關于太陽能光伏技術的調查研究

一：太陽能的發展二：國內外太陽能光伏技術的研究利用現狀三：太陽能光伏技術應用的主要原理與關鍵技術四：太陽能光伏發電應用及工程實例五：國家政策與市場前景六：未來太陽能發展的展望一：太陽能的發展當前，全球化石能源資源日益短缺、氣候變化等環境壓力日漸增大。太陽能、風能、生物質能等新能源和可再生能源已被世界各國政府作為重要的戰略替代能源。黨中央、國務院高度重視太陽能、風能等新能源與可再生能源的發展，明確指出：太陽能、風能等新能源產業正孕育著新的經濟增長點，也是新一輪國際競爭的戰略制高點，當前國際能源問題和環境問題為新能源產業發展帶來了機遇，要把發展太陽能、風能等新能源作為應對危機的重要舉措。

太陽能發展的七個階段開發階段（1900-1920）冷落階段（1920-1945）恢復階段（1945-1965）停滯階段（1965-1973）過渡階段（1973-1980）低谷階段（1980-1992）高潮階段（1992-至今）總結：1.太陽能發展道路不平坦，高低交錯；2.太陽能開發難度大，短時間內很難實現大規模利用；3.太陽能利用還受礦物能源供應、政治和戰爭等因素影響，發展道路比較曲折。

背景及意義

能源是整個世界發展和經濟增長的最基本的驅動力，是人類賴以生存的基礎。自工業革命以來，能源安全問題就開始出現。1913年，英國海軍開始用石油取代煤炭作為動力時，時任海軍上將的丘吉爾就提出了“絕不能僅僅依賴一種石油、一種工藝、一個國家和一個油田”這一迄今仍未過時的能源多樣化原則。隨著人類社會對能源需求的增加，能源安全逐漸與政治、經濟安全緊密聯系在一起。但是，人類在享受能源帶來的經濟發展、科技進步等利益的同時，也遇到一系列無法避免的能源安全挑戰，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環境污染等問題直接威脅著人類的生存和發展。

然而地球上化石燃料的蘊藏量是有限的，根據已探明的儲量，全球石油可開采約45年，天然氣約61年，煤炭約230年，鈾約71年。據世界衛生組織估計，到2060年全球人口將達到100―110億，如果到時所有人的能源消費量都達到今天發達國家的人均水平，則地球上主要的35種礦物中，將有1∕3在40年內消耗殆盡，包括所有的石油、天然氣、煤炭(假設為2萬億噸)和鈾。所以，世界石化燃料的供應正面臨嚴重短缺的危機局面。

太陽能是用之不盡，取之不竭的能源，如果從太陽能獲得電力，將造福人類，人們通過光伏效應制造太陽能太陽電池進行光電變換來實現。它同以往其它電源發電原理完全不同，具有以下特點：①無枯竭危險；②絕對干凈(無公害)；③不受資源分布的地域限制；④可在用電處就近發電；⑤能源質量高；⑥使用者在感情上容易接受；⑦獲得能源花費的時間短。不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大的面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽能具有極大優點，因此受到世界各國青睞。

二：國內外太陽能光伏技術的研究利用現狀

自1839年發現“光生伏特效應”和1954年第一塊實用的光伏電池問世以來，太陽能光伏發電取得了長足的進步，但是它的發展仍然比計算機和光纖通訊要慢得多。1973年的石油危機和20世紀90年代的環境污染問題大大促進了太陽能光伏發電的發展。隨著人們對能源和環境問題認識的不斷提高，光伏發電越來越受到各國政府的重視，科研投入不斷加大，鼓勵和支持光伏產業發展的政策也不斷出臺。以1997年美國總統克林頓的“百萬太陽能光伏屋頂計劃”為標志，日本還有歐洲的德國、丹麥、意大利、英國、西班牙等國也紛紛開始制定本國的可再生能源法案，刺激了光伏產業的高速發展。

國內現狀資源分布：中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17000億噸標準煤。太陽能資源開發利用的潛力非常廣闊。中國地處北半球，南北距離和東西距離都在5000公里以上。在中國廣闊的土地上，有著豐富的太陽能資源。大多數地區年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，西藏日輻射量最高達每平米7千瓦時。年日照時數大于2000小時。與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優越得多，因而有巨大的開發潛能。發展現狀：中國光伏發電產業于20世紀70年代起步，90年代中期進入穩步發展時期。太陽電池及組件產量逐年穩步增加。經過30多年的努力，已迎來了快速發展的新階段。在"光明工程"先導項目和"送電到鄉"工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，我國光伏發電產業迅猛發展。到2007年年底，全國光伏系統的累計裝機容量達到10萬千瓦(100MW)，從事太陽能電池生產的企業達到50余家，太陽能電池生產能力達到290萬千瓦(2900MW)，太陽能電池年產量達到1188MW，超過日本和歐洲，并已初步建立起從原材料生產到光伏系統建設等多個環節組成的完整產業鏈，特別是多晶硅材料生產取得了重大進展，突破了年產千噸大關，沖破了太陽能電池原材料生產的瓶頸制約，為我國光伏發電的規?；l展奠定了基礎。2007年是我國太陽能光伏產業快速發展的一年。受益于太陽能產業的長期利好，整個光伏產業出現了前所未有的投資熱潮。

