光伏发电的基本知识

光伏发电基本知识

太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太

阳能光伏发电,简称“光电光伏发电是利用半导体界面的光生伏特

效应而将光能干脆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爱护可形成大面枳的太阳

电池组件,再协作上功茎限制器等部件就形成了光伏发电装置。

应用范围

理论上讲，光伏发电技术可以用于任何须要电源的场合,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。

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片)，有单晶硅、箜

晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非

晶电池用于一些小系统和计算器协助电源等。目前多晶硅电池效率

在16至17%左右，单晶硅电池的效率约18至2()%。由一个或多个太阳

能电池片组成的太阳能也池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用

于三大方面：一是为无电场合供应电源；二是太阳能日用电子产品,

如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等;三是

并网发电,这在发达国家已经大面积推广实施。到2009年，中国并

网发电还未起先全面推广，不过，2008年北京奥运会部分用电是由

太阳能发电和风力发电供应的。

发展前景

据预料，太阳能光伏发电在21世纪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。预料

到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能

光伏发电在世界总曳力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,

可再生能源将占总能耗的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将占到80%以上,

太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业

的发展前景及其在能遮领域重要的战略地位。⑶在当今油、碳

等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太

阳能先导安排“意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商

业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总

量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发

电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发

电的认可度渐渐提高。

光伏发电系统

系统分类

光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。1、独立光伏发

电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、限制器、蓄电池组成,

若要为沟通负载供电，还须要配置沟通逆变器。独立光伏电站包括边

远地区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统,通信信号电源、阴

极爱护、太阳能路灯等各种带有董曳池的可以独立运行的光伏发电

系统。2、并网光伏发电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可电网要求的沟通电这后干脆接入公共电网。

可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并

网发电系统具有可调度性，可以依据须要并入或退出电网，还具有备

用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并

网发电系统经常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备

可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。并网光

伏发电有集中式大型并网光伏甩站一般都是国家级电站，主要特点是

将所发电能干脆输送到电网，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

式小型并网光伏，特殊是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建

设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是IT前并网光伏发电的

主流。

系统设备

光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组,充放电限制器,

逆变器，沟通配电柜，太阳跟踪限制系统等设备组成。其部分设备

的作用是：

太阳能电池方阵

在有光照（无论是太阳光,还是其它发光体产生的光照）状况

下，电池汲取光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电

压”，这就是“光生伏特效应在光生伏特效应的作用下，太阳能电

池的两端产生电动势，将光能转换成电能,是能量转换的器件。太阳

能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池

和非晶硅太阳能电池三种。

蓄电池组

其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向

负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是：a.自放电

率低；b.运用寿命长；c.深放电实力强；d.充电效率高；e.少维护或免

维护；f.工作温度范围宽；g.价格低廉。

充放电限制器

是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环

充放电次数及放电深度是确定蓄电池运用寿命的重要因素，因此能限

制蓄电池组过充电或过放电的充放电限制器是必不行少的设备。

逆变器

是将直流电转换成西地曳的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直

流电源，而负载是沟通负载时，逆变器是必不行少的。逆变器按运行

方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于

独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用

于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆

变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简洁，造价低，但谐波重量

大，一般用于几百瓦以下和对谐波耍求不高的系统。正弦波逆变器成

本高，但可以适用于各种负载。

太阳跟踪限制系统

由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏

秋冬四季、每天口升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变更，假如

太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前

世界上通用的太阳跟踪限制系统都须要依据安放点的经纬度等信息

计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻

的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中,也就是靠计算太阳

位置以实现跟踪。采纳的是电脑数据理论，须要地球经纬度地区的

的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必需重

新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备困难，非专业

人士不能够随意操作。把加装了件能太阳跟踪仪的太阳能发电系统

安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军

舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，智能太阳跟踪

仪都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳！

光伏发电的工作原理

光伏发电是利用生昱他界面的光生伏特效应而将光能干脆

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爱护可形成大面积的太阳电池组件,再协

作上功至限制器等部件就形成了光伏发电装置C光伏发电的优点是较

少受地域限制，因为阳光普照大地:光伏系统还具有平安牢靠、无唾

理、低污染、无需消群燃且和架设输电线路即可就地发电供电及建

设周期短的优点。

光伏发电是依据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能

干脆转化为电能。不论是独立运用还是并网发电，光伏发电系统主要

由太阳能电池板（组件）、限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,

牢靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于

任何须要电源的场合，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。太阳能光伏发电的最基本元件是太

阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，

单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器协助电

源等。

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无枯竭危急；

②平安牢靠，无噪声，无污染排放外，肯定干净（无公害安

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，以及地形困难地区；

④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发也供电:

