1、1浅谈太阳能光伏发电技术及应用摘 要：太阳电池的基本原理是光生伏特效应、系统组成、维护、故障排除。光伏发电具有资源可再生、洁净环保等多项优势。光伏发电系统由太阳电池板、蓄电池组、控制器、直流-交流逆变器等部分组成。分析了各组成部分的功能，介绍了光伏发电技术在通信、工业、边远地区、应用、维护、故障排除等方面情况。 关键词：光伏发电 基本原理 系统组成 应用 维护 故障排除 中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）08-0337-02 一、太阳能光伏发电现状 能源是人类社会存在与发展的重要物质基础。目前世界能源结构是以煤炭、石油、天然气等化石能源为主体的结构
2、。而化石能源是不可再生的资源，大量消耗终将枯竭，并且生产和消费的过程中有大量污染物排放，破坏生态环境。为保证人类稳定、持久的能源供应，必须优化现存的以资源有限、不可再生的化石能源为主体的能源结构，建立资源无限、可以再生、多样化的新能源结构，走经济社会可持续发展之路。为保护人类赖以生存的地球生态环境，必须采取措施减少化石能源的耗用，大力开发利用清洁、干净的新能源和可再生能源，走与生态环境和谐的绿色能源之路。可再生能源，包括太阳能、风能、植物生能源、水能、地热能、海洋能、是广泛存在、用之不竭、可以自由素取、最终可依赖2的初级能源。直至近二三百年化石能源得以大规模开发使用之前它一直是人类赖以生存与发
3、展的能源来源。近年来，可再生能源的开发利用得到了日益增强的重视与支持，取得了一些重要进展，大大增强了人类在化石能源衰竭后仍能依赖可再生能源可持续发展的信心。太阳能利用主要有光热利用、光伏利用 和光化学利用这三种主要形式。我国低温光热利用已经具有可观的规模，它成本低、使用方便、安全可靠，已经为全国广大人民所接受。 对太阳能发电的优势国内外太阳能利用现状，光伏发电的工作原理及运行方式做处出了简介，的处理本课题研究的目的与任务，光伏发电是利用半导体界面的光身伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这钟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保护可形成大面积的太阳电池组件，配合上蓄电
4、池组、控制器、逆变器等部分就形成了光伏发电装置。 二、光伏发电的基本原理和光伏发电的主要优势 太阳电池板是光伏发电系统的核心。太阳电池板单体是光电转换的最小、单元，尺寸一般为 4200cm2 不等。太阳电池板单体的工作电压约为 0.5V，工作电流约为 2025mA，功率 50 瓦特一般不能单独作为电源使用。将太阳电池单体进行串并联且封装后，就成为太阳电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦作为电源使用的最小单元。太阳电池组件再经过串并联并安装在支架上，就构成了太阳电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率。 1.光伏发电的基本原理 3太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换为电
5、能的发电方式，而且随着技术不断进步，光伏发电有可能成为最具发展前景的发电技术之一。太阳电池的基本原理为半导体的光伏效应。当太阳光（或其它光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，产生“光生电子空穴”对。在电池内电场作用下，光生电子和空穴被分离，从而在电池两端积累起异号电荷，即产生电压。 2.光伏发电的主要优势 2.1 发电原理具有先进性，即直接从光子转换到电子，没有中间过程（如热能机械能、机械能电磁能转换等）和机械运动，发电形式极为简捷。 2.2 太阳能资源的无限和分布特性：太阳能辐射取之不尽，用之不竭，可再生并洁净环保；阳光普照大地，无处不在，无需运输，不受霸权控制。 2.3 光伏发电与环境关系
