，總裝機(jī)容量將可能達(dá)到18GW。國際光伏產(chǎn)業(yè)在過去10年中的平均年增長(zhǎng)率為20%,1998年世界太陽能電池組件生產(chǎn)量為155MW,2000年增長(zhǎng)到288MW,2002年達(dá)到540MW。截止到2006年底，世界光伏發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到了1300MW。目前全球太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)

9、的銷售收入超過20億美元。預(yù)計(jì)到2050年左右，太陽能光伏發(fā)電將達(dá)到世界總發(fā)電量10%20%,成為人類的基本能源之一。同時(shí)，世界光伏市場(chǎng)發(fā)生了很大變化，開始由主要為邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)和通信設(shè)備、氣象臺(tái)站、航標(biāo)等特殊應(yīng)用領(lǐng)域解決供電問題，逐步向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑相結(jié)合的常規(guī)供電方向及商業(yè)化應(yīng)用方向發(fā)展。從上世紀(jì)70年代起，許多國家掀起了太陽能光伏發(fā)電熱潮，美國、日本、歐盟、印度等國家紛紛制定雄心勃勃的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃推動(dòng)光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)這一新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，世界光伏產(chǎn)業(yè)正以31.2%的平均年增長(zhǎng)率高速發(fā)展，是全球增長(zhǎng)率最高的產(chǎn)業(yè)，己成為當(dāng)今世界最受關(guān)注、增長(zhǎng)幅度最快的能源產(chǎn)業(yè)之一。自上

10、個(gè)世紀(jì)90年代以來，國外發(fā)達(dá)國家掀起了發(fā)展“屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)”的研發(fā)高潮，屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)不單獨(dú)占地，將太陽電池安裝在現(xiàn)成的屋頂上，非常適應(yīng)太陽能能量密度較低的特點(diǎn)，而且其靈活性和經(jīng)濟(jì)性都大大優(yōu)于大型光伏并網(wǎng)發(fā)電，有利于普及，有利于戰(zhàn)備和能源安全，所以受到了各國的重視。1993年，徳國首先開始實(shí)施由政府補(bǔ)貼支持的“2000個(gè)光伏屋項(xiàng)計(jì)劃”，同時(shí)制定了“可再生能源電力供應(yīng)法”，極大地刺激了光伏發(fā)電市場(chǎng)。日本在光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合的市場(chǎng)方面己經(jīng)做出了十幾年的努力，預(yù)計(jì)到2010年光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)總?cè)萘窟_(dá)到7600MW。日本光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是：太陽電池組件和房屋建筑材料形成一體，如“太陽電池瓦

11、”和“太陽電池玻璃幕墻”等，這樣太陽電池就可以很容易地被安裝在建筑物上，也很容易被建筑公司所接受。1997年6月，美國前總統(tǒng)克林頓宣布實(shí)施“百萬個(gè)太陽能屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃到2010年安裝100萬套太陽能屋頂。許多其他發(fā)達(dá)國家也都有類似的光伏屋項(xiàng)發(fā)電項(xiàng)目或計(jì)劃，如荷蘭、瑞士、芬蘭、奧地利、英國、加拿大等。屬于發(fā)展中國家的印度也在1997年12月宣布到2020年將建成，50萬套太陽能屋頂發(fā)電系統(tǒng)。新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。在新世紀(jì)中，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。據(jù)資料預(yù)測(cè)顯示，到2010年，

12、全世界光伏產(chǎn)業(yè)將累計(jì)達(dá)到14-15GW,這表明世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著巨大的發(fā)展空間?？傊?，從能源利用的國際發(fā)展趨勢(shì)來看，光伏發(fā)電最終將以替代能源的角色進(jìn)入電力市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2030年，光伏發(fā)電在世界的總發(fā)電量中將占到5%20%。國外并網(wǎng)型逆變器己經(jīng)是種比較成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品，例如在歐洲光伏專用逆變器市場(chǎng)中就有SMA,西門了等眾多的公司具有市場(chǎng)化的產(chǎn)品，其中SMA在歐洲市場(chǎng)中占有的50%份額。除歐洲外，美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭以及亞洲的日本在并網(wǎng)型逆變器方面也都己經(jīng)產(chǎn)品化。綜上所述，目前國外光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的研發(fā)主要集中在最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)集成的單級(jí)能量變換上，功率主要為兒白瓦到五千瓦的范圍

13、，控制電路主要采用數(shù)字控制，注重系統(tǒng)的安全性、可靠性和擴(kuò)展性，均具有各種完善的保護(hù)電路。1.2.2我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展技術(shù)方面，經(jīng)過十多年的努力，我國光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展，光伏電池技術(shù)不斷進(jìn)步，與發(fā)達(dá)國家相比有差距，但差距在不斷縮小。光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高，目前單晶硅電池實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)20%,批量生產(chǎn)效率為14%,多晶硅實(shí)驗(yàn)室效率為12%。在2000年之后，多晶硅產(chǎn)品逐步走出實(shí)驗(yàn)室，開始形成規(guī)模生產(chǎn)，其效率與發(fā)達(dá)國家相比，差距在不斷縮小。產(chǎn)業(yè)化方面，2000年以后，我國光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，但整體發(fā)展水平仍然落后于國際先進(jìn)水平，參與國際競(jìng)爭(zhēng)有一定的難度。2003年國內(nèi)光伏電池的生產(chǎn)能力約

14、20MW,但光伏組件的封裝能力約50MW,遠(yuǎn)大于光伏電池的生產(chǎn)能力。雖然到2002年底，我國己有近20MW的光伏電池生產(chǎn)能力，但實(shí)際生產(chǎn)量?jī)H為4MW左右，占世界光伏電池實(shí)際生產(chǎn)量的1%左右。在2002-2003年國家實(shí)施的總裝機(jī)容量20MW的“光明工程”項(xiàng)目中，國內(nèi)生產(chǎn)的光伏電池的應(yīng)用量不足10%,錯(cuò)過了這一市場(chǎng)時(shí)機(jī)。近期內(nèi)我國光伏發(fā)電市場(chǎng)仍將是為無電地區(qū)供電為主，有一定的市場(chǎng)潛力，但也有局限性。2001年及以前，我國光伏產(chǎn)品的年銷售量均保持在3-4MW,其中單品硅產(chǎn)品占80%,非單品硅產(chǎn)品占20%。2005年，光明工程項(xiàng)目使市場(chǎng)年銷售量猛增到20MW,光伏系統(tǒng)保有量達(dá)到40MW左右。從市場(chǎng)份

