分布式光伏并网发电系统的控制电路设计与制作2016.11.8

1、五邑大学继续教育学院专科毕业设计（论文）摘 要传统能源的日渐枯竭和世界范围内环境的逐步恶化促使了人们对低碳新型能源的追求与渴望。近年来随着社会的发展和科技的日益进步，新型能源的研究获得了比较好的进展，最具代表性的有太阳能、风能、地热能、潮汐能，等等。太阳能开始进入人们的视线。作为新能源的太阳能近年来备受世界关注，由于其具有清洁环保零排放等众多优点获得很多国家的研究与开发。本文主要讨论的是并网式光伏发电的控制，所以本文主要讲的是如何控制这个系统，对太阳能发电的各种电路的控制做主要分析，提供设计思路和方法。本文也对并网式太阳能光伏发电控制系统的原理及组成，在介绍太阳能、升压电路、逆变电路的特点基础

2、上，详细描述了太阳能光伏发电系统的工作原理和设计方案。这里根据太阳能控制器的要求与特点，提出了一种基于最大功率跟踪控制系统即MPPT技术的太阳能智能控制的设计方法。 关键词：新型能源；太阳能发电；光伏发电系统；控制电路目 录摘要I第1章 绪论11.1 课题背景11.2 发展现状1第2章 理论分析及总体方案32.1 太阳能发电技术32.2 太阳能光伏发电32.3 PV板的工作特性42.4 太阳能发电输送方式52.5 本章小结5第3章 光伏系统的控制技术63.1 太阳能发电技术63.2 太阳能光伏系统控制器的分类63.3 本章小结10第4章 光伏系统控制的硬件设计114.1 单片机电路114.2

3、5V稳压电路124.3 12V稳压电路124.4 充放电系统控制134.5 本章小结13第5章 太阳能照明成本分析145.1 太阳能照明成本分析145.2 光伏发电的优势145.3 光伏发电的应用155.4 本章小结16结论17参考文献18致谢19II第1章 绪论1.1课题背景随着社会、经济水平的发展，人们对生活品质的要求也越来越高，对我们赖以生存的环境也越来越关注。由于经济水平的迅速发展，传统能源如煤，石油，天然气的大量泛滥使用导致全球气候条件越来越差，很多城市地区遭受非常严重的污染和危害，例如太原、米兰、北京、乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。这些城市已经成为全球环境污

4、染最严重的十大城市。而且大多数污染很大的城市都是国内经济发展迅速的城市。很大一部分原因是由于工业发展的需求，导致大量煤炭资源的使用，二氧化碳排放较大，雾霾等恶劣的环境问题正在侵蚀我们的生活。为了我们生活质量的不断提高，我们不可能为了环境问题而放弃发展，也不能为了追求纯粹的经理利益去不限制的破坏环境。解决这个问题的最关键的目标就是解决能源问题。就目前的新能源来看，太阳能是最有发展前景的，因为太阳能取之不尽用之不竭，而且是零排放，完全无污染，这样的新能源对未来的发展是至关重要的。在未来传统化石能源必然将会被淘汰，石油天然气能传统能用作为不可再生资源但是储量却越来越低，有人预测最多40年全球所有石油

5、将会耗尽，所以开发新型无污染能用已经刻不容缓，本课题就研究太阳能光伏发电控制系统的设计，因为虽说现在的技术已经可以成功的把太阳能转换成电能，但是还是存在诸多问题，最大的问题是转换效率低，耗时大，所以太阳能所能带来的能源总量不足，而且控制上存在很大问题。本课题针对并网式太阳能光伏发电控制系统的研究和控制的完善。这也是目前太阳能发电行业最重要的控制技术。所以本课题具有很强的经济效益和发展前景。 1.2发展现状2005年1月，我国首座70kW太阳能热发电示范系统在扛苏江宁建成并成功发电，揭开了热发电技术研究崭新的一页。该示范电站系统由一个塔柱和32面“定日镜”组成，利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射

