七、功能强大的光伏发电设备

1.太阳能光伏发电系统的组成

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为电能。不论是独立使用还是并网发电，太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组、光伏系统电池控制器、蓄电池和交直流逆变器四大部分组成。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。

太阳能光伏发电系统的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用如下。

光伏电池，提供光电转换之需。

控制、作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如两点式控制器、多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。

蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池。

交直流逆变器的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。

光伏发电的优点有以下几个。

①不受地理位置限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，建设周期短，规模大小随意。

②安全、可靠，无污染，无噪声，环保美观，故障率低，寿命长。

③拆装简易、移动方便、工程安装成本低，可以方便地与建筑物相结合，无须预埋、架高输电线路，可免去远距离铺设电缆时对植被和环境的破坏和工程费用。

④广泛应用于各种照明电器上，非常适用于乡村、山头、海岛、高速公路等偏僻地方的电子电气设备和照明上。

太阳能发电系统组成

2.太阳能光伏电池板

太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池，有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶硅和多晶硅电池用量最大，非晶硅电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。(www.daowen.com)

1839年，法国物理学家A.E. Becquerel在实验室中发现液体的光生伏特效应。由单晶硅做成的P-N结光伏电池是光电转换效率很高的一种材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结工作原理和二极管类似，只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热，也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，也就是光伏电池效率大约是单晶硅13%～15%，多晶硅11%～13%。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。

单体太阳能电池不能直接作为电源使用。在实际应用时，是按照电性能的要求，将几十片或上百片单体太阳能电池串、并联接起来，经过安装，组成一个可以单独作为电源使用的最小单元，即太阳能电池组件。太阳能电池方阵则是由若干个太阳能电池组件串、并连接而排列成的阵列。这种由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池组件也称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面。一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通信电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；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坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电正在起步阶段。

3.晶体硅太阳能电池组件产业链

硅是我们这个星球上储藏最丰富的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见硅的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的领域。

晶体硅太阳能电池的制作过程大致可分为五个步骤：(1)提纯过程；(2)拉棒过程；(3)切片过程；(4)制电池过程；(5)组件封装过程。

太阳能发电电池组

太阳能发电的产业链条包括上游的多晶硅生产，中游的硅片切割和太阳能电池片生产以及下游的太阳能电池组件生产。

光伏发电具有无污染、安全、寿命长、维护简单、资源永不枯竭等特点，是名副其实的绿色电力。随着世界范围内能源的短缺以及人们环保意识的增强，太阳能被认为是21世纪最重要的新能源。而作为整个光伏产业的核心，光伏发电在持续的技术进步和逐步完善的法规政策的强力推动下快速发展。以太阳电池的年生产量为例，过去10年的年平均增长率为37%，最近5年的年平均增长率为45%。

从世界各国和地区太阳能电池产量及占比来看，日本、欧洲和美国的产量居前三位，约占世界总量的80%以上。

太阳能电池板生产流程

截至2005年底，世界光伏发电的总装机容量超过6吉瓦。德国近年受政府推动明显，迅猛发展，超过日本，成为全球第一大光伏市场。德国在2004年光伏市场份额为39%，第一次超过日本成为世界最大的光伏市场。整个欧洲、日本、美国和世界其他部分市场份额分别为47%、30%、9%和14%。世界光伏产业和市场发展的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快。

21世纪前半期是人类能源结构发生根本性变革的时期，在这个变革过程中可再生能源将逐渐替代常规化石燃料能源。从世界上许多国家和机构根据常规化石燃料消耗和枯竭速度以及社会总能耗需求的增加程度，可以得出可再生能源替代常规化石燃料的基本一致的预测结果。

从长远来看，尽管可再生能源是人类未来最重要的能源，但如果没有法规和政策的强力推动，大多数可再生能源的自然发展是远远达不到上述要求的替代速度的。这表明世界能源的替代和可持续发展的形势是十分严峻甚至是残酷的。

未来可再生能源在总能源结构中的占比和太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比都会逐步增长是大势所趋。根据欧洲联合研究中心的预测，到2030年可再生能源在总能源结构中占到30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到10%以上；2040年可再生能源在总能源结构中占50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到本世纪末可再生能源在能源结构中占到80%以上，太阳能发电占到60%以上。