15、額上石，光伏發(fā)電在2000年前的主要應(yīng)用領(lǐng)域是：通訊行業(yè)占40%50%,農(nóng)村電氣化行業(yè)（主要包括戶用光伏系統(tǒng)和鄉(xiāng)村級(jí)光伏發(fā)電）占40%左右，其它領(lǐng)域占10%左右。但2007年當(dāng)年農(nóng)村電氣化領(lǐng)域的市場(chǎng)份額占到85%以上。目前，國內(nèi)光電池硅片的生產(chǎn)能力己達(dá)4.5M瓦，在西藏7個(gè)無水無電縣中己全部建成了光伏發(fā)電，其中功率最大的lOOKWo我國的光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要依靠進(jìn)口，國內(nèi)光伏系統(tǒng)主要采用單位功率因素并網(wǎng)，不具備電能質(zhì)量控制功能。因此，研究具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究具有重要意義，其研究主要放在逆變器的控制方法上,相同的拓?fù)潆娐?，采用不同的控制方法能夠產(chǎn)生不同的控制效果。

16、對(duì)逆變器建立模型并進(jìn)行分析，釆用先進(jìn)的控制策略對(duì)于改善光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的性能是必不可少的。同時(shí)釆用先進(jìn)的控制算法是提高逆變器效率的方法之一。綜上所述，我國的光伏市場(chǎng)和光伏企業(yè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果把我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展放到國際光伏發(fā)展的大環(huán)境中考慮，世界光伏產(chǎn)業(yè)每年以31%的速度發(fā)展，而我國的光伏產(chǎn)業(yè)每年只有15%的增長(zhǎng)率，光伏企業(yè)的發(fā)展靠市場(chǎng)，光伏市場(chǎng)的發(fā)展靠政策。光伏發(fā)電成本高，無法與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)，所以更需要政府制定強(qiáng)有力的法規(guī)和政策支持以驅(qū)動(dòng)我國光伏產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展。然而，我國的光伏企業(yè)雖然弱小，但經(jīng)過努力己經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，當(dāng)前，對(duì)光伏企業(yè)的發(fā)展來說機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。另外，我國的太陽能資源非常豐

17、富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，太陽能年輻照總量大于502萬千焦/平方米，年日照時(shí)數(shù)在2200小時(shí)以上的地區(qū)約占國土面積的2/3以上。我國1996-2010年新能源和可再生能源發(fā)展綱要中明確指出，要按社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求，加快新能源和可再生能源的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的建設(shè)，并且將可再生能源的發(fā)展計(jì)劃納入了我國的“十五”能源規(guī)劃，要求采取措施調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源在能源消費(fèi)中所占的比重，要求通過技術(shù)進(jìn)步來推動(dòng)可再生能源事業(yè)的發(fā)展，鼓勵(lì)發(fā)展利用太陽能；鼓勵(lì)改造傳統(tǒng)能源利用技術(shù)，提高能源利用效率，降低污染排放，并給予稅收優(yōu)惠等支持政策。綜上可知，在我國，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景是輝煌的；一方面，我國現(xiàn)在還有很多人生活在無電

18、、缺電的西部邊遠(yuǎn)地區(qū)，解決這些地區(qū)的用電問題，很大程度上依賴于太陽能及其它新能源的大規(guī)模應(yīng)用；另一方面，在東部沿海經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，利用太陽能發(fā)電作為補(bǔ)充或替代能源乂將會(huì)給我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一個(gè)新的發(fā)展空間。1.3光伏發(fā)電的趨勢(shì)隨著電力電子元器件的發(fā)展、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用以及先進(jìn)的控制方法的提出，電力電子能量變換發(fā)生了巨大的變化。首先，元器件正向著低導(dǎo)通損耗、快速化、智能化、封裝合理化等兒個(gè)方向發(fā)展。低導(dǎo)通損耗將有助于并網(wǎng)型逆變器系統(tǒng)提高效率；減少發(fā)熱；快速化將減小開關(guān)應(yīng)力；智能化將有助于提高系統(tǒng)可靠性；封裝的改進(jìn)將減少寄生參數(shù)、有效散熱、保持高機(jī)械強(qiáng)度。其次，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用

19、有助于減少并網(wǎng)逆變器輸出的直流成分；提高開關(guān)頻率；減小濾波器體積；改善輸出波形；快速響應(yīng)電網(wǎng)瞬態(tài)變化。最后，先進(jìn)的控制方法將有助于改善輸出波形質(zhì)量，從而減小濾波環(huán)節(jié)的體積；提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。因此，并網(wǎng)型逆變器的發(fā)展必將沿著數(shù)字化、高頻化的方向進(jìn)行。第2章光伏系統(tǒng)2.1光伏系統(tǒng)的組成和原理光伏系統(tǒng)由以下三部分組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測(cè)試儀表和計(jì)算機(jī)監(jiān)控等電力電子設(shè)備和蓄電池或其他蓄能和輔助發(fā)電設(shè)備。太陽能光伏發(fā)電的基本原理就是在太陽光的照射下，將太陽電池組件產(chǎn)生的電能通過控制器的控制給蓄電池充電或者在滿足負(fù)載需求的情況下直接給負(fù)載供電，如果日照不足或者在夜間則由蓄電池在

20、控制器的控制下給直流負(fù)載供電，對(duì)于含交流負(fù)載的光伏系統(tǒng)而言，還需要增加逆變器將直流電變成交流電。光伏系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用形式各異，如系統(tǒng)規(guī)模跨度很大，小到0.32W的太陽能庭院燈，大到MW級(jí)的太陽能光伏電站。其應(yīng)用形式也多種多樣，在家用、交通、通信、空間應(yīng)用等諸多領(lǐng)域都能得到廣泛的應(yīng)用。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。圖21是一個(gè)典型的供應(yīng)直流負(fù)載的光伏系統(tǒng)示意圖。其中包含了光伏系統(tǒng)中的幾個(gè)主要部件：光伏組件方陣：由太陽電池組件（或光伏電池組件）按照系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，在太陽能的照射下將太陽能轉(zhuǎn)換成電能輸出，它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心組件。蓄電池：將太陽電池組件產(chǎn)生的電能

21、儲(chǔ)存起來，當(dāng)光照不足或晚上、或者負(fù)載需求大于太陽電池組件所發(fā)的電量時(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放以滿足負(fù)載的能量需求，它是太陽能光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能部件。目前太陽能光伏系統(tǒng)常用的是鉛酸蓄電池，對(duì)于較高要求的系統(tǒng)，通常釆用深放電閥控式密封鉛酸蓄電池、深放電吸液式鉛酸蓄電池等?？刂破鳎核鼘?duì)蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，控制器的功能越來越強(qiáng)大，有將傳統(tǒng)的控制部分、逆變器以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的趨勢(shì)，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三種功能。逆變器：在太陽能光伏供電系統(tǒng)中，如果含有交流

