聚光光伏发电系统技术难点解析.pdf

聚光光伏发电系统技术难点解析

太阳能光伏技术是指一种可直接将太阳的光能转换为电

能并加以充分利用的前瞻性技术，其广阔的应用前景让世人

为之神往而不断地努力进行开发、创新与应用。本期将为大

家介绍太阳能发电原理、太阳能电池、太阳能电池组件、光

伏控制器、光伏逆变器等内容。

太阳能发电原理

太阳能电池是一对光有回应并能将光能转换成电力的

器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶

硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，

现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得

N型硅，形成P-N结。

当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸

收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为

自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路

时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定

的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过

程。

晶体硅太阳能电池的制作过程

“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。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。生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯

过程b、拉棒过程c、切片过程d、制电池过程e、封装过

程。

上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空

间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省

的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已

愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：

太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、

光伏水泵(饮水或灌溉)、通信电源、石油输油管道阴极保护、

光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路

路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边

远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑

系统的结合已经形成产业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙元件

得应用越来越多，随着上海和北京的几个项目进入实质性运

转，这种方式将会代替普通玻璃幕墙，它具有反射光强度小、

保温性能好等特点!

太阳能电池组件

太阳能电池组件(光伏组件)是由一定数量的太阳能电

池片通过导线串、并联连接并加以封装而成。一个组件中，

太阳电池的标准数量是36片(10cmx10cm)，这意味着一个

太阳电池组件大约能产生17V的电压，正好能为一个额定电

压为12V的蓄电池进行有效充电。目前的光伏元件输出功率

大到数百瓦不等。

太阳能电池片封装成组件后能够提供足够的机械强度、

抗振和抗冲击能力;具有良好的密封性，能够防腐、防风、

防雹、防潮;具有良好的电绝缘性;能够抗紫外线辐射等。其

潜在的品质问题可能发生在边沿的密封以及组件背面的接

线盒。

根据光伏工程安装的需要，当应用领域需要较高的电压

和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件通过串

联、并联组装成“太阳电池方阵”也叫“光伏阵列”，以获

得所需要的电压和电流，其功率可以根据实际需求组合确

定。

太阳能光伏控制器

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、智慧型

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组上

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，没有继电器之类的机械部件。

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。

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、智慧型光伏控制器。基于MCU(如intel