"十二五"時期我國新增太陽能光伏電站裝機容量約1000萬千瓦，太陽能光熱發電裝機容量100萬千瓦，分布式光伏發電系統約1000萬千瓦，光伏電站投資按平均每千瓦1萬元測算，分布式光伏系統按每千瓦1.5萬元測算，總投資需求約2500億元。盡管我國是太陽能產品制造大國，不過我國太陽能產品只用于出口。在2009年時，全球太陽能光伏電池年產量1600萬千瓦，其中我國年產量1000萬千瓦。而到2010年，全球光伏發電總裝機容量超過4000萬千瓦，主要應用市場在德國、西班牙、日本、意大利，其中德國2010年新增裝機容量700萬千瓦。不過，我國太陽能資源十分豐富，適宜太陽能發電的國土面積和建筑物受光面積也很大，其中，青藏高原、黃土高原、冀北高原、內蒙古高原等太陽能資源豐富地區占到陸地國土面積的三分之二，具有大規模開發利用太陽能的資源潛力。太陽能資源豐富、分布廣泛，是21世紀最具發展潛力的可再生能源。隨著全球能源短缺和環境污染等問題日益突出，太陽能光伏發電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國普遍關注和重點發展的新興產業。在此背景下，全球光伏發電產業增長迅猛，產業規模不斷擴大，產品成本持續下降。我國光伏發電產業也得到迅速發展，已成為我國為數不多的、可以同步參與國際競爭、并有望達到國際領先水平的行業。崛起了以尚德電力、英利綠色能源、江西賽維LDK、保利協鑫為代表的一批著名企業和以江蘇、河北、四川、江西四大光伏強省為代表的一批產業基地。因此，企業以往以"年度"為單位進行戰略以及策略調整的傳統做法，在行業快速變化的今天顯得有些力不從心甚至被動。所以，企業以"月度"為單位，根據行業最新發展動向適時進行策略乃至戰略調整的經營手段，正日益受到許多大型企業管理者尤其是外資企業管理層的高度重視。中國光伏系統安裝機容量發展路線圖MW世界光伏發電的高速發展主要表現在以下幾方面。（1）光伏電池產量持續增長多年來光伏產業一直是世界增長速度最高和最穩定的領域之一，1999~~2005年間，光伏電池產量以年均增長率超過40%的速度高速發展，太陽電池的產量從1999年的202MW增加到2005年的1818MW，增長了9倍。（2）生產規模不斷擴大光伏產業的領頭企業電池產量早已突破100MW，且有越來越多的企業已經提出了建設年產1000MW電池生產線的目標。（3）光伏市場飛速膨脹不斷有新的國家出臺激勵光伏發展的政策。2004年德國補貼法修訂后，僅用了一年，即在2005年，德國市場年裝機容量便達到了837MW，占全球市場的57%，政府政策對光伏的激勵可想而知。而2006年，美國加州正式出臺3000MW光伏安裝計劃，帶動美國其它各州也紛紛仿效。美國將成為繼日本、歐洲之后又一大的光伏市場。（4）新技術不斷出現，電池效率不斷提高隨著自動化程度和生產技術水平的提高，電池效率將由現在的水平（單晶硅16%~~18%，多晶硅15%~~17%）向更高水平（單晶硅18%~~20%，多晶硅16%~~18）發展。

最新研制表示：成功利用宇宙光能發電，光能發電采用最先進的生產工藝，每天可利用光能發電17小時。（市場現有的單晶硅、多晶硅太陽能電池只可利用8小時，且對環境存有污染）。光能發電是當今世界的尖端科技，將為全人類徹底解決“能源危機”“環境污染”和“可持續發展”等三大世界難題，將做出歷史性、跨世代的偉大貢獻，將為人類利用新能源、新技術方面進入一個嶄新的時代，引發一場世界科技革命，讓全人類過著健康、幸福、和諧的生活......三：太陽能光伏技術應用的主要原理與關鍵技術