22、負(fù)載，那么就要是用逆變器設(shè)備，將太陽能電池產(chǎn)生的直流或蓄電池產(chǎn)生的直流轉(zhuǎn)換成負(fù)載需求的交流電。2方彗養(yǎng)電池圖2-1直流負(fù)載的太陽能光伏系統(tǒng)2.2系統(tǒng)的分類和介紹般將光伏系統(tǒng)分為獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。如果根據(jù)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式、應(yīng)用規(guī)模和負(fù)載的類型，對(duì)光伏供電系統(tǒng)進(jìn)行比較細(xì)致的劃分，可將光伏系統(tǒng)分為如下六種類型：小型太陽能供電系統(tǒng)(SmallDC):簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)(SimpleDC)；大型太陽能供電系統(tǒng)(LargeDC)；交流、直流供電系統(tǒng)(AC/DC)；并網(wǎng)系統(tǒng)(UtilityGiidConnect):混合供電系統(tǒng)(Hybrid)；并網(wǎng)混合系統(tǒng)。下面就每種系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行說明。D

23、CSmailDC圖2二小型太陽能供電系統(tǒng)SimpiefDC圖簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)2.2.1小型太陽能供電系統(tǒng)該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)中只有直流負(fù)載而且負(fù)載功率比較小，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。其主要用途是一般的戶用系統(tǒng)，負(fù)載為各種民用的直流產(chǎn)品以及相關(guān)的娛樂設(shè)備。如在我國西北邊遠(yuǎn)地區(qū)就大面積推廣使用了這種類型的光伏系統(tǒng)，負(fù)載為直流節(jié)能燈、收錄機(jī)和電視機(jī)等，用來解決無電地區(qū)家庭的基本照明問題。圖24簡(jiǎn)單的直流光伏水泵系統(tǒng)2.2.2簡(jiǎn)單直流系統(tǒng)該系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)負(fù)載為直流負(fù)載而且對(duì)負(fù)載的使用時(shí)間沒有特別的要求，負(fù)載主要是在白天使用，所以系統(tǒng)中沒有使用蓄電池，也不需要使用控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接使用太陽能太陽

24、電池組件給負(fù)載供電，省去了能量在蓄電池中的儲(chǔ)存和釋放過程所造成的損失，以及控制器中的能量損失，提高了太陽能的利用效率。其常用于光伏水泵系統(tǒng)、一些白天臨時(shí)設(shè)備用電和旅游設(shè)施中。圖44顯示的就是一個(gè)簡(jiǎn)單直流的光伏水泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在發(fā)展中國家的無純凈自來水供飲地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。2.2.3大型太陽能供電系統(tǒng)與上述兩種光伏系統(tǒng)相比，這種光伏系統(tǒng)仍適用于直流電源系統(tǒng)，但是這種太陽能光伏系統(tǒng)的負(fù)載功率較大，為了保證可靠地給負(fù)載提供穩(wěn)定的電力供應(yīng),其相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)模也較大，需要配備較大的太陽能太陽電池組件陣列和較大的蓄電池組，常應(yīng)用于通信、遙測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備電源，農(nóng)村的集中供電站，航標(biāo)燈

25、塔、路燈等領(lǐng)域。我國在西部地區(qū)實(shí)施的“光明工程”中，一些無電地區(qū)建設(shè)的部分鄉(xiāng)村光伏電站就是采用這種形式；中國移動(dòng)和中國聯(lián)通公司在偏僻無電網(wǎng)地區(qū)建設(shè)的通信基站也釆用了這種光伏系統(tǒng)供電。DCKVAmVvnIOtqoDC圖2-6交、直流供電系統(tǒng)圖2-5人型太陽能供電系統(tǒng)2.2.4交、直流供電系統(tǒng)與上述的三種太陽能光伏系統(tǒng)不同的是，這種光伏系統(tǒng)能夠同時(shí)為直流和交流負(fù)載提供電力，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比上述三種系統(tǒng)多了逆變器，用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以滿足交流負(fù)載的需求。通常這種系統(tǒng)的負(fù)載耗電量也比較大，從而系統(tǒng)的規(guī)模也較大。在一些同時(shí)具有交流和直流負(fù)載的通信基站和其它一些含有交、直流負(fù)載的光伏電站中得到應(yīng)用。2

26、.2.5并網(wǎng)系統(tǒng)這種光伏系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生電力除了供給交流負(fù)載外，多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負(fù)載需求時(shí)就由電網(wǎng)供電。因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程，可以充分利用光伏方陣所發(fā)的電力從而減小了能量的損耗，并降低了系統(tǒng)的成本。但是系統(tǒng)中需要專用的并網(wǎng)逆變器，以保證輸出的電力滿足電網(wǎng)電力對(duì)電壓、頻率等電性能指標(biāo)的要求。因?yàn)槟孀兤餍实膯栴}，還是會(huì)有部分的能量損失。這種系統(tǒng)通常能夠并行使用市電和太

27、陽能太陽電池組件陣列作為本地交流負(fù)載的電源，降低了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。而且并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以對(duì)公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生一些不良的影響，如諧波污染，孤島效應(yīng)等。PUMAttMMvumityGridConnecf圖2-7并網(wǎng)供電系統(tǒng)圖2-8混合供電系統(tǒng)2.2.6混合供電系統(tǒng)這種太陽能光伏系統(tǒng)中除了使用太陽能太陽電池組件陣列之外，還使用了燃油發(fā)電機(jī)作為備用電源。使用混合供電系統(tǒng)的目的就是為了綜合利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)。比方說，上述幾種獨(dú)立光伏系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)少,缺點(diǎn)是能量輸出依賴于天氣，不穩(wěn)定。綜合使用柴油發(fā)電機(jī)

28、和太陽電池組件的混合供電系統(tǒng)與單一能源的獨(dú)立系統(tǒng)相比所提供的能源對(duì)天氣的依賴性要小，它的優(yōu)點(diǎn)是：使用混合供電系統(tǒng)可以達(dá)到可再生能源的更好利用。因?yàn)榭稍偕茉词亲兓模环€(wěn)定的，所以系統(tǒng)必須按照能量產(chǎn)生最少的時(shí)期進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)是按照最差的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在其他的時(shí)間，系統(tǒng)的容量過大。在太陽輻照最高峰時(shí)期產(chǎn)生的多余能量沒法使用而白白浪費(fèi)了。整個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的性能就因此而降低。如果最差月份的情況和其他月份差別很大，有可能導(dǎo)致浪費(fèi)的能量等于其至超過設(shè)計(jì)負(fù)載的需求。具有較高的系統(tǒng)實(shí)用性。在獨(dú)立系統(tǒng)中因?yàn)榭稍偕茉吹淖兓筒环€(wěn)定會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)供電不能滿足負(fù)載需求的情況，也就是存在負(fù)載缺電情況，使用混合系