⑤能源质量高；

⑥运用者从感情上简洁接受；

⑦建设周期短，获得能源花费的时间短。

缺点:

①照耀的能量分布密度小，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。

③⑶发电成本高

起源及发展

早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发觉，光照能使

半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生

伏特效应”，简称“光伏效应九1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在

美国贝尔试验室首次制成了好用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳

光能转换为电能的好用光伏发电技术。20世纪70年头后，随

着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题H益突出,传统

的燃料能源正在一每天削减,对环境造成的危害日益突出，同时全

球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光

投向了可再生能源，希望可再生能源能够变更人类的能源结构，维持

长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的

焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、

无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的

能量高达80万千瓦时，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转

变率5%,每年发电量可达5.6x1012千瓦小时，相当于世界上能耗的

40倍。正是由于太阳能的这些独特优势，20世纪80年头后，太阳能

电池的种类不断增多、应用范围日益广袤、市场规模也逐步扩大。

20世纪90年头后，光伏发电快速发展，到2006年，世界上已经建

成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。美

国是最早制定光伏发电的发展规划的国室。1997年又提出“百万屋顶”

安排。日本1992年启动了新阳光安排,到2003年日本光伏组件生产

占世界的50%,世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能

源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使

德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瓒土、法国、

意大利、西班牙、芬兰等国,也纷纷制定光伏发展安排，并投巨资

进行技术开发和加速工业化进程。世界光伏组件在1990年

——2005年年平均增长率约15%020世纪90年头后期，发展更加快

速，1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%〜

13%提高到13%〜15%,生产规模从1~5兆瓦/年发展到5-25兆瓦/

年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到

3美元/瓦以下。2006年的光伏行业调查表明，到2010年，光

伏产业的年发展速度将保持在30%以上。年销售额将从2004年的7()