6、到高塔顶部的接收器，加热工作介质产生过热蒸汽或高温高压空气，驱动蒸汽轮机或燃气轮机发电机组发电，变太阳能为电能。70kW示范站的成功是进一步大规模推广太阳能热发电的探路石，下一个目标是建设兆瓦以上的太阳能热电站。眼下丁F准备正式启动槽式太阳能热发电项目，为早日建成商业化的兆瓦级太阳能电站作好准备。如果太阳能热发电实现3万千瓦以上的发电能力。就标志着有望实用化、商业化，那时的发电成本可能会降至6角钱一度。大大接近现在煤炭发电的电价水平，届时，太阳能热发电就能得到大规模的应用。目前国内热发电技术研究成果有: 中科院电工所的定日镜、碟式聚光器、槽式聚光器等; 中国科技大学的新型定日镜以及槽式聚光器、

7、接收器等; 河海大学的系统整体控制; 南京航空航天大学的小型碟式系统和南京工业大学的热管技术以及南京春辉公司的各类聚光集热部件、系统整体技术以及相关工程建设等。我国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第一组有实用价值的太阳电池。1979年开始生产单晶硅太阳电池_4J。但是光伏发电的真正应用起步于20世纪80年代，当时主要是为了解决实际的应用问题，比如在卫星和海港浮标灯上的应用，并没有作为重点能源开发。20世纪80年代中后期，引进国外太阳电池生产线和关键没备，初步形成生产能力达到4.5 MW太阳能光伏产业，并逐步进人到工业、农业、商业和通讯公用设施等领域，有了数家完整的电池和组件生产

8、企业。20世纪90年代末，光伏产业出现了较快发展，太阳电池组件的生产能力和实际产量有了较快增加，性能也不断提高。近几年，随着科研能力的提升和政府对光伏发电的深入认识，在国际光伏市场巨大潜力的推动下，我国光伏产业正以每年30的速度增长，2005年底国内光伏电池生产能力已达200MW以上，实验室光伏电池的效率已达21，可商业化光伏组件效率达1415。一般商业化电池效率1013。太阳能光伏电池生产成本随之逐年大幅下降，这对国内太阳能市场走向壮大与成熟起到了决定作用。 到2005年，国内光伏发电的总装机达到了7万千瓦。第2章 理论分析及总体方案2.1太阳能发电技术太阳能能源是来自地球外部天体的能源（主

9、要是太阳能），人类所需能量的绝大部 分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。太阳能是一种干净的可再生的新能源，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳电池就是利用太阳能工作的。而太阳能热电站的工作原理则是利用汇聚的太阳光，把水烧至沸腾变为水蒸气，然后用来发电。2.2太阳能光伏发电光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化

10、为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。国产晶体硅电池效率在10至13%左右，国外同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。太阳能发电系统主要包括：太阳电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制

11、保护系统，负载为系统终端。（1）太阳能电源系统：太阳电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和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，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。 若在内建电场的

12、两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有光生电流流过，太阳电池组件就实现了对负载的功率P输出。理论研究表明，太阳电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。电能储存单元：太阳电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。（2）控制器：控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，

13、使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的向日葵式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。 （3）DC-AC逆变器 逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流 电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照 明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。2.3 PV板的工作特性PV板即为太阳能电池板，其工作原理是半导体PN结的光生伏打效应，利用电位差发电，将太阳辐射转

14、换成电能。如图2-1所示。PV板工作过程成没有任何污染和噪声，是很有发展潜力的可再生能源。当光强达到一定的强度时，空穴和载流子电子的浓度发生浓度差，负电子从N区负电极流出，空穴从P区正电极流出，半导体PN结上发生，造成PV板上产生电位差，产生电压，当外部接通时，就会产生一定的功率2。图2-1 太阳能PV板产生光生伏打效应太阳能板的参数是9V，5W，尺寸大小为13.512.5cm。一般蓄电池的充电电压是10.8V-14.8V，这里的开路电压设定在17V左右，短路电流设定在700mA上下。由Boot斩波升压电路升压后为12V蓄电池充电。图2-2 太阳能板工作过程2.4太阳能发电输送方式（1）独立光