29、統(tǒng)則會(huì)大大地降低負(fù)載缺電率。和單用柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)相比，具有較少的維護(hù)和使用較少的燃料。較高的燃油效率。在低負(fù)荷的情況下，柴油機(jī)的燃油利用率很低，會(huì)造成燃油的浪費(fèi)。在混合系統(tǒng)中可以進(jìn)行綜合控制使得柴油機(jī)在額定功率附近工作，從而提高燃油效率。負(fù)載匹配更佳。使用混合系統(tǒng)之后，因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)可以即時(shí)提供較大的功率，所以混合系統(tǒng)可以適用于范圍更加廣泛的負(fù)載系統(tǒng)，例如可以使用較大的交流負(fù)載，沖擊載荷等。還可以更好的匹配負(fù)載和系統(tǒng)的發(fā)電，只要在負(fù)載的高峰時(shí)期打開備用能源即可簡(jiǎn)單的辦到。有時(shí)候，負(fù)載的大小決定了需要使用混合系統(tǒng)，大的負(fù)載需要很大的電流和很高的電壓。如果只是使用太陽能成本就會(huì)很高。但混合系統(tǒng)也

30、有其自身的缺點(diǎn)：控制比較復(fù)雜。因?yàn)槭褂昧硕喾N能源，所以系統(tǒng)需要監(jiān)控每種能源的工作情況，處理各個(gè)子能源系統(tǒng)之間的相互影響、協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作，這樣就導(dǎo)致其控制系統(tǒng)比獨(dú)立系統(tǒng)復(fù)雜，現(xiàn)在多使用微處理芯片進(jìn)行系統(tǒng)管理。初期工程較大。混合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，施工工程都比獨(dú)立工程要大。比獨(dú)立系統(tǒng)需要更多的維護(hù)。油機(jī)的使用需要很多的維護(hù)工作，比如更換機(jī)油濾清器，燃油濾清器，火花塞等，還需要給油箱添加燃油等。污染和噪音。因?yàn)榛旌舷到y(tǒng)中使用了柴油機(jī)，這樣就不可避免地產(chǎn)生噪音和污染。很多在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的通信電源和民航導(dǎo)航設(shè)備電源，因?yàn)閷?duì)電源的要求很高，都釆用混合系統(tǒng)供電，以求達(dá)到最好的性價(jià)比。2.2.7并網(wǎng)混合供電

31、系統(tǒng)隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以綜合利用太陽能光伏陣列、市電和備用油機(jī)的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常是控制器和逆變器集成一體化，使用電腦芯片全面控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，綜合利用各種能源，達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，并可以配備使用蓄電池。進(jìn)一步提高系統(tǒng)的負(fù)載供電保障率，例如AES的SMD逆變器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以為本地負(fù)載提供合格的電源，并可以作為一個(gè)在線UPS（不間斷電源）工作。它可向電網(wǎng)供電，也可從電網(wǎng)獲得電力，是個(gè)雙向逆變/控制器。系統(tǒng)工作方式是將市電和光伏電源并行工作，對(duì)于本地負(fù)載而言，如果太陽電池組件產(chǎn)生的電能足夠負(fù)載使用，它將直接使用太陽電池組件產(chǎn)生的電能供給負(fù)載的需求。如果太陽電池組件產(chǎn)

32、生的電能超過即時(shí)負(fù)載的需求還能將多余的電能返回給電網(wǎng)；如果太陽電池組件產(chǎn)生的電能不夠用，則將自動(dòng)啟用市電，使用市電供給本地負(fù)載的需求；而且，當(dāng)本地負(fù)載功耗小于SMD逆變器額定市電容量的60%時(shí)，市電就會(huì)自動(dòng)給蓄電池充電，保證蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)；如果市電產(chǎn)生故障，即市電停電或者市電的供電品質(zhì)不合格，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)斷開市電，轉(zhuǎn)成獨(dú)立工作模式，由蓄電池和逆變器提供負(fù)載所需的交流電能。一旦市電恢復(fù)正常，即電壓和頻率都恢復(fù)到正常狀態(tài)以內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)斷開蓄電池，改為并網(wǎng)模式工作，由市電供電。有的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)中還可以將系統(tǒng)監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)釆集功能集成到控制芯片中。第3章太陽能電池電池行業(yè)是21世紀(jì)的朝陽

33、行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場(chǎng)空間最大的應(yīng)該是太陽能電池，太陽能電池的研究與開發(fā)越來越受到世界各國的廣泛重視3.1工作原理太陽電池是一種具有光生伏打效應(yīng)的半導(dǎo)體器件（簡(jiǎn)稱“光伏器件”），它直接將太陽光轉(zhuǎn)換成直流電，是光伏發(fā)電的最基本單元。太陽電池由兩層半導(dǎo)體材料組成，其厚度大約為1/100英寸，形成兩個(gè)區(qū)域：一個(gè)正荷電區(qū)，一個(gè)負(fù)荷電區(qū)。負(fù)區(qū)位于電池的上層，在這一層強(qiáng)迫滲透磷并與硅粘在一起。正區(qū)置于電池表層的下面，正負(fù)界而區(qū)域稱為pn結(jié)。制造電池時(shí)pm結(jié)被賦子了恒定的特性。當(dāng)陽光投射到太陽電池內(nèi)保持松散狀態(tài)的電子時(shí)，這時(shí)靠近pm結(jié)的電子朝向電池的表層流動(dòng)。金屬線將光伏組件

34、里每個(gè)電池的前面與下一個(gè)電池的背面相連，這樣使電流通過許多pm結(jié)，建立起所有電池的串聯(lián)電壓。在每個(gè)電池pm結(jié)處的電壓增加大約0.5V的電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電池電壓與電池的尺寸無關(guān)。電流受電池面積和日照強(qiáng)度的影響，較大面積的電池能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的電流。3.2薄膜太陽能電池的分類硅太陽能電池由于成本原因，最初只能用于空間，隨著技術(shù)發(fā)展和工藝成熟,應(yīng)用也逐步擴(kuò)大。面對(duì)今天的能源供應(yīng)狀況和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，以至危及人類自身生存的現(xiàn)實(shí)，開發(fā)新能源和可再生能源的理念己被世界各國廣泛接受。大力發(fā)展薄膜型太陽能電池不失為當(dāng)前最明智的選擇。薄膜太陽能電池有：非晶硅薄膜太陽能電池、微（多）晶硅薄膜太陽能電池、銅錮硒薄膜太陽

