太阳能发电原理及应用

太阳能发电原理及应用
题目：太阳能发电原理及应用学生姓名：
学院：理学院
班级：
指导教师：
2012年09 月12 日
摘要
19世纪70年代的产业革命以来,化石燃料的消费急剧增大.初期主要以煤炭为主，进入20世纪以后,特别是第二次世界大战以来，石油以及天然气的开采与消费开始大幅度的增加.在化石能源顶峰的大背景以及减排等问题约束之下，人们对新能源开始大肆追求。

1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源,重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能。

开发新能源最热的领域当属太阳能。

太阳照射地球一个小时产生的能源，足够目前世界全年的能源需求.正因此,使用太阳能被看作是我们摆脱对石油依赖的终极途径。

如果能够以节约资源的方式利用太阳能，获得能源净利润，便真正称得上是拥有了取之不尽、用之不竭的能源.
关键字：石油，天然气，新能源，太阳能，取之不尽，用之不竭
目录
引言 0
一、太阳能光伏发电原理 (1)
1.1 光生伏特效应 (1)
二、太阳能光伏发电技术应用 (1)
2。

1 太阳能电池技术 (1)
2.1.1 太阳能电池片结构 (2)
2.1.2 太阳能电池片工艺流程 (2)
2.2 光伏阵列的最大功率跟踪技术 (3)
2.3 聚光光伏技术 (3)
2。

3.1 聚光光伏原理 (4)
2.4 孤岛效应检测技术 (4)
2。

4。

1 孤岛效应原理以及定义 (4)
2.4.2 孤岛效应检查方法 (4)
三、讨论 (5)
四、结论 (5)
参考文献 (7)
引言
利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应,使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。

以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”,包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。

太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源,发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。

从世界范围内看，绿色能源和可持续发展问题是二十一世纪人类面临的两大重大课题，在有限资源和环境保护严格要求下的双重制约下发展经济已成为全球热点和难点问题。

而这其中能源问题将更为突出，这不仅仅表现在常规能源的匮乏，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列诸如环境污染,温室效应等问题.
目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别的化石能源的开发利用造成的。

因此，人类要解决上述能源问题,实现可持续发展，只能依靠科技,大规模地开发利用可再生的清洁能源。

从中国国内情况来看，能源也是国民经济发展的重要基础之一。

随着国民经济的发展，能源变的越来越缺乏，能源安全及能源在过敏经济中的地位越显突出，但我国是世界上少有几个能源结构以煤为主的国家之一，也是世界上最大的煤炭消费国，燃烧造成的污染日益突出。

目前我国二氧化碳排放量已位居世界第二，甲烷、氧化亚氮等造成温室效应的气体的排放量也位居世界前列.
从我国目前能源生产及消费的实际状况出发,发展新能源及高效节能的技术及产品是保证我国可持续发展的重要条件。

2006年是实施“中华人民共和国可再生能源法”的第一年。

可再生能源法的制订为我国可再生能源的发展提供了法律上的保证，这将极大地促进我国可再生能源产业的发展。

同时可再生能源产业的发展带来了前所未有的机遇。

一、太阳能光伏发电原理
光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光直接转化为电能。

光生伏特效应是指半导体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当半导体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。

1.1 光生伏特效应
半导体界面包括有:由于掺杂质不同而形成的P型区和N型区的界面，即PN 结；金属和半导体接触的界面；不同半导体材料制成的异质结界面以及由金属－绝缘体－半导体组成的MIS系统的界面。

在这些界面处都存在有一个空间电荷区，其中有很强的电场，称为自建电场.光照产生的电子－空穴对，在自建电场作用下的运动，就是形成光生伏打特应的原因.
二、太阳能光伏发电技术应用
太阳能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。

随着全球光伏产业的迅速发展，从电池板的生产到电力电子变换器的设计，众多的光伏发电相关技术都得到了极大的发展，对于一个光伏发电系统，太阳能电池技术、光伏阵列的最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT)技术、聚光器技术、孤岛效应检测技术等都是系统运行所涉及到的重要技术.
2.1 太阳能电池技术
光伏电池是太阳能光伏发电系统中基本核心部件，它的大规模应用需要解决两大难题:一是提高光电转换效率;二是降低生产成本。

以硅片为基础的第一代光伏电池，其技术虽已经发展成熟，但成本一直高居不下。

基于薄膜技术的第二代光伏电池中，很薄的光电材料被铺在非硅材料的衬底上，大大减少了半导体材料的消耗，且易于批量自动化生产,从而大大降低光伏电池的成本.国际上已经开发出电池效率在15%以上、组件效率10％以上和系统效率8％以上、使用寿命超过
15年的薄膜电池工业化生产技术。

2.1。

1 太阳能电池片结构
太阳能电池分为单晶电池和多晶电池，但是它们的结构基本一样,都有以下部分组成
2.1.2 太阳能电池片工艺流程
2。

2 光伏阵列的最大功率跟踪技术
为了使太阳能电池在供电系统中充分发挥它的光电转换能力,就需要实时控制光伏电池阵列的工作点以获得最大的功率输出。

最大功率跟踪的实现实质上是一个动态寻优的过程，通过对光伏电池阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前光伏电池阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻功率相比较，舍小取大,再检测,再比较，如此不停地周而复始,便可使光伏电池阵列动态的工作在最大功率点上。