15、伏发电独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。（2）并网光伏发电并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，发展难度相对较大。而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。（3）分布式光伏发电分布式光伏发

16、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、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。图2-3 结构原理图2.5本章小结本章简单分析了以下几点：1.了解光伏发电

17、如何产生光生伏特效应原理；2.分析太阳能发电系统重要组成结构；3.太阳能PV板产生光生伏打效应；4.再将由太阳能PV板转化的能量储存起来。由以上4点，我们对太阳能发电有了初步的认识。第3章 光伏系统的控制技术3.1太阳能发电技术太阳能光伏系统控制器由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。太阳能光伏系统分为离网发电系统与并网发电系统：1、离网发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。2、并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共

18、电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网发电的主流。太阳能光伏系统控制器工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成

19、交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。3.2太阳能光伏系统控制器的分类光伏充电控制器基本上可分为五种类型：并联型光伏控制器、串联型光伏控制器、脉宽调制型光伏控制器、智能型光伏控制器和最大功率跟踪型光伏控制器。 1、并联型光伏控制器。当蓄电池充满时，利用电子部件把光伏阵列的输出分流到内部并联电阻器或功率模块上去，然后以热的形式消耗掉。并联型光伏控制器一般用于小型、低功率系统，例如电压在12V、20A以内和系统。这类控制器很可靠，

20、没有继电器之类的机械部件。图3-1单路并联型充放电控制器并联型充放电控制器充电回路中的开关器件T1是并联在太阳电池方阵的输出端，当蓄电池电压大于“充满切离电压”时，开关器件T1导通，同时二极管D1截止，则太阳电池方阵的输出电流直接通过T1短路泄放，不再对蓄电池进行充电，从而保证蓄电池不会出现过充电，起到“过充电保护”作用。D1为防“反充电二极管”，只有当太阳电池方阵输出电压大于蓄电池电压时，D1才能导通，反之D1截止，从而保证夜晚或阴雨天气时不会出现蓄电池向太阳电池方阵反向充电，起到“放反向充电保护”作用。开关器件T2为蓄电池放电开关，当负载电流大于额定电流出现过载或负载短路时，T2关断，起到

21、“输出过载保护”和“输出短路保护”作用。同时，当蓄电池电压小于“过放电压”时，T2也关断，进行“过放电保护”。D2为“防反接二极管”，当蓄电池极性接反时，D2导通使蓄电池通过D2短路放电，产生很大电流快速将保险丝BX烧断，起到“防蓄电池反接保护”作用。检测控制电路随时对蓄电池电压进行检测，当电压大于“充满切离电压”时使T1导通进行“过充电保护”； 当电压小于“过放电压”时使T2关断进行“过放电保护”。2、串联型光伏控制器。利用机械继电器控制充电过程，并在夜间切断光伏阵列。它一般用于较高功率系统，继电器的容量决定充电控制器的功率等级。比较容易制造连续通电电流在45A以上的串联型光伏控制器。 图3

22、-2串联型充放电控制器串联型充放电控制器和并联型充放电控制器电路结构相似，唯一区别在于开关器件T1的接法不同，并联型T1并联在太阳电池方阵输出端，而串联型T1是串联在充电回路中。当蓄电池电压大于“充满切离电压”时，T1关断，使太阳电池不再对蓄电池进行充电，起到“过充电保护”作用。其它元件的作用和串联型充放电控制器相同，不再赘述。3、脉宽调制型光伏控制器。它以PWM脉冲方式开关光伏阵列的输入。当蓄电池趋向充满时，脉冲的频率和时间缩短。按照美国桑地亚国家实验室的研究，这种充电过程形成较完整的充电状态，它能增加光伏系统中蓄电池的总循环寿命。 4、智能型光伏控制器。基于MCU（如Intel公司的MCS

