太陽能光伏發電的現狀

一、簡介

光伏電站是指與電網相連並向電網輸送電力的光伏發電系統，屬國家鼓勵的綠色能源項目。可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的併網發電系統。太陽能發電分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電。

光伏發電產品主要用於三大方面:一是為無電場合提供電源;二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地各種燈具等;三是併網發電，這在發達國家已經大面積推廣實施。到2009年，中國併網發電還未開始全面推廣，不過，2008年北京奧運會部分用電是由太陽能發電和風力發電提供的。根據《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，中國力爭使太陽能發電裝機容量達到1.8GW（百萬千瓦），到2050年將達到600GW（百萬千瓦）。預計，到2050年，中國可再生能源的電力裝機將佔全國電力裝機的25%，其中光伏發電裝機將佔到5%。預計2030年之前，中國太陽能裝機容量的複合增長率將高達25%以上。

據預測，太陽能光伏發電在21世紀會佔據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將佔到30%以上，而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的佔比也將達到10%以上；到2040年，可再生能源將佔總能耗的50%以上，太陽能光伏發電將佔總電力的20%以上；到21世紀末，可再生能源在能源結構中將佔到80%以上，太陽能發電將佔到60%以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。

二、工作原理

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯後進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

太陽能光伏組件將直射太陽光轉化為直流電，光伏組串通過直流匯流箱並聯接入直流配電櫃，匯流後接入逆變器直流輸入端，將直流電轉變為交流電，逆變器交流輸出端接入交流配電櫃，經交流配電櫃直接併入用戶側。

圖1：光伏發電工作原理

三、系統分類

光伏發電系統分為獨立光伏系統和併網光伏系統。

獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統，太陽能戶用電源系統，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統；

圖2：家庭光伏、企業光伏及邊遠地區村莊光伏等

併網光伏發電系統是與電網相連並向電網輸送電力的光伏發電系統。可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的併網發電系統。帶有蓄電池的併網發電系統具有可調度性，可以根據需要併入或退出電網，還具有備用電源的功能，當電網因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏併網發電系統常常安裝在居民建築；不帶蓄電池的併網發電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。

圖3：併網光伏發電系統流程簡圖

圖4：光伏電站

四、系統設備

光伏發電系統是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電櫃，太陽跟蹤控制系統等設備組成。其部分設備的作用是：

太陽能電池方陣

在有光照（無論是太陽光，還是其它發光體產生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生「光生電壓」，這就是「光生伏特效應」。在光生伏打效應的作用下，太陽能電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

蓄電池組

其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能並可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度範圍寬；g.價格低廉。

控制設備

是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由於蓄電池的循環充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設備。

逆變器

是將直流電轉換成交流電的設備。由於太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和併網逆變器。獨立運行逆變器用於獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。併網逆變器用於併網運行的太陽能電池發電系統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用於幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用於各種負載。