这一过程称之为最大功率点跟踪,相应技术称之为MPFT 技术。

目前采用的定电压跟踪法、扰动观察法、功率回授法、增量电导法以及模糊控制算法等可以较好的实现最大功率点跟踪功能。

2。

3 聚光光伏技术
直接到达地面的太阳能密度很低，其峰值不超过lkW ／m2，为了提高太阳能利用效率，可采用聚光光伏技术。

一方面将太阳光会聚到面积很小的高性能聚光电池上，提高太阳光辐照能量密度；另一方面用相对便宜的聚光器部分代替昂
贵的太阳电池，从而达到降低光伏发电系统成本的目。

聚光器是聚光光伏系统的主要组成部分，根据光学原理可分为：折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器、荧光聚光器、全息聚光器等.其中混合聚光器利用折射、反射和内部反射达到聚光。

2.3。

1 聚光光伏原理
热光伏聚光器工作原理是:太阳把辐射器加热到高温，完成光热转换；辐射器再发出辐射到太阳电池上，完成光电转换。

荧光聚光器和全息聚光器是两种尚未成熟的技术.虽然目前聚光光伏系统还存在一些关键的科学技术问题没有得到完全解决，但各国光伏工作者也在不断地以实验结果验证聚光技术。

2。

4 孤岛效应检测技术
2。

4.1 孤岛效应原理以及定义
所谓孤岛效应是指:当电网由于电气故障、误操作或停电维修等原因造成中断供电时,各个光伏并网发电系统仍在运行，并向周围的负载供电，而构成一个电力公司无法控制的自给供电的孤岛。

孤岛模型如图所示。

当光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果,如孤岛中的电压和频率无法控制，可能会对用户的设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电会对维修人员造成人身危险等。

2。

4.2 孤岛效应检查方法
孤岛效应检查方法在并网逆变器侧可分为被动式和主动式。

被动式检测方法是利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测，该方法适用于负载功率变化不大，且与逆变器的输出不匹配的场合。

主动式检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。

三、讨论
优点:
1、太阳能取之不尽，用之不竭,地球表面接受的太阳辐射能,足够目前全球能源需求的1万倍,只要在全球4%的沙漠安装太阳能就可以满足全球需要，
2、安全可靠,不受能源危机和燃料市场不稳定的冲击
3、太阳能处处可得到，不必远距离运输，避免长距离输电线路的损失
4 、不用燃料，运行成本很低
5、太阳能发电没有运动部件不易损坏，维护简单
6、太阳能发电过程中不易产生污染废弃物，是理想的清洁能源
7、太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵，避免浪费
缺点:
1、地面应用时有间歇性，在晚上或阴雨天不能或很少发电
2、能量密度低，一般情况下，每平方米，太阳强度为1000W/m2
3、目前价格较高，为常规电价的5—15倍
四、结论
目前太阳能光伏发电仍存在各种问题，如产能相对过剩、市场和原料在国外、成本相对较高、综合能耗较大、质量存在差距、单线产能低下、污染问题突出，行业组织松散等问题。

但是太阳能发电的优点却也是明显的，太阳能光伏技术的应用不会产生二次污染，是绝对的环保,对于安全方面，太阳能照明的工作电压只有12V—--24V，对人体没有任何的危害性，太阳能照明系统采用微电脑智能化控制，全部自动化，无需人员看管，带用光感系统，做到天黑亮天亮熄灯。

太阳能照明工程后期工作运行费用低，维修费、维护费几乎接近于零，工程安装简单，施工周期短，操作安全，太阳能供电系统稳定可靠,不受任何影响.对于灯具，太阳能灯具使用寿命长，并且安全节能，光源为冷光源，不会产生温室效应，对植物没有任何影响。

太阳能与建筑一体化是未来住宅的发展方向，太阳能能源建筑系统是绿色能
源和新型建筑理念两大革命的交汇点，当今世界上发达国家都予以了充分重视。

1996年以来，德国、美国、日本分别开始实施“1000光电屋顶计划”“百万屋顶计划”“新阳光计划".在以色列，几乎所有的住宅都安装了太阳能光伏发电系统，目前我国消费者正以每天超过8000套的速度购买住房，这些都将吃掉大量能源，造成环境危机，能源危机;日益严重的威胁着人类生存，就此问题，国务院做出批示,大力支持可再生能源的开发，重点扶持太阳能光伏发电。

中国应该吸取经验教训，改变过度依赖化石能源的能源结构，积极发展可再生能源，真正意义上实现人类与自然的和谐发展.如此看来，太阳能发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将在21世纪得到前所未有的发展。

尤其是太阳能电池在使用中不会释放包括二氧化碳在内的任何有害气体，这将极大的改善生态环境、解决地球温室效应的问题，因此太阳能电池有望成为21世纪的主导新能源，并终将在世界能源结构中占有一席之地。

参考文献
[1］高虎，李俊峰,许洪华. 太阳能光伏发电技术发展状况与趋势分析［J]. 中国科技产业. 2006（02）
［2］张立文，张聚伟,田葳，张晓红。

太阳能光伏发电技术及其应用[J]. 应用能源技术. 2010(03)
[3] 付永长,蔡皓. 太阳能发电的现状及发展［J］。

农村电气化。

2009（09) [4］刘道春。

太阳能光伏发电技术及其发展前景［J］。

大众用电。

2009（03）[5] 赵春江，杨金焕，陈中华，邹乾林. 太阳能光伏发电应用的现状及发展[J］。

节能技术. 2007（05）
[6] 张耀明。

中国太阳能光伏发电产业的现状与前景［J]。

能源研究与利用. 2007（01）
7。