23、51系列或Microchip公司PIC系列）对光伏电源系统的运行参数进行高速实时采集，并按照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏阵列进行切离和接通控制。对中、大型光伏电源系统，还可通过MCU的RS232接口配合MODEM调制解调器进行距离控制。5、最大功率跟踪型控制器。将太阳能电池电压V和电流I检测后相乘得到功率P，然后判断太阳能电池此时的输出功率是否达到最大，若不在最大功率点运行，刚调整脉宽，调制输出占空比D，改变充电电流，再次进行实时采样， 并作出是否改变占空比的判断，通过这样的寻优过程可保证太阳能电池始终运行在最大功率点，以充分利用太阳能电池方阵的输出能量。同时采用PWM调制方式，使

24、充电电流成为脉冲电流，以减少蓄电池的极化，提高充电效率。本次课题是属于并联型光伏控制器。 6、检测控制电路的组成和工作原理检测控制电路包括过压检测控制和欠压检测控制两部分。图3-3检测控制电路的组成检测控制电路是由带回差控制的运算放大器组成。A1为过压检测控制电路，A1的同相输入端由W1提供对应“过压切离”的基准电压，而反相输入端接被测蓄电池，当蓄电池电压大于“过压切离电压”时，A1输出端G1为低电平，关断开关器件T1，切断充电回路，起到过压保护作用。当过压保护后蓄电池电压又下降至小于“过压恢复电压”时，A1的反相输入电位小于同相输入电位，则其输出端G1由低电平跳变至高电平，开关器件T1由关断

25、变导通，重新接通充电回路。“过压切离门限”和“过压恢复门限”由W1和R1配合调整。A2为欠压检测控制电路，其反相端接由W2提供的欠压基准电压，同相端接蓄电池电压（和过压检测控制电路相反），当蓄电池电压小于“欠压门限电平”时，A2输出端G2为低电平，开关器件T2关断，切断控制器的输出回路，实现“欠压保护”。欠压保护后，随着电池电压的升高，当电压又高于“欠压恢复门限”时，开关器件T2重新导通，恢复对负载供电。“欠压保护门限”和“欠压恢复门限”由W2和R2配合调整。图3-4控制器原理图3.3本章小结本次制作的小功率太阳能光伏发电装置一般不存在和电网并网的可能，因此需要在不用电的时候用蓄电池把电能储藏

26、起来，需要用电时再使用蓄电池中储藏的电能。并且深入了解光伏系统控制的分类以及其控制系统原理结构。光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其关键元件是太阳能电池。它的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。第4章 光伏系统控制的硬件设计4.1单片机电路IC1、R9、C3等组成单片机最小系统电路，其中R9、C3为上电复位电路，IC使用PIC12F

27、675，它虽然只有8只引脚，功能却比较强大，单片机最小系统电路原理如图4-1所示。图4-1单片机最小系统电路原理图PIC12F675片内含1KB的Flash只读程序存储器、64B数据存储器RAM和128B的EEPROM，工作速度为020MHz，工作电压为25.5V。有6个具有复用功能的I/O引脚GP0GP5。PIC12F675可以选择外部或内部振荡器，这里使用了内部振荡器，工作频率为4MHz。片内有一个带有8 位可编程预分频器的8 位定时器/计数器Timer0和一个带有预分频器的16 位定时器/ 计数器Timer1， 一个看门狗定时器，4通道10位A/D转换器，一个模拟比较器。R10、VD5、

28、C1、C2等组成单片机5V稳压电源。VT5、VT6等组成充电控制电路，当PIC12F675的GP2脚输出低电平时，VT5截止、VT6饱和导通，太阳能电池通过VD9、VT6给蓄电池充电。 VT1、VT2和VT3、VT4等分别组成两路蓄电池放电控制电路，使用两路负载可增加使用的灵活性，当程序对PIC12F675的GP4、GP5脚采取不同的控制时可实现不同的功能，比如GP4作常规控制，GP5增加夜灯控制功能，只有在天黑以后蓄电池才对外供电。GP4、GP5如果采用相同的控制功能，两个输出端也可以并联使用。以第一路（负载1）为例，当GP5输出低电平时，蓄电池通过VD8、VT1向负载供电。4.2 5V稳压