35、能電池、銅錮稼硒薄膜太陽能電池、硏化隔薄膜太陽能電池、染料敏化薄膜太陽能電池、有機(jī)薄膜太陽能電池和其他。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)新能源的需求越來越迫切，太能能電池得到了迅速的發(fā)展。圖31和圖32所示分別為太陽能電池的市場(chǎng)需求情況和太陽能電池效率的發(fā)展情況。各類太陽能電池市佔(zhàn)比20012005年各類太陽能電池產(chǎn)量Amorphous5ifcjnCadwiumIdtnir8-SyCz9lo?PrometheusInsrinneQ0068)bttMinrFh：P*MCMonocvv%oNreHitHiteCqctIndiumwlmidrSo融NITRI-IEK(20073)技術(shù)極日本其他地區(qū)（RoW

36、合計(jì)百分比矽MonociyMallineFla*Plate5S17914911II4S628%多晶K*Ml:：c：ytilliiieFktPlate23495277196刃】56%RiblxinSilxottL2HJlIA-SiClKZSiHce)1221227%/I5t108祕(mì)4522961.652Wta-Si233666T1Cdlc2012322%CKC1GS355W十IC20G10S6為154獷2M21.760責(zé)-2叩3年各皴型丈陽能電違於各區(qū)域山塢的應(yīng)請(qǐng)空:MW:Prcm曲用嶺i.rniM吐kuqm勺譏沁、item：rvttiER20C65R3iWS各瞬產(chǎn)仙產(chǎn)分怖址*瞬圖31太陽能電池

37、市場(chǎng)情況40(空)A9UOPELU363228242016128401975198019851990199520002005圖32太陽能電池效率演進(jìn)非晶硅薄膜太陽能電池:是發(fā)展最完整的薄膜式太陽能電池。其結(jié)構(gòu)通常為p-i-n（或nip）偶及型式，p層跟11層主要座為建立內(nèi)部電場(chǎng)，I層則由非晶系矽構(gòu)成。非晶矽的優(yōu)點(diǎn)在於對(duì)於可見光譜的吸光能力很強(qiáng)，而且利用濺鍍或是化學(xué)氣相沉積方式生成薄膜的生產(chǎn)方式成熟且成本低廉材料成本相對(duì)於其他化合物半導(dǎo)聘材料也便宜許多；不過缺點(diǎn)則有轉(zhuǎn)換效率低（約57%）,以及會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的光劣化現(xiàn)象的問題，因此無法打入太陽能發(fā)電市場(chǎng)，而多應(yīng)用於小功率的消費(fèi)性電子產(chǎn)品市場(chǎng)。不過在新

38、一代的非晶矽多接面太陽能電池（MultijuctionCell）經(jīng)能夠大幅改善純非晶矽太陽電池的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效率可提升到68%,使用壽命也獲得提昇。未來在具有成本低廉的優(yōu)勢(shì)之下，仍將是未來薄膜太陽能電池的主流之一。微（多）晶硅薄膜太陽能電池：微晶矽其實(shí)是非晶矽的改良材料，其結(jié)構(gòu)介於非晶矽和晶鵲矽之間，主要是在非晶體結(jié)構(gòu)中具有微小的晶鵲粒子，因此同時(shí)具有非晶矽容易薄膜化，製程便宜的特性，以及晶體矽吸收光譜廣，且不易出現(xiàn)光劣化效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效率也較高。目前己有將aSi和ncSi疊層後製成的薄膜太陽能電池商品（由日本Sanyo研發(fā)成功），可鍍膜在一般窗戶玻璃上，透光的同時(shí)仍可發(fā)電，因此業(yè)界廣泛看好將

39、是未來非晶矽材料薄膜太陽電池的的發(fā)展主流。銅錮硒薄膜太陽能電池：CIGS（CopperliidiuniGalliumDiselemde）都屬於化合物半導(dǎo)鶻。這兩種材料的吸光（光譜）範(fàn)圍很廣，而且穩(wěn)定性也相當(dāng)好。轉(zhuǎn)換效率方面，若是利用聚光裝置的輔助，目前轉(zhuǎn)換效率己經(jīng)可達(dá)30%,標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測(cè)試下最高也已經(jīng)可達(dá)到19.5%,足以媲美單晶矽太陽電池的最佳轉(zhuǎn)換效率。在大面積製程上，採用軟性塑膠基板的最佳轉(zhuǎn)換效率也己經(jīng)達(dá)到14.1%。由於穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率都己經(jīng)相當(dāng)優(yōu)異因此被視為是未來最有發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぬ柲茈姵胤N類之一。硏化隔薄膜太陽能電池：CdTe同樣屬於化合物半導(dǎo)體，電池轉(zhuǎn)換效率也不差：若使用耐高溫60

40、0度C）的硼玻璃作為基板轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16%,而使用不耐高溫但是成本較低的銷玻璃做基板也可達(dá)到12%的轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)優(yōu)於非晶矽材料。此外，CdTe是二元化合物，在薄膜製程上遠(yuǎn)較CIS或CIGS容易控制，再加上可應(yīng)用多種快速成膜技術(shù)（如蒸鍍法），模組化生產(chǎn)容易，因此容易應(yīng)用於大面積建材，目前己經(jīng)有商業(yè)化產(chǎn)品在市場(chǎng)行銷，轉(zhuǎn)換效率約11%。不過，雖然CdTe技術(shù)有以上優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)榫幖航?jīng)是各國管制的高污染性重金屬，因此此種材料技術(shù)未來發(fā)展前景仍有陰影存在。染料敏化薄膜太陽能電池；染料敏化感染料電池是太陽能電池中相當(dāng)新穎的技術(shù)，產(chǎn)品是由透明導(dǎo)電基板、二氧化鈦EO2）奈米微粒薄膜、染料（光敏化劑）、

41、電解質(zhì)和rro電極所組成。此種太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在於二氧化欽和染料的材料成本都相對(duì)便宜，乂可以利用印刷的方法大量製造，基板材料也可更多元化。不過目前主要缺點(diǎn)一是在於轉(zhuǎn)換效率仍然相當(dāng)?shù)停ㄆ骄s在78%,實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品可達(dá)10%）,且在UV照射和高熱下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的光劣化現(xiàn)象，二是在於封裝過程較為困難（主要是因?yàn)槠渲械碾娊赓|(zhì)的影響），因此目前仍然是以實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品為主。然而，基於其低廉成本以及廣泛應(yīng)用層面的吸引力，多家實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)仍然在積極進(jìn)行技術(shù)的突破。有機(jī)薄膜太陽能電池：有機(jī)導(dǎo)電高分子太陽能電池是直接利用有機(jī)高分子半導(dǎo)體薄膜（通常厚度約為10011111）作為感光和發(fā)電材料。此種技術(shù)共有兩大優(yōu)點(diǎn)，一在於薄膜製