6、：光伏发电没有机械旋转部件，无噪声；没有燃烧过程，不排放温室气体和其它废气、废水，环境友好，真正的绿色发电。 2.4 建造、拆卸和维护特性：模块化结构，规模大小随意，易于建造安装、拆卸迁移，而且易于随时扩大发电容量。可实现无人值守，维护成本低。 三、光伏发电系统组成及各部分功能 光伏发电系统是采用太阳电池将太阳辐射能直按转换成电能的完整的发电系统。一般来说，它由太阳电池板、控制器、蓄电池组、直流-4交流逆变器等部分组成。 1.储能蓄电池 蓄电池是光伏电站的贮能装置，它将太阳电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能贮存起来，以供应用。在独立运行的光伏发电系统中，必须配备储能蓄电池，以储存和
7、调节电能。当日照充足而产生的电能过剩时，蓄电池将多余的电能储存起来；反之，当系 VNG GFGFGB 统发电量不足或负荷用电量大时，蓄电池向负载补充电能，并保持供电电压的稳定。 蓄电池是通过充电将电能转换为化学能贮存起来，使用时再将化学能转换为电能释放出来的化学电源装置。它是用两个分离的电极浸在电解质中而成。由还原物质构成的电极为负极，由氧化态物质构成的电极为正极。当外电路接通两极时，氧化还原反应就在电极上进行，电极上的活性物质就分别被氧化还原了，从而释放出电能，这一过程称为放电过程。放电之后，若有反方向电流流入电池时，就可以使两极活性物质回复到原来的化学状态，这一过程称为充电过程。光伏电站中
8、与太阳电池方阵配用的蓄电池组通常是在半浮充电状态下长期工作，考虑到连续阴雨天气，蓄电池的设计容量一般是电负荷日耗电量的 510 倍。目前我国光伏发电系统配置的蓄电池多数为铅酸蓄电池。 2.充放电控制器 蓄电池，尤其是铅酸蓄电池，要求在充电和放电过程中加以控制，频繁的过充电和过放电都会影响蓄电池的使用寿命。过充电会使蓄电池大量出气（电解水） ，造成水份散失和活性物质的脱落；过放电则容易加5速栅板的腐蚀和不可逆硫酸化。为了保护蓄电池不受过充电和过放电的损害，则必须要有一套控制系统来防止蓄电池的过充电和过放电，称为充放电控制器。控制器通过检测蓄电池的电压或荷电状态判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点
9、，并根据检测结果发出继续充、放电或终止充、放电的指令。 随着光伏发电系统容量的不断增加，用户对系统运行状态及运行方式的合理性的要求越来越高，系统的安全性也更加突出和重要。因此，近年来设计者又赋予控制器更多的保护和监测功能。此外，控制器在控制原理和元器件方面也有了很大发展和提高，目前先进的系统控制器已经使用了微处理器，实现了软件编程和智能控制。 3.直流交流逆变器 众所周知，整流器的功能是将 50Hz 的交流电整流成为直流电。而逆变器与整流器恰好相反，它的功能是将直流电转换为交流电。这种对应于整流的逆过程称为“逆变” 。太阳电池在阳光照射下产生直流电，然而以直流电形式供电的系统有很大的局限性。例
10、如，荧光灯、电视机、电冰箱、电风扇等均不能直接用直流电源供电，绝大多数动力机械也是如此。此外，当供电系统需要升高电压或降低电压时，交流系统只需加一个变压器即可，而在直流系统中升降压技术与装置则要复杂得多。因此，除特殊用户外，在光伏发电系统中都需要配备逆变器。逆变器还具备自动调压或手动调压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。另外，光伏发电系统若要实现并网运行，则输出必须为交流。因此，逆变器已成为光伏发电系统中不可缺少的重要设备。 在光伏系统中，要求逆变器有较高的逆变效率和可靠性，对直流输6入电压有较宽的适应范围。 逆变器的输出波形有方波、阶梯波、正弦波等类型。在中、大容量的光伏发电系统中，逆变器