太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電，簡稱“光電”。光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電，理論上講，光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。太陽能光伏發電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。其中，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統和計算器輔助電源等。目前多晶硅電池效率在16至17%左右，單晶硅電池的效率約18至20%。由一個或多個太陽能電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。光伏發電產品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源；二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地各種燈具等；三是并網發電，這在發達國家已經大面積推廣實施。光伏發電系統設備及其作用太陽能電池方陣：在有光照（無論是太陽光，還是其它發光體產生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”。在光生伏特效應的作用下，太陽能電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。蓄電池組：其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能并可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度范圍寬；g.價格低廉。充放電控制器：是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由于蓄電池的循環充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設備。逆變器：是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發電系統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。太陽跟蹤控制系統：由于相對于某一個固定地點的太陽能光伏發電系統，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時刻正對太陽，發電效率才會達到最佳狀態。目前世界上通用的太陽跟蹤控制系統都需要根據安放點的經緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現跟蹤。采用的是電腦數據理論，需要地球經緯度地區的的數據和設定，一旦安裝，就不便移動或裝拆，每次移動完就必須重新設定數據和調整各個參數；原理、電路、技術、設備復雜，非專業人士不能夠隨便操作。把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發電系統安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論系統向何方行駛、如何調頭、拐彎，智能太陽跟蹤儀都能保證設備的要求跟蹤部位正對太陽！光伏發電的一些關鍵技術

由上邊的介紹的光伏發電系統的主要組成結構可以看出,光伏發電系統主要包括光伏組件光伏陣列,充電控制器,蓄電池組,逆變器等部件。這幾個主要部件所涉及的技術都是光伏發電中較為關鍵的技術。光伏陣列的MPPT技術

光伏陣列作為整個光伏發電系統的供能者,通過光伏效應把太陽能直接轉換為電能。由于光伏陣列本身具有顯著的非線性特性,在外部因素光照強度,溫度的變化條件下要確保其輸出功率最大就必須進行最大功率跟蹤。MPPT的原理：在線性電路中,電源內阻抗與外部負載的等效阻抗成共輛,這時外部負載就可以獲得最大的輸出功率。光伏發電系統中的光伏陣列和DC/DC（或DC/AC）變換電路雖然都為非線性,但在較短時間內,可以把兩者看作線性電路。故而可把光伏陣列等效看成直流電源,DC/DC(或DC/AC)變換電路看成外部負載。通過調節DC/DC(或DC/AC)變換電路的等效電阻,使之在不同的外部環境下始終跟隨光伏陣列的內阻變化,兩者動態負載匹配時就可以獲得DC/DC(或DC/AC)變換器的最大輸出功率,實現光伏陣列的最大功率跟蹤。實現光伏陣列的MPPT方法有很多種,最常用的有擾動觀測法、恒定電壓控制法、功率回授法等。光伏充電控制器的智能控制技術

光伏充電控制器的作用是控制整個系統的工作狀態,并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在外部條件(溫度和光照強度)不斷變化的情況下,科學的對蓄電池進行充電管理可以延長蓄電池的工作壽命,并能有效提高系統效率,在控制器中的智能控制技術顯得尤為重要。光伏充電控制器的智能控制技術一般通過DSP高能芯片實現。逆變技術

逆變器是光伏發電系統的核心器件之一。光伏陣列通過光伏效應原理,把太陽的光能轉換為直流電能,轉化后的直流電是變化的,不能直接并網或直接提供給用電設備使用,稱之為“粗電”光伏逆變器將變化的直流電經過電力電子技術變換成頻率、相位與幅值符合電力并網要求且自身具有保護功能的交流電,稱之為“精電”,之后經過配電及保護裝置便可并網或供交流負載使用。逆變器采用的是電力電子技術,并且由大量電子元器件組成,屬于光伏系統中的薄弱環節。目前在逆變器的技術方案選擇、電子線路設計以及新的應用方面,不同的技術流派主要有以下幾種:1.Centralinverter集中式逆變器,這種是最傳統也是目前做的廠家最多的。從其電路結構上說,對小功率逆變器一般采用兩級結構,即第一級Boost升壓電路加上第二級DC/AC逆變電路中大功率逆變器采用一級結構,即DC/AC逆變電路。無論何種電路結構,其功率部分都是放在一個逆變器箱體內.2.Modularinverter模塊化逆變器,目前另一流行的技術,對應于一路直流輸入。采用逆變器模塊化并聯,每個模塊均有MPPT(功率點跟蹤功能),多個并聯逆變器模塊裝在一個機柜里,一般具有熱插拔功能。3.Microinverter微逆變器,在北美近幾年來流行的一種技術,主要應用在個人屋頂系統。其實現方法是將集中式逆變器的技術運用到較小的功率模塊上,將大功率逆變器分割成若干個小功率逆變器。在每塊太陽能電池板后面裝一個微逆變器,功率在200~350W左右,直接將該塊電池板輸出的直流電轉換成交流電輸出或并網。4.DC-DCBooster或另有叫DC-DCOptimizer(直直變換優化部件),與微逆變器有相似之處,其原理是將第一級的DC/DCBoost部分從逆變器中拿出來,單獨做在電池板后面的PowerBox里,每個Booster均帶有MPPT功能,從而可以實現每塊電池板的最大功率電跟蹤;這些Booster輸出的直流電匯總之后,集中輸入到逆變器內。這是種介于集中式逆變器和微逆變器之間的一種解決方案。在前級分布式上像微逆變器,而在后級逆變上又像集中式逆變器?？偟恼f來,以上的幾種逆變技術都各具其優點和缺點。一般認為:Centralinverter適合于大型電站及商用屋頂;Modularinverter適合于商用屋頂及小型電站;Booster適合于小型商用屋頂和住宅屋頂;Microinverter適合于住宅屋頂。太陽能的優缺點與常用的火力發電系統相比，光伏發電的優點主要體現在：