42、程容易（可用噴墨、浸泡塗佈等方式），而且可利用化學(xué)合成技術(shù)改變分子結(jié)構(gòu)，以提昇效率，另一優(yōu)點(diǎn)是採用軟性塑膠作為基板材料，因此質(zhì)輕，且具有高度的可撓性。目前市面上己經(jīng)有多家公司推出產(chǎn)品，應(yīng)用在可攜式電子產(chǎn)品如NE、PDA的戶外充電上面，市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者則是美國Konarka公司。不過，由於轉(zhuǎn)換效率過低（約45%）的最大缺貼因此此種太陽能電池的未來發(fā)展市場(chǎng)應(yīng)該是結(jié)合電子產(chǎn)品的整合性應(yīng)用，而非大規(guī)模的太陽能發(fā)電。3.3非晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池由Carlson和Wnmski在20世紀(jì)70年代中期開發(fā)成功，80年代其生產(chǎn)曾達(dá)到高潮，約占全球太陽能電池總量的20%左右，但由于非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化

43、效率低于晶體硅太陽能電池，而且非晶硅太陽能電池存在光致衰減效應(yīng)的缺點(diǎn)：光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，其發(fā)展速度逐步放緩。目前非晶硅薄膜太陽能電池產(chǎn)量占全球太陽能電池總量的10%左右。但由于晶體硅的短缺及價(jià)格上漲將是長(zhǎng)期存在的事實(shí)，即使晶體硅瓶頸突破，能源節(jié)省優(yōu)勢(shì)仍然能保障非晶硅太陽能電池的生存空間。非晶硅薄膜太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)：低成本：?jiǎn)谓Y(jié)晶硅太陽電池的厚度0.5unio主要原材料是生產(chǎn)高純多晶硅過程中使用的硅烷，這種氣體，化學(xué)工業(yè)可大量供應(yīng)，且十分便宜，制造一瓦非晶硅太陽能電池的原材料本約RMB3.5-4（效率高于6%）且晶體硅太陽電池的基本厚度為240-270U111,相差200多

44、倍，大規(guī)模生產(chǎn)需極大量的半導(dǎo)體級(jí)，僅硅片的成本就占整個(gè)太陽電池成本的65-70%,在中國1瓦晶體硅太陽電池的硅材料成本己上升到RMB22以上。從原材料供應(yīng)角度分析，人類大規(guī)模使用陽光發(fā)電，最終的選擇只能是非晶硅太陽電池及其它薄膜太陽電池，別無它法。能量返回周期短：轉(zhuǎn)換效率為6%的非晶硅太陽電池，其生產(chǎn)用電約1.9度電/瓦，由它發(fā)電后返回的時(shí)間約為1.52年，這是晶硅太陽電池?zé)o法比擬的。大面積自動(dòng)化生產(chǎn)：目前，世界上最大的非晶硅太陽電池是SwitzlandUnaxis的KAI-1200PECVD設(shè)備生產(chǎn)的1100mm*125Omni單結(jié)晶非晶硅太陽電池，起初是效率高于9%。其穩(wěn)定輸出功率接近80

45、W/片。商品晶體硅太陽電池還是以156mm*156mm和125mm*125mm為主。短波響應(yīng)優(yōu)于晶體硅太陽電池：上海尤力卡公司曾在中國甘肅省酒泉市安裝一套6500瓦非晶硅太陽能電站，其每T瓦發(fā)電量為1300KW11,而晶體硅太陽電池每T瓦的年發(fā)電量約為1100-1200KW11O非晶硅太陽電池顯示出其極大的使用優(yōu)勢(shì)。非晶硅太陽能電池存在的問題：效率較低：?jiǎn)尉Ч杼柲茈姵?，單體效率為14%17%（AMO）,而柔性基體非晶硅太陽電池組件（約1000平方厘米）的效率為10-12%,還存在一定差距。相同的輸出電量所需太陽能電池面積增加，對(duì)于對(duì)太陽能電池占地面積要求不高的場(chǎng)合尤其適用，如農(nóng)村和西部地區(qū)。

46、我國目前尚有約28000個(gè)村莊、7OO7J戶、大約30007J農(nóng)村人口還沒有用上電，60%的有電縣嚴(yán)重缺電；光致衰減效應(yīng)也可在電量輸出中加以考慮，我們認(rèn)為以上缺點(diǎn)己不成為其發(fā)展的障礙，非晶硅太陽能電池已迎來新的發(fā)展機(jī)遇。穩(wěn)定性問題：非晶硅太陽能電池的光致衰減，所謂的WS效應(yīng)，是影響其大規(guī)模生產(chǎn)的重要因素。目前，柔性基體非晶硅太陽能電池穩(wěn)定效率己超過10%,己具備作為空間能源的基本條件。成本問題：非晶硅太陽能電池投資額是晶體硅太陽能電池的5倍左右，因此項(xiàng)目投資有一定的資金壁壘。且，成本回收周期較長(zhǎng)，昂貴的設(shè)備折舊率是大額回報(bào)率的一大瓶頸。3.4非晶硅太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀3.4.1大規(guī)模的成本發(fā)電

47、站1996年美國APS公司在美國加州建了一個(gè)400瓦的非晶硅電站，引起光伏產(chǎn)業(yè)振動(dòng)。Mass公司（歐洲第三大太陽能系統(tǒng)公司）去年從中國進(jìn)口約5MWp的非晶硅太陽能電池。日本CANECA公司年產(chǎn)25MWp的非晶硅太陽能電池大部分輸往歐洲建大型發(fā)電站（約每座500KWp-1000KWp）o徳國RWESCHOOTT公司也具有30MWp年產(chǎn)量，全部用于建大規(guī)模太陽能電站。3.4.2與建筑相配合，建造太陽能房非晶硅太陽能電池可以制成半透明的，如作為建筑的一部分，白天既能發(fā)電乂能使部分光線透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)，為室內(nèi)提供十分柔和的照明（紫外線被濾掉）能擋風(fēng)雨，乂能發(fā)電;美國，歐洲和日本的太陽能電池廠家己生產(chǎn)這

48、種非晶硅瓦。如下圖所示為光伏建筑一體化。343國內(nèi)外非晶硅太陽能電池的生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問題如下表所示為世界主要的非晶硅太陽能電池的生產(chǎn)廠家MWp生產(chǎn)品種日本kaneka25910*910nun電池組件，玻璃襯底徳國RWESchottsolar30最大組件100+605mm,玻璃襯底日本三菱電機(jī)10玻璃襯底非晶太陽電池日本富士通10聚合物為襯底柔性非晶太陽電池日本TDK5不銹鋼為襯底，效率高于8%日本三洋太陽能5聚酰亞胺為襯底，效率高于8.5%美國ECD15研究單位美國聯(lián)合太陽能25不銹鋼，聚酰亞胺為襯底，效率高于10%英國hitersolar5305*915111玻璃襯底，效率大于7%徳國Es