11、的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对供电品质有较高的要求。另外，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免对公共电网的电力污染，也要求逆变器输出失真度满足要求的正弦波。 四、光伏发电系统的应用 中国是光伏产业大国，中国光伏企业生产的太阳电池占据全球市场份额 50%以上。但国产太阳电池约 98%出口，销往国内市场仅占很小一部分。国内光伏系统的应用还处在初步阶段，目前主要有通信和工业应用、农村和边远地区应用、太阳能商品、光伏建筑一体化、大型荒漠光伏电站等。今后
12、，按照可再生能源发展规划，将逐步扩大光伏发电系统装机容量。 1.通信和工业应用 主要有微波中继站、光缆通信系统、卫星通信和卫星电视接收系统、农村程控电话系统、部队通信系统、铁路和公路信号系统、灯塔和航标灯电源、气象和地震台站、水文观测系统、水闸阴极保护和石油管道阴极保护等。 2.农村和边远地区应用 主要有独立光伏电站（村庄供电系统） 、小型风光互补发电系统、太7阳能照明灯、太阳能水泵、农村社团（学校、医院、饭店、商店、卡拉OK 厅等） 。 3.太阳能商品 主要有太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能喷泉、太阳能城市景观、太阳能信号标识、太阳能广告灯箱、太阳能电动汽车、太阳能游艇、太阳能
13、钟、太阳能帽、太阳能手表、太阳能玩具等。 今后，按照可再生能源发展规划，将逐步扩大光伏发电系统装机容量。 五、光伏发电系统运行维护与组件的故障排除 1.光伏发电系统运行维护 1.1 检查，了解运行记录，分析太阳能光伏系统的运行情况，对于光伏系统的运行状态做出判断，如发现问题，立即进行专业的维护和指导。1.2 太阳能光伏设备外观检查和内部的检查，主要涉及活动和连接部分导线，特别是大电流密度的导线、功率器件、容易锈蚀的地方等。 1.3 对于逆变器应定期清洁冷却风扇并检查是否正常，定期清除机内的灰尘，检查各端子螺丝是否坚固，检查有无过热后留下的痕迹及损坏的器件，检查电线是否老化。 1.4 定期检查和
14、保持蓄电池电解液相对密度，及时更换损坏的蓄电池。1.5 有条件时可采用红外探测的方法对太阳能光伏发电方阵、线路和电器设备进行检查，找出异常发热和故障点，并及时解决。 81.6 每年应对太阳能光伏发电系统进行一次系统绝缘电阻以及接地电阻的检查测试，以及对逆变控制装置进行一次全项目的电能质量和保护功能的检查和实验。 2.太阳能光伏电池组件的常见故障 2.1 太阳能电池组件的常见故障有：外电路断路，内部断路、旁路二级管反接、热斑效应、接线盒脱落、导线老化、导线短路、EVA 与玻璃分层进水、电池玻璃破碎、电池片或电极发黄、太阳能电池被遮挡。 2.2 蓄电池的常见故障及解决方法 故障现象：电池壳裂纹或破
15、裂，电池温度升高。25 度时，系统浮充电压小于每只 13，5v 即电池单体2.25v。 故障原因：运输或撞击损坏，浮充电压过高，个别电池单体短路。 解决方法：更换损坏蓄电池，纠正充电系统，更换故障电池。 2.3 光伏控制器的常见故障有：因电压过高造成损坏，因雷击造成损坏，功率开关晶体管器件损坏等。可根据具体情况维修更换控制器系统。2.4 逆变器的常见故障有：因运输不当造成损坏，因极性反接造成损坏，因内部电源失效损坏等等。可根据具体情况维修更换逆变器系统。 总得来说，通过对太阳能光伏发电的发展历程以及太阳能光伏发电应用，主要是太阳能光伏发电系统原理、组成、应用、维护及故障排除的研究，让我更加深刻的认识到发展利用可再生能源是当今世界必须要走的能源之路。只有这样才能最大限度的降低环境污染，从而保卫我们生存的地球。光是一种清洁、可再生能源，并且太阳能资源在我国广泛9分布。由于我国是一个能源消耗大国，并且人口分布极不合理，因此发展太阳能光伏发电系统对于我国的可持续发展、保持能源供给的独立性和安全性，以及分散人口地区居民用电具有重要意义。 同时，在研究这个论题时，也让我更加深刻的理解事物的发展是存在两面性的。在太阳能光伏发电开发利用的同时，还存在许多的技术难关，还有环境是否也会遭到破坏！这些问题是每个人都要想的。在此同时，也希望开发利用太阳能光伏发电的技术越来越完善。