29、电路三端稳压电源调整器78L05，其应用广泛，输出电流可以达到100mA，受到外界干扰影响小，输出电压为5.0V，其输出精度可达到5%左右。如图4-2所示为5V稳压电路。电解电容有防自激的作用，其输出5V电压可为设计芯片供电。图4-2 5V稳压电路4.3 12V稳压电路三端稳压电源调整器78L12，其用途广泛，价格便宜，其最大输入电压34V，输出电流达到100mA，输出电压为11.5V到12.5V，受到外界环境干扰影响小，其输出精度可达到5%。如图4-3所示为12V稳压电路。电解电容有防自激的作用，其输出12V直流电压可为两对逆变MOS管2SK2956和2SJ471提供逆变使用。图4-3 12

30、V稳压电路4.4充放电系统控制单片机的PWM控制充、放电驱动Q1和Q2。当蓄电池电压处于正常情况下，单片机控制的充电驱动三极管管Q1（2N5551）为高电平导通，三极管Q1导通，此时太阳能电板向蓄电池恒流充电；当蓄电池电压达到5V时，单片机控制充电驱动Q1为低电平时， Q1截止，通过控制占空比，使Q1实现通断控制，此时处于恒压浮充状态；当电流下降到某值时，进行恒流充电；但蓄电池电压达到设定的过充点5V时，再进行恒压涓流充电；涓流小到某一值，单片机控制的充电驱动Q1进行短路保护；当蓄电池电压下降到某设定值时，Q1重新导通，恢复为正常充电状态。图4-4 太阳能充放电控制器的电路框图图4-5太阳能充

31、放电控制器的电路框图4.5本章小结本章分析了PIC12F675单片机为主的最小系统电路原理与机构；并且简单讲述了三端稳压电源调整器78L05与三端稳压电源调整器78L12在电路结构中的作用；简单了解了太阳能充放电控制器的电路。第5章 太阳能照明成本分析5.1太阳能照明成本分析近年来我国太阳能电池的生产能力猛增，其产品价格也由“七五”初期的80元/瓦，下降到目前的35元/瓦以下。使得推广使用太阳能光伏应用产品的价格瓶颈得到基本解决，不再因太阳能光伏产品的高价而制约其产品的推广，使可望不可及变为迅速普及。预计到本世纪二三十年代,太阳能发电成本有可能降低到常规电价的水平。采用太阳能灯光亮化工程，每年

32、可节省大量的资金，既亮化了城市，又生态地发展了城市，并充分地利用了能源，是目前世界上最合理的发展方向。以太阳能庭院灯为例：每盏30004000元，比普通庭院灯大约贵一倍，但是如算上电气管线、配电设施的投资再加上35年的电费和日常维护费，其成本也基本相当。3BIPV（光伏与建筑一体化）光伏与建筑一体化（BIPV）提出了“建筑物产生能源”的新概念，即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、环保的太阳能资源生产电力。BIPV系统可以划分为光伏屋顶和光伏幕墙结构两种形式。光伏与建筑的结合有两种方式：一种是建筑与光伏系统相结合：把封装好的的光伏组件安装在居民住宅或建筑物的屋

33、顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置组成一个发电系统；另外一种是建筑与光伏器件相结合：建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成一体，用光伏组件代替屋顶、窗户和外墙，形成光伏与建筑材料集成产品，既可以当建材，又能利用绿色太阳能资源发电，可谓两全其美，而且可以降低BIPV系统造价。随着经济的发展，对于能源的需求量也在逐年提高，而由于过度开采世界能源储量正在急剧下降，很可能在未来几十年里消耗殆尽。并且这些传统能源都具有高污染、低效率的弊端。太阳能光伏发电是20世纪80年代以来发展最快的技术产业之一。几年前，日本、欧盟和美国还是光伏发电技术的主要应用国家，其发电量约占世界光伏发电量的百