49、ole明年投產(chǎn)，約40MWp生產(chǎn)線目前國內(nèi)己有的非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線如下表所示:序號(hào)單位名稱產(chǎn)能備注1天津津能5MWp2哈爾濱克羅拉太陽能1MWp3深圳拓日14深圳創(chuàng)益15深圳日月潭1北京世華籌建中7泉州籌建中存在的問題：產(chǎn)量少；效率低；穩(wěn)定性差；面積??；外觀不均勻。3.4.4非晶矽薄膜太陽能電池的制造如下圖33所示為非晶矽薄膜太陽能電池的構(gòu)造Glass/TCO/p-SiC/bSi/n-Si/metalTCO/p-SiC/i-Si/n-Si/metal/IL/SUSLightUght圖33非晶矽薄膜太陽能電池的構(gòu)造如下圖所示為非晶矽薄膜太陽能電池的制作流程:圖34非晶矽薄膜太陽能電池制作流程

50、ProcessManirfachjringAmorphousSolarCell(GlassSubstrate)adiKlJt*勺patfrmhiQNtoLtrcxie80%。應(yīng)具有良好的過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能。光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，因負(fù)載故障、人員誤操作及外界干擾等原因而引起的供電系統(tǒng)過電流或短路，是完全可能的。逆變器對(duì)外電路的過電電流及短路現(xiàn)象最為敏感，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在選用逆變器時(shí)，必須要求具備有良好的對(duì)過電流及短路的自我保護(hù)功能。維護(hù)方便。高質(zhì)量的逆變器在運(yùn)行若干年后，因元器件失效而出現(xiàn)故障，應(yīng)屬于正?，F(xiàn)象。除生產(chǎn)廠家需有良好的售后服務(wù)系統(tǒng)外，還要求生產(chǎn)廠家在逆

51、變器生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)及元器件選型方面具有良好的可維護(hù)性。例如，損壞元器件有充足的備件或容易買到，元器件的互換性好；在工藝結(jié)構(gòu)上，元器件容易拆裝，更換方便。這樣，即使逆變器出現(xiàn)故障，也可迅速恢復(fù)正常。第5章蓄電池和光伏方陣5.1蓄電池的設(shè)計(jì)蓄電池的設(shè)計(jì)思想是保證在太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以正常工作。我們可以設(shè)想蓄電池是充滿電的，在光照度低于平均值的情況下，太陽電池組件產(chǎn)生的電能不能完全填滿由于負(fù)載從蓄電池中消耗能量而產(chǎn)生的空缺，這樣在第一天結(jié)束的時(shí)候，蓄電池就會(huì)處于未充滿狀態(tài)。如果第二天光照度仍然低于平均值，蓄電池就仍然要放電以供給負(fù)載的需要，蓄電池的荷電狀態(tài)繼續(xù)下降。也許接下來的第

52、三天第四天會(huì)有同樣的情況發(fā)生。但是為了避免蓄電池的損壞，這樣的放電過程只能夠允許持續(xù)一定的時(shí)間，直到蓄電池的荷電狀態(tài)到達(dá)指定的危險(xiǎn)值。為了量化評(píng)估這種太陽光照連續(xù)低于平均值的情況，在進(jìn)行蓄電池設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要引入一個(gè)不可缺少的參數(shù)：自給天數(shù)，即系統(tǒng)在沒有任何外來能源的情況下負(fù)載仍能正常工作的天數(shù)。這個(gè)參數(shù)讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠選擇所需使用的蓄電池容量大小。一般來講，自給天數(shù)的確定與兩個(gè)因素有關(guān)：負(fù)載對(duì)電源的要求程度；光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣象條件即最大連續(xù)陰雨天數(shù)。通?？梢詫⒐夥到y(tǒng)安裝地點(diǎn)的最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的自給天數(shù)，但還要綜合考慮負(fù)載對(duì)電源的要求。對(duì)于負(fù)載對(duì)電源要求不是很嚴(yán)格的光伏

53、應(yīng)用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中通常取自給天數(shù)為35天。對(duì)于負(fù)載要求很嚴(yán)格的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中通常取自給天數(shù)為714天。所謂負(fù)載要求不嚴(yán)格的系統(tǒng)通常是指用戶可以稍微調(diào)節(jié)一下負(fù)載需求從而適應(yīng)惡劣天氣帶來的不便，而嚴(yán)格系統(tǒng)指的是用電負(fù)載比較重要，例如常用于通信，導(dǎo)航或者重要的健康設(shè)施如醫(yī)院、診所等。此外還要考慮光伏系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)，如果在很偏遠(yuǎn)的地區(qū)，必須設(shè)計(jì)較大的蓄電池容量，因?yàn)榫S護(hù)人員要到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。光伏系統(tǒng)中使用的蓄電池有線氫、銀鎘電池和鉛酸蓄電池，但是在較大的系統(tǒng)中考慮到技術(shù)成熟性和成本等因素，通常使用鉛酸蓄電池。在下面內(nèi)容中涉及到的蓄電池沒有特別說明指的都是鉛酸蓄電池。蓄電池的設(shè)計(jì)包

54、括蓄電池容量的設(shè)計(jì)計(jì)算和蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計(jì)。首先,給出計(jì)算蓄電池容量的基本方法。基本公式：第一步，將每天負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實(shí)際情況確定的自給天數(shù)就可以得到初步的蓄電池容量。第二步，將第一步得到的蓄電池容量除以蓄電池的允許最大放電深度。因?yàn)椴荒茏屝铍姵卦谧越o天數(shù)中完全放電，所以需要除以最大放電深度，得到所需要的蓄電池容量。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中選擇使用的蓄電池的性能參數(shù)，可以從蓄電池供應(yīng)商得到詳細(xì)的有關(guān)該蓄電池最大放電深度的資料。通常情況下，如果使用的是深循環(huán)型蓄電池，推薦使用80%放電深度（DOD）；如果使用的是淺循環(huán)蓄電池，推薦選用使用50%DOD。設(shè)計(jì)蓄電池容量的基本