亿美金增加到2010年的300亿美金。很多老牌的光伏制造公司也从

原来的亏本转为盈利。⑷

中国光伏发电的发展

发展优势

中国太阳能资源特别丰富,理论储量达每年17000亿吨标谨煤，

太阳能资源开发利用的潜力特别广袤。中国地处北半球，南北距离

和东西距离都在5000公里以上。在中国广袤的土地上，有着丰富的太

阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西

藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同

纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有

巨大的开发潜能。

发展历程

中国太阳电池的探讨始于1958年，1959年研制胜利第1个有好

用价值的太阳电池。中国光伏发电产业于20世纪70年头起步，1971

年3月首次胜利地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池起先

在地面应用，1979年起先生产单晶硅太阳电池。20世纪90年头中期

后光伏发电进入稳步发展时期，太阳电池及组件产量逐年稳步增加。

经过30多年的努力，21世纪初迎来了快速发展的新阶段。中

国的光伏产业的发展有2次跳动，第一次是在20世纪80年头末，中

国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳电池生

产线，使中国的太阳电池生产实力由原来的3个小厂的几百千瓦一下

子上升到6个厂的4.5兆瓦，引进的太阳电池生产设备和生产线的投

资主要来自中心政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。其

次次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影

响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家法改委

负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施

的送电到村工程均采纳了宇翔太阳能光伏发电技术。在这些措施的有

力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。到2007

年年底，中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW）,

从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产实力达到

290万千瓦（2900MW）,太阳能电池年产量达到I188MW,超过日本

和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组

成的完整产业链，特殊是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年

产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为中国光伏

发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速

发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前

所未有的投资热潮，但也存在诸如投资盲目、恶性竞争、创新不足等

问题⑸。2009年6月，由中广核能源开发有限责任公司、江苏

百世德太阳能高科技有限公司和比利时Enfinity公司组建的联合体以

1.0928元/度的价格，竞标胜利我国首个光伏发电示范项目——甘肃

敦煌1（）兆瓦并网光伏发电场项目，1.09元/千瓦时电价的落定，标记

着该上网电价不仅将成为国内后续并网光伏电站的重要基准参考价，

同时亦是国内光伏发电补贴政策出台、国家大规模推广并网光伏发电

的重要依据。

前景规划

依据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太

阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW

（百万千瓦）。预料，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全

国电力装机的25%,其中光伏发电装机将占到5%。预料2030年之

前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。⑹

中国光伏发电面临的问题

有关专家指出，虽然中国光伏之路前景广袤，但在现实中还存在

很多问题，中国的光伏发展荆棘满路，假如在光伏发展之中我们留意

不到这些问题，那么势必会影响光伏产业的可持续发展。一是

要想实现平价上网，还须要光伏发电达到市场化竞争程度。但现在光

伏发电的成本还是很高的，这就限制了光伏发电的商业化运行。国家

能源局新能源和可再生能源司副司长史立山曾说，目前光伏装机投资

成本每千瓦约18000元左右，而常规火电的投资成本约每千瓦3()0()〜

4000元，光伏电价是常规火电电价的3倍以上，成本太高是光伏规

模化发展的重大阻碍。二是就中国光伏产品的市场现状来说，

硅材料的源头在国外，硅材料95%依靠进口；主要市场目前也在国外,

95%的光伏产品销往国外，国内市场与生产实力相比，特别狭小，大

约仅为产能的5%o这种现象就像国家发改委能源探讨所可再生能源

发展中心副主任任东明在其次届亚洲光伏峰会上所说的：“中国沿袭

，两头在外，大进大出，的发展模式。”中国的这种严峻依靠进出口的模

式加大了贸易风险。此外多晶硅产能有过剩的倾向，行业的调控和规

范有待加强。三是光伏技术研发投入有限，研发实力和技术创

新实力薄弱。新一代的薄膜太阳电池的商业化进程缓慢，聚光电池、

新型太阳电池科研投入不足，比外国落后很多，后劲不足。缺乏自主

创新实力是中国光伏产业发展滞后的根源，要想达到光伏生产方式的

转变，驾驭技术的主导权是相当重要的问题。四是光伏技术的

滞后使环保问题与高能耗问题凸显。据任东明介绍，中国光伏产业能

耗高，国际先进水平130〜15()kWh/kg,国内200〜30()kWh/kg；另

外光伏产品还存在环保问题，国内还不能达到全物料循环、清洁生产，

假如不能妥当处理废交物，势必会给脆弱的环境带来压力。五

是政策细化不到位。光伏企业服务和监管滞后也是光伏产业存在的一

大问题。“中国现在事实上面临的是细的政策没有到位，第一，光伏

的振兴规划还没有公布；其次，上网电价还没有出台；第三，金太阳

工程补贴资金不足，企业不赚钱；第四，电力公司的服务和监管严度

差，企业出台的标准有很多和国际惯例不相匹配，而且给用户增加了

很多负担。”王斯成在其次届亚洲光伏峰会上表示，国家现在制定目

标是2020年达到20GW,相当于以前.1.6GW的目标己经提高十几倍，

但是相比于口本的28GW目标还是很低的，各个省没有光伏发电目

标，各个大的光伏发电企业也没有一个有效的细化的规划目标，这就

让国家在制定长远规划目标缺乏科学的依据。

最新政策

二。。九年七月十六日国家三部委财政部、科技部、国家能源

员联合印发了《关于实施金太阳示范工程的通知》，随后又公布了详

细的《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行方法》确定综合实行

财政补助、科技支持和市场拉动方式，加快国内光伏发电的产业化和

规模化发展，并安排在2—3年内，实行财政补助方式支持不低于500

兆瓦的光伏发电示范项目；各种利好都给中国光伏发电产业注入了强

劲的生命活力！希望在不远的将来，我国的光伏发电整体竞争力能够

达到国际领先水平，光伏发电电力供应量在国内总电力供应中的占比

能够达到更高水平，从而更加有力的推动我国经济结构转型和能源结

构优化！2011年8月初，国家发改委发布了《关于完善太阳