34、分之八十。但是据最新调查结果报告，在近些年里，光伏组件的生产情况已经历了重大变化，中国大陆几乎成为世界太阳能电池和组件的制造核心，在全球顶尖的太阳能电池制造商中，中国企业所占的比例最高，甚至有六家企业进入世界的前十位，中国太阳能光伏发电发展具有很大的潜力。 5.2光伏发电的优势与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在：首先，太阳光普照大地，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用勿须开采和运输。其次，开发利用太阳能不会污染环境，因为它是最清洁的能源之一，这在环境污染越来越严重的今天是极其宝贵的。再次，根据计算每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨标煤，

35、是现今世界上可以开发的能源中储量最大的。根据目前太阳产生核能的速率进行估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命约为几十亿年，因此从理论上讲太阳的能量是取之不尽用之不竭的。第四，其建设周期短，获取能源花费的时间短。 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力是一种蕴藏丰富、洁净的自然能源，不存在环境污染问题。建造风力发电厂的费用低廉且利用风力发电即不需火电所需的煤、石油等燃料，亦不需要核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗。但是和光伏发电比风力发电也有其不足：噪声，视觉污染；占用大片土地；不稳定，不可控；影响鸟类。 太阳能资源十分丰富，并且分布十分广

36、泛，是极具发展潜力的可再生清洁能源。现在，全球环境污染以及资源短缺的问题已十分严峻，太阳能光伏发电的清洁、便利、安全等特点，使其成为全球最为关注和重点发展的产业。太阳能光伏有应用领域广、产品多样化、可适应多种需求的特点，并且改变了过去只能在电场发电的局限，可与建筑结合例如太阳能热水器、小型光伏系统、离网光伏系统等都可建在屋顶。并且随着科学技术的发展太阳能电池及光伏系统的成本持续下降。目前的研究趋势和目标是极力降低成本，使其不断向高效率、低成本的方向发展。5.3光伏发电的应用目前，各主要发达国家均从战略角度出发大力扶持光伏产业发展的主要途径有：制定上网电价法，实施“太阳能屋顶”计划等一系列推动市

37、场应用和产业发展的策略。亦因各国政府的扶持，光伏产业越来越受到各大投资方的关注。一方面，行业内众多大型企业纷纷宣布新的投资计划，不断扩大生产规模，一起得到更多利益；另一方面，许多其它领域的企业如半导体企业、显示企业携多种市场资本正在或即将进入光伏行业，希望在这一兴起的行业中分一杯羹。而从我国未来社会经济发展战略路径看，发展太阳能光伏产业是我国保障能源供应、建设低碳社会、推动经济结构调整、培育战略性新兴产业的重要方向。在未来的一段时间里，我国的光伏产业将继续之前的蓬勃快速的发展趋势，这对于大多数企业来说既是一个大好的机遇同时又是一个严峻挑战。 我国是个太阳能产品制造大国，但是由于各方面原因，我国

38、的太阳能产品只用于出口。2010年的全球太阳能光伏电池产量有1600万千瓦，而我国的年产量就达到了1000万千瓦。且2010年时，全球光伏发电总装机容量超过4000万千瓦，其主要应用市场在德国、西班牙、日本、意大利，其中德国2010年新增装机容量700万千瓦。不过，我国适宜太阳能发电的国土面积和建筑受光面积很大，太阳能资源十分丰富，其中冀北高原、黄土高原、内蒙古高原、青藏高原等太阳能资源十分丰富的地区占到了国土陆地面积的三分之二，具有很大的开发潜力。 5.4本章小结本章介绍太阳能照明在实际使用上的电能节约，以及与建筑结合后提高的绿色环保理念，并且具有持续发展的良好方向。太阳能光伏发电将要代替部分常规能源，