55、公式見下:蓄電池容量=自給天數(shù)x日平均負(fù)載最大放電深度下面我們介紹確定蓄電池串并聯(lián)的方法。每個(gè)蓄電池都有它的標(biāo)稱電壓。為了達(dá)到負(fù)載工作的標(biāo)稱電壓，我們將蓄電池串聯(lián)起來給負(fù)載供電，需要串聯(lián)的蓄電池的個(gè)數(shù)等于負(fù)載的標(biāo)稱電壓除以蓄電池的標(biāo)稱電壓。串聯(lián)蓄電池?cái)?shù)=自給夭負(fù)載標(biāo)稱電床數(shù)鍛大放蒂電池標(biāo)稱電壓(5-2)設(shè)計(jì)修正：以上給出的只是蓄電池容量的基本估算方法，在實(shí)際情況中還有很多性能參數(shù)會(huì)對(duì)蓄電池容量和使用壽命產(chǎn)生很大的影響。為了得到正確的蓄電池容量設(shè)計(jì),上面的基本方程必須加以修正。對(duì)于蓄電池，蓄電池的容量不是一成不變的，蓄電池的容量與兩個(gè)重要因素相關(guān)：蓄電池的放電率和環(huán)境溫度。首先，我們考慮放電率對(duì)

56、蓄電池容量的影響。蓄電池的容量隨著放電率的改變而改變，隨著放電率的降低，蓄電池的容量會(huì)相應(yīng)增加。這樣就會(huì)對(duì)我們的容量設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。進(jìn)行光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就要為所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選擇在恰當(dāng)?shù)姆烹娐氏碌男铍姵厝萘?。通常，生產(chǎn)廠家提供的是蓄電池額定容量是10小時(shí)放電率下的蓄電池容量。但是在光伏系統(tǒng)中，因?yàn)樾铍姵刂写鎯?chǔ)的能量主要是為了自給天數(shù)中的負(fù)載需要，蓄電池放電率通常較慢，光伏供電系統(tǒng)中蓄電池典型的放電率為100200小時(shí)。在設(shè)計(jì)時(shí)我們要用到在蓄電池技術(shù)中常用的平均放電率的概念。光伏系統(tǒng)的平均放電率公式如下：平均放電率（小時(shí)）自給天數(shù)x負(fù)載工作時(shí)間最大放電深度(5-3)上式中的負(fù)載工作時(shí)間可以用下述方法估計(jì)

57、：對(duì)于只有單個(gè)負(fù)載的光伏系統(tǒng),負(fù)載的工作時(shí)間就是實(shí)際負(fù)載平均每天工作的小時(shí)數(shù)：對(duì)于有多個(gè)不同負(fù)載的光伏系統(tǒng)，負(fù)載的工作時(shí)間可以使用加權(quán)平均負(fù)載工作時(shí)間，加權(quán)平均負(fù)載工作時(shí)間的計(jì)算方法如下：加權(quán)平均負(fù)載工作時(shí)間=工負(fù)載功率x負(fù)載工作時(shí)間工負(fù)載功率根據(jù)上面兩式就可以計(jì)算出光伏系統(tǒng)的實(shí)際平均放電率，根據(jù)蓄電池生產(chǎn)商提供的該型號(hào)電池在不同放電速率下的蓄電池容量，就可以對(duì)蓄電池的容量進(jìn)行修正。下面考慮溫度對(duì)蓄電池容量的影響。蓄電池的容量會(huì)隨著蓄電池溫度的變化而變化，當(dāng)蓄電池溫度下降時(shí)，蓄電池的容量會(huì)下降。通常，鉛酸蓄電池的容量是在25C時(shí)標(biāo)定的。隨著溫度的降低,0C時(shí)的容量大約下降到額定容量的90%,而

58、在20C的時(shí)候大約下降到額定容量的80%,所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對(duì)其容量的影響。如果光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣溫很低，這就意味著按照額定容量設(shè)計(jì)的蓄電池容量在該地區(qū)的實(shí)際使用容量會(huì)降低，也就是無法滿足系統(tǒng)負(fù)載的用電需求。在實(shí)際工作的情況下就會(huì)導(dǎo)致蓄電池的過放電，減少蓄電池的使用壽命，增加維護(hù)成本。這樣，設(shè)計(jì)時(shí)需要的蓄電池容量就要比根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況（25C）下蓄電池參數(shù)計(jì)算出來的容量要大，只有選擇安裝相對(duì)于25C時(shí)計(jì)算容量多的容量，才能夠保證蓄電池在溫度低于25C的情況下，還能完全提供所需的能量。圖5-1蓄電池溫度-放電率-容量曲線蓄電池生產(chǎn)商一般會(huì)提供相關(guān)的蓄電池溫度容量修正曲線。在該曲線上可以查

59、到對(duì)應(yīng)溫度的蓄電池容量修正系數(shù)，除以蓄電池容量修正系數(shù)就能對(duì)上述的蓄電池容量初步計(jì)算結(jié)果加以修正。上面是一個(gè)典型的溫度一放電率一容量變化曲線。因?yàn)榈蜏氐挠绊?，在蓄電池容量設(shè)計(jì)上還必須要考慮的一個(gè)因素就是修正蓄電池的最大放電深度以防止蓄電池在低溫下凝固失效，造成蓄電池的永久損壞。鉛酸蓄電池中的電解液在低溫下可能會(huì)凝固，隨著蓄電池的放電，蓄電池中不斷生成的水稀釋電解液，導(dǎo)致蓄電池電解液的凝結(jié)點(diǎn)不斷上升，直到純水的0C。在寒冷的氣候條件下，如果蓄電池放電過多，隨著電解液凝結(jié)點(diǎn)的上升，電解液就可能凝結(jié)，從而損壞蓄電池。即使系統(tǒng)中使用的是深循環(huán)工業(yè)用蓄電池，其最大的放電深度也不要超過80%。下圖給出了一

60、般鉛酸蓄電池的最大放電深度和蓄電池溫度的關(guān)系，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以參考該圖得到所需的調(diào)整因子。80/-606040200蓄電池最低度（c）圖5-2鉛蓄電池最人放電深度-溫度曲線在設(shè)計(jì)時(shí)要使用光伏系統(tǒng)所在地區(qū)的最低平均溫度，然后從上圖或者是由蓄電池生產(chǎn)商提供的最大放電深度一蓄電池溫度關(guān)系圖上找到該地區(qū)使用蓄電池的最大允許放電深度。通常，只是在溫度低于零下8度時(shí)才考慮進(jìn)行校正。完整的蓄電池容量設(shè)計(jì)計(jì)算考慮到以上所有的計(jì)算修正因子，我們可以得到如下蓄電池容量的最終計(jì)算公式。電池容量（指定放電率）=(5-5)自給天數(shù)x日平均負(fù)載最大允許放電深度x溫度修正因子參數(shù)的總結(jié)分析最大允許放電深度：一般而言，淺循環(huán)蓄