太阳能光伏发电的现状和发展概要

南京理工大学

专业：热能与动力工程

姓名：贺书剑

学号：0908180220

太阳能光伏发电的现状和发展

太阳能光伏发电的现状和发展

摘要

随着经济社会的发展，能源需求量越来越大，消耗速度也越来越快。世界常规能源供应短缺危机日益严重，化石能源的大量开发利用已成为造成自然环境污染和人类生存环境恶化的主要原因之一，寻找新兴能源已成为世界热点问题。在各种新能源中，太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广、应用形式多样等优点，受到世界各国的高度重视。我国光伏产业在制造水平、产业体系、技术研发等方面具有良好的发展基础，国内外市场前景总体看好，只要抓住发展机遇，加快转型升级，后期必将迎来更加广阔的发展空间。而光伏系统的一大缺点就是光伏电池的光电转换效率太低, 使其不能最大效率转化为电能输出；而且在工作过程中受环境的影响也很大，会损失很多能量。因此为了使其输出的电能达到最大化,除了要研制价格低廉且能量转换效率高的光电材料外,还要在控制上实现光伏电池的大功率输出。。本文对MPPT的原理，必要性和算法作了较为详细的论述分析，比较了现有的各种最大功率点跟踪(MPPT)策略(实际测量法、恒定电压控制法。扰动观察法等)，采用MATLAB开发工具进行仿真，利用变步长自适应给定算法进行了最大功率跟踪。

前言

随者当今世界能源危机和环境污染的日益严重。太阳能以其资源充足、分布广泛、清洁安等优点必将成为未来全球最主要的能源之一。现在太阳能的利用主要有光热利用、光化学利用和光伏利用三种形式，其中光伏发电由于其自身的优势。近期在世界范围内得到了高速的发展。

早在20世纪80年代初，受石油危机影响。美国、日本以及欧洲一些国家已经意识到发展新能源的重要性，投入了大量的人物力对光伏发电进行研究，由此光伏发电得到了很大程度的发展和应用。随着我国对新能源产业的政策扶持，光伏发电必将成为我国能源结构中重要的组成元素。因此，积极研究和发展光伏发电技术成为了目前国内外的研究热点。国外光伏发电的现状和展望

能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，为了实现能源和环境的可持续发展，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。在各国政府的大力支持下，光伏产业发展迅速，最近

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年太阳电池及组件生产的年平均增长率达到 33%，最近 5 年的年平均增长率达到43%，2006 年世界太阳电池产量达到 2500MWp，累计发货量达到 8500MWp。表1-1 为截止到 2006 年的过去 10 年世界太阳电池的年发货量和累计用量(GWp)。世界光伏产业和市场发展的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并成为光伏发电的主导市场(其他应用包括通讯和信号﹑特殊商业和工业应用﹑农村离网应用﹑消费品和大型独立电站等)。表 1-2 为截止到 2005 年的过去十年并网光伏发电市场份额逐年增长情况。

世界光伏发电市场的增长主要得益于德国、日本和美国的鼓励政策。目前 70%以上的太阳电池用于并网发电系统。美国、日本和欧洲都制定了各自的光伏发展路线，表 1-3 和表 1-4 给出了一些国家的光伏发展路线和发展目标的比较。

从长远看，太阳能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。根据欧洲 JRC 的预测，到 2030 年可再生能源在总能源结构中占到 30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到 10%

以上；

2040 年可再生能源占总能耗 50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的 20%以上；到 21 世纪末可再生能源在能源结构中占到 80%以上，太阳能发电占到 60%以上，显示出重要战略地位。

国内光伏发电现状和发展

经过20多年的发展，我国光伏发电产业的发展己初具规模。但是总体水平上我国同国外还有很大的差距。主要表现为生产规模较小，技术水平较低，电池效率、封装水平同国外存在一定差距。部分材料仍需进口。另外，我国电池组件的成本和售价偏高。太阳能电池造价太高制约着太阳能光伏发电的大规模应用。它已经成为光伏发电的“瓶颈”。我国必须要加大这方砸的投入。突破这个技术瓶颈，促进太阳能光伏发电的普及。2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会通过了《中华人民共和国可再生能源法》，把促进可再生能源的开发利用提高到了法律的高度。近些年来。国家在“973”和“863”等重大项目中也将太阳

能电池的发展放到了重要的位置。积极发展太阳能光伏发电对于解决我国的能源紧缺和环境污染具有重要的战略意义。相信在政府政策的扶持和学界的大力研究下。光伏发电在我国的前景很光明，会得到广泛应用和发展。

光伏发电的优缺点

光伏发电的优点生要有以下六点：

l、无污染：零捧放，没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”。

2、可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，可满足可持续发展的要求。3，资源的普遍性：基本上不受地域限制。只是地区之间是否丰富之分。

4、分布式电力系统：将提高整个能源系统的安令性和可靠性。特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义。

5、资源、发电、用电同一地域：渴望大幅度节省远程输变电设备的投资费用。

6、灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成．容量可大可小。扩容方便。保持系统运转仅需要很少的维护。系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件：目前光伏发电也存在一些难以攻克的缺点：主要有以下两个方面：

(1)光电转化率很低。

(2)光伏发电成本太高，在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但其成本仍居高不下，远小能满足大大规模应用的要求。

太阳能光伏发电技术概述

太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏打效应将光能转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装便构成了大面积的太阳能电池组件。电池组件所产生的直流电能再经逆变器变换成与电网相同频率的交流电能。以电压源或者电流源的方式送入电力系统(并网光伏发电系统)，或者直接供给负荷使用(独立光伏发电系统)。

光伏发电系统的基本组成

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。提供给负荷使用。图l所示为典型太阳能光伏发电系统的构成。

各个组成部分具体介绍如下

l、太阳能电池

太阳能电池是太阳能光伏发电的核心组件，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转变为电能。目前对太阳能电池的研究主要集中在提高光电转换效率和降低成本上。目前应用较广的太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅：和非晶硅

3种。近年来出现了硅以外的化含物材料，如磷化铟、砷化镓、铟