光伏发电技术

光伏发电的基本原理

太阳能是一种辐射能,它必须借助于能量转换器件才能变换为电能.这种把辐射能变换成电能的能量转换器件,就是太阳能电池.太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的器件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”,太阳能电池又称为“光伏电池”.当太阳光照射到由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收.形成内建静电场.如果从内建静电场的两侧引出电极并接上适当负载,就会形成电流,这就是太阳能电池的基本原理.单片太阳能电池就是一薄片半导体P-N结.标准光照条件下,额定输出电压为0.48V.为了获得较高的输出电压和较大容量,往往把多片太阳能电池连接在一起,目前,太阳能电池的光电转换率一般在15%左右，个别发达国家的实验室太阳能电池光电转换率已经可以达到30%左右国内太阳能资源的分布国内太阳能资源的分布

我国的太阳能资源

按日照时间和太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区：

一类地区:

全年日照时数达到3200～3300小时的地区，主要包括青藏高原、甘肃省北部、宁夏北部和新疆南部等地。

二类地区:

全年日照时数达到3000～3200小时的地区，主要包括河北省西北部、山西省北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃省中部、青海省东部、西藏东南部和新疆南部等地。

三类地区:全年日照时数达到2200～3000小时的地区，主要包括山东省、河南省、河北省东南部、山西省南部、新疆北部、吉林省、辽宁省、云南省、陕西省北部、甘肃省东南部、广东省南部、福建省南部、江苏省北部和安徽省北部等地。

四类地区:

全年日照时数达到1400～2200小时的地区，主要是长江中下游，福建省、

浙江省和广东省的一部分地区，此类地区的特点是：春夏多雨或阴天，秋冬季太阳能资源较丰富。

五类地区:

全年日照时数达到1000～1400小时的地区，主要包括四川省、贵州省两省。此区是我国太阳能资源较少的地区。

一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积约占全国总面积的2／3以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。太阳能电池的种类及特点

最早投入使用的太阳电池是单晶硅太阳电池，其后人们又开发了了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。至今大规模使用的太阳电池，主要还是以上品种。随着材料工业的发展、目前除硅系列太阳电池外，还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池。下面介绍几种较常见的太阳电池。

1.

单晶硅太阳电池

单晶硅太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。制做时将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片后，在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷、锑等，这样就在硅片上形成P>N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆一层防反射涂层，以减少光子被光滑的硅片表面反射掉。至此，单晶硅太阳电池的单体片就制成了的单体片就制成了。单体片可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后进行封装。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年。太阳电池组件可组成各种大小不同的太阳电池方阵，亦称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的。

2.

多晶硅太阳电池

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约12％左右，稍低于单晶硅太阳电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。

3.

非晶硅太阳电池

非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。目前它主要应用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。在效率衰下问题克服后，非晶硅太阳电池会因其成本低，重量轻，应用方便等特点，得到很大的发展。

4.

多元化合物太阳电池

多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：

（1）硫化镉太阳电池

（2）砷化镓太阳电池

（3）铜铟硒太阳电池光伏发电优缺点

与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在：①无枯竭危险；②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区；④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦建设周期短，获取能源花费的时间短。缺点：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关；③产生的电力接入电网需要增加无功补偿设备；④储能困难分布式光伏发电

分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。

分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配