①無枯竭危險；②安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形復雜地區；④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電；⑤能源質量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。

缺點：

①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。③產生的電力接入電網需要增加無功補償設備④儲能困難光伏發電的工作原理光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。光伏發電的優點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設周期短的優點。光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以,光伏發電設備極為精煉，可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。理論上講，光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合，上至航天器,下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。太陽能光伏發電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統和計算器輔助電源等。太陽能光伏發電分為：獨立光伏發電、并網光伏發電、分布式光伏發電1.獨立光伏發電系統也叫離網光伏發電系統。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。2.并網光伏發電：并網光伏發電系統就是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電這后直接接入公共電網。并網光伏發電系統有集中式大型并網光伏電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，發展難度相對較大。而分散式小型并網光伏系統，特別是光伏建筑一體化發電系統，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是并網光伏發電的主流。3.分布式光伏發電系統，又稱分散式發電或分布式供能，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。四：太陽能光伏發電應用及工程實例1.太陽能發電廠2.太陽能光伏技術在照明領域的應用

太陽能路燈太陽能路燈太陽能信號燈3.太陽能光伏技術在交通領域的應用太陽能汽車太陽能汽車太陽能游船4.太陽能在與建筑領域的應用世博中國館太陽能光伏建筑一體化發電工程5.太陽能光伏技術在農業領域中的應用太陽能溫室大棚6.太陽能光伏技術在太空中領域中的應用人造衛星

美國的太空太陽能電站構想圖7.太陽能光伏技術在其他領域的應用太陽能帽子太陽能充電器支持太陽能充電lggd510觸控手機發布五：國家政策與市場前景國家政策《可再生能源法》自2006年1月1日起施行。

《國家中長期科技發展規劃綱要（2006－2020年）》國發

《可再生能源中長期發展規劃》（發改能源）

《可再生能源發展專項資金管理辦法》財建

建設部、財政部《關于推進可再生能源在建筑中應用的實施意見》建科《關于實施金太陽示范工程的通知》

“十三五”規劃綱要提出，推動能源結構優化升級，繼續推進風電、光伏發電發展。完善風能、太陽能、生物質能發電扶持政策。主要國家推出的太陽能光伏產業政策國內太陽能光伏產業相關政策國內外太陽能光伏產業發展趨勢（一）技術由于銅銦鎵硒技術的效率提升，制造成本上也可能比多晶硅更便宜。加之我國銦、鎵資源豐富，在原材料成本和可持續性方面具有相當強的競爭力，因此我國在這場光伏業市場爭奪戰中具有相當大的優勢。（二）成本2008年全球光伏發電平均每度電成本約為38美分，2015則下降至7.3美分左右，預計未來5年內還會再度下降30%。成本的下降將會成為整個系統成本下降以及融資成本下降的標志，這將意味著產業高速發展時機來臨。（三）市場2016年國內光伏裝機仍有望表現強勁，預計2016年國內光伏裝機將突破19GW，將再度成為最大的太陽能光伏市場。隨著我國西北部地區地面電站的逐漸飽和，以及光伏平價上網的條件達成，未來國內分布式光伏將迎來發展高潮階段，配合儲能技術的成熟，東部及南部地區將興起建分布式電站的熱潮。太陽能光伏產業發展前景

我國西部地區是世界上最大、地勢較高的自然地理單元。也是世界上最豐富的太陽能資源地區之一，尤其是西藏地區，空氣稀薄，透明度高，年日照時間長達1600一3400小時之