太陽能發電系統研究

摘 要:本文分析了太陽能發電的基本原理，介紹了太陽能發電系統的分類，并從系統構成、工作原理及應用情況對兩種不同的發電系統的進行了對比分析，總結出太陽能發電系統在未來的發展方向。

關鍵詞:太陽能發電并網離網系統

中圖分類號:TM615文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0014-01

隨著社會的發展，以煤、石油為代表的傳統能源日益減少，且在使用過程中污染嚴重。能源問題日益突出，這就要求我們要大力發展新能源項目。其中，太陽能是人類取之不盡用之不竭的能源，也是清潔能源，不產生任何環境污染。在太陽能的有效利用當中，太陽能發電是近些年發展最快，最具活力的研究領域。

在太陽能電池中，硅系太陽能電池無疑是發展最成熟的，占據了市場的大部分份額。硅系太陽能電池發電的原理是，光照射在半導體pn結上，帶負電的電子向n區運動，帶正電的空穴向p區運動，電子和空穴形成定向運動，如果外接電路的話，則形成電流，實現從光能到電能的轉換。太陽能電池通過膠封、層壓等方式裝成平板式構造再投入使用，一般把這種平板式構造稱為太陽能電池組件。將多個太陽能電池組件串聯或者并聯連接，就形成了太陽能電池方陣。太陽能電池方陣及蓄電池、控制器、逆變器等相關設備組成太陽能發電系統，根據是否接入電網，分為并網型發電系統和離網型發電系統。

1 太陽能并網發電系統

并網發電系統主要有太陽能電池方陣、并網逆變器和控制監測設備構成。太陽能電池方陣由大量的太陽能電池組件串并聯而成。目前，系統中主要采用晶體硅為主要材料的電池組件，同時也可輔助采用部分成熟的薄膜太陽能電池組件。并網逆變器也叫功率轉換器，逆變器的基本功能是將直流電逆變成交流電。大型并網系統的逆變器，還要求有最大功率跟蹤功能和各種保護功能。控制監測系統是指并網系統的控制監測設備通過電子裝置與外部計算機連接，從而實現對整個系統運行情況進行實時測量和監控。并網系統除了以上的主要硬件以外，還包括配電系統設計，以及系統的基礎建設等。

該系統的運行過程是太陽能電池方陣所發直流電經匯流箱后，進入并網逆變器的輸入端，逆變器輸出與市電電網相匹配的交流電，經電表測量后接入電網。

太陽能并網發電是當今世界太陽能發電技術發展的主流趨勢，由于這種模式具有可以對電網調峰、減少建設投入、靈活性強等優點，越來越被重視。目前，并網發電主要應用于大型太陽能電站建設和光伏建筑一體化方面。

2 太陽能離網發電系統

離網發電系統根據用電負載的特點，分為直流系統、交流系統和交直流混合系統。從系統構成的角度看，三種系統主要區別為是否帶有逆變器。

離網發電系統主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制設備、逆變器、測量設備等組成。蓄電池組的作用是存儲太陽能電池方陣受光照所產生的電能，并隨時向負載供電。在選擇蓄電池時，要考慮電壓、電流特性等電氣性能，還要求蓄電池組的自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，少維護或免維護，溫度范圍寬，價格低廉等。控制設備是太陽能離網發電系統的重要部分之一。系統中的控制設備通常應具有以下功能。信號檢測;蓄電池充放電控制;其他設備保護;故障診斷定位;運行狀態指示等。逆變器選擇與否取決于負載類型。如果是直流負載，則不需逆變器;如果是交流負載，則需要逆變器。

該系統的運行過程是太陽能電池方陣所發直流電經控制器后，進入蓄電池存儲。如果負載是直流負載，則不需要經過逆變器，控制器輸出端直接供電即可。如果負載是交流負載，則需要在控制器的輸出端連接離網逆變器，然后給交流負載供電。在實際設計當中，如果控制器輸出電壓與直流負載所需電壓不匹配，則要設計相應的調壓電路，使之協調匹配。

太陽能離網發電系統通常可用為便攜式設備的電源，向遠離現有電網的地區或設備供電，以及用于任何不方便與電網發生聯系的供電場合。如為公共電網難以覆蓋的邊遠農村、海島、通信系統、微波中繼站、電視差轉臺、太陽能水泵、邊防哨所等場合提供電源。

3 并網、離網發電系統比較研究

離網發電系統在現階段占據著重要的市場份額。它與并網系統相比，具有成本較低、使用靈活的特點。并網發電系統是今后研究的重要方向，它具有許多獨特的優勢:(1)可以對電壓調峰，提高電網末端的電壓穩定性，改善電網的功率因數，有效地消除電網雜波。(2)所發電能回饋電網，以電網為儲能裝置，省掉蓄電池部分。(3)出入電網靈活，既有利于改善電力系統的負荷平衡，又可降低線路損耗。因此，未來的太陽能發電市場重心將轉向并網發電系統。

4 太陽能發電的發展前景及方向

隨著科技的進步，太陽能發電技術更加成熟，應用的領域也更為廣泛，預計在未來，太陽能發電可以重點應用在以下幾個方面。

(1)大規模太陽能荒漠電站。目前最具發展前景的太陽能發電應用是建立大規模荒漠電站，該項目屬于并網發電的范疇。荒漠地區擁有豐富的太陽能光照資源和廣大面積這兩項太陽能發電的絕佳優勢，是建立大規模太陽能電站的首選。適合開展該項目的地區應當具備一些必要條件，如不要離主干電網太遠，以減少新增輸電線路的投資。不要距離人居區太遠，以便于開展控制維護工作。

(2)建在太空的超級太陽能發電站。最早在1974年，美國邁爾密大學提交“大規模從宇宙發電、輸電計劃”(簡稱SSPS計劃)的論文發表，第一次把太陽能發電和微波傳輸結合起來。論文的主體思想是，充分利用宇宙中豐富的太陽能資源，利用太陽能發電，經微波傳輸至地球，供人類使用，如果該項目實施成功，可大大緩解地球能源危機，是人類在可再生能源領域的一項重大突破。但是由于技術的不成熟，進展緩慢。21世紀以來，該項目重新被重視起來。中國、美國、日本、加拿大等國正在積極推進該項目的實驗研究，預計在不久的將來，人類可以使用宇宙太陽能資源工作和生活。

(3)風光互補型發電系統的研究開發。風光互補發電型系統是利用太陽能電池方陣、風力發電機將發出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。該系統在夜間和陰雨天無陽光時由風能發電，晴天由太陽能發電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發揮作用，實現了全天候的發電功能，比單用風力發電和太陽能發電更經濟、科學、實用。利用風光互補發電系統是開發可再生能源的重要方向，預計在未來幾年，風光發電提供的能源在整個能源結構中比例將大幅提升，成為解決能源問題的重要力量。

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