光伏发电相关技术分析

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1、光伏发电相关技术分析　　摘要：在人类社会快速发展的过程中，传统能源如煤炭、石油等被不断开采，其数量已经变得十分有限。然而，社会经济的快速发展给传统能源带来的压力正变得愈来愈大。以中国为例，尽管目前中国传统能源储量较为丰富，但一次能源储量远低于世界平均水准，仅为世界总储量的10%。在如此严峻的能源压力背景下，开发新能源受到了全球各国的密切关注。太阳能是人类取之不尽的可再生能源，具有清洁性、安全性、广泛性及长寿命等特点。光伏发电正是基于太阳能的新型发电技术，它主要是通过半导体界面的光生伏特效应，把光能转变为电

2、能。近年来，我国光伏产业发展迅速，光伏发电站数量正变得愈来愈多，光伏发电站在电力系统当中的地位正在不断提升。基于此，文章对光伏发电相关技术进行了综合性阐述，并提出了一系列观点，以供参考。　　关键词：光伏；发电；电路；变换器　　1光伏发电概述　　光伏发电的主要原理为半导体的光电效应。当光子照射于金属上时，其能量会被金属当中的电子吸收。当电子所吸收的能量足够大时，可有效克服金属内部引力，并从金属表面脱离出来成为光电子，此时半导体与金属结合的不同部位便会产生电位差，便会形成电压。也就是说，光伏发电是光子转变为电

3、子、光能量转变为电能量的过程[1]。　　从电力生产发展趋势来看，推广光伏发电具有其必然性。我国是一个典型的能源生产大国，但同时也是能源消耗大国，人均能源占有率远低于世界平均水准。同时，在能源消费结构上，我国与其他发达国家相比存在较大的差异，调整空间巨大。在这种背景下，国家对优化能源消费结构愈来愈重视，于“十二五”期间提出了能源结构调整目标，其重点在于非石化能源比重增加及碳减排两个目标，从而形成低排放、低污染、低能耗的新型经济形态。在这种背景下，生物质能、风能及太阳能等可再生资源得到了广泛关注。其中太阳能是

4、常见能源中一次性转换效率最高的能源，优势十分明显，是未来能源发展的重要方向。正是基于太阳能的这种特性，光伏发电有了巨大的发展空间，并逐步得到推广，部分地区已经构建成了较为成熟的光伏发电站。　　2光伏发电系统结构分析　　光伏发电系统主要分为两种，即并网式光伏发电系统及独立式发电系统。在偏远或无电网地区独立式发电系统的应用较为广泛。在实际运行过程中，由于太阳能电池发电量会受到环境、光照等影响，因此，在??立式发电系统当中会配备一些电能存储装置如蓄电池等。相对于独立式光伏发电系统而言，并网式光伏发电系统应用范围

5、更广。它是由光伏阵列、控制器及逆变器构成，具体结构如下图1所示：　　并网式光伏发电系统主要是通过逆变器与电网相连，在逆变器的作用下将电能直接输入至公共电网。部分系统为了实现电能峰谷调配，也会加入一定的电能存储装置。控制器可对光伏阵列当中的最大功率点进行跟踪，并对逆变器并网的功率及波形进行动态调控，以保证电能能够稳定地输入至电网当中[2]。　　3光伏电池原理分析　　光伏阵列是整个并网光伏发电系统的核心构件，承担了不可替代的作用。光伏阵列是由若干个光伏电池所构成。光伏电池类型较多，主要包括单晶硅光伏电池、多晶

6、硅光伏电池、非晶硅光伏电池，另外还有铜铟硒光伏电池、砷化镓光伏电池、聚合物光伏电池等。其具体发电原理如下图2所示。　　结合图2来看，光伏电池属于典型的不加偏置的PN结器件。当入射光子能量超过临界值时，半导体当中的原子会将光子能量吸收并产生空穴电子对。受势垒区内建电场作用，图2中P区光电子会逐渐进入N区，并且在N区边界形成累积。N区光生空穴则会进入P区，逐渐在P区边界累积。在这种情况下，P区域N区之间便会形成光生电动势，其方向与电场方向相反。光生载流子运动过程中，部分空间电荷被中和，会让PN结势垒降低，并产

7、生正向注入。当正向电流IF与光生电流IL大小一致时，便会形成一个电压，即P区与N区之间存在一个相对电压，这就是光生电压。只要保持光照状态，并接通外电路，电流便持续性地流过负载R，该效应便是光伏效应，即光伏电池发电原理。　　并网光伏发电系统主要电能来源为光伏阵列。光伏电池单元是光伏阵列当中的最小单元，一般不会用作独立电源。将光伏电池单元进行串、并联封装后，并能够获得光伏电池组件，其功率为几瓦至几百瓦不等。将在这些光伏电池组件按照一定方式组合，便能够得到光伏电池阵列。光伏电池阵列具有非线性特征。受到自然因素影

8、响，光伏电池阵列的光强会不断改变。要实现输出功率最大化，就需要对光伏阵列的最大功率点进行跟踪。常见的方法包括以下几类：　　（1）恒定电压控制。当温度条件一定，而光照强度存在差异时，光伏电池输出曲线的最大功率数值几乎处于一条垂直线附近。只要保持光伏电池阵列输出电压为某一常数且与某一光照强度下光伏电池阵列最大功率点的电压相同，就能够让光伏电池在该温度条件下输出最大功率。也就是说，将最大功率点跟踪简化成了恒电压跟踪。该方法控制过程较