发布时间：2023-12-26 14:53:47
绪论：一篇引人入胜的光伏发电发展前景，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
Photo-Voltaic Power State of the Art &Future Trends
Lan Jie
（Shenzhen World Land Design co.,Ltd，Guangxi Nanning，530011 ）
Abstract：The current solar photovoltaic power is developing rapidly, the application scale and scope is constantly expanding, this paper elaborates the principle of solar power generation, building-integrated photovoltaic power generation system, introduces the roof of small PV power system solutions.Photovoltaic power generation and building closer integration is the development trend of the future.
Key words：solar photovoltaic；photovoltaic power generation；building-integrated photovoltaic
中图分类号：TK511文献标识码：A文章编号：
0引言
能源与人类是息息相关的大事，没有能源 ，就没有社会的进步和发展，能源是人类生存与科技创新、社会发展的重要物质基础 ，而太阳能光伏发电又是电能开发的重要能源、资源，前景十分广阔。近几年，国际光伏市场竞争趋于激烈，造成行业内产能过剩，整体利润持续下滑，尤其是美国"双反"和欧盟的反倾销更使中国光伏企业产品出口雪上加霜，今年以来我国已有60个光伏发电项目获批，有利于缓解目前光伏产品产能过剩压力。
1太阳能发电原理
1.1“光伏发电”是将太阳光直接转换成电能的一种发电形式。1839年，法国科学家贝克勒尔首先发现了“光生伏打效应（Photovoltaic Effect）”。然而，第一个实用单晶硅光伏电池（Solar Cell）直到一个多世纪后的19574年才在美国贝尔实验室研制成功。20世纪70年代中后期开始，光伏电池技术不断完善，成本不断降低，带动了光伏产业的蓬勃发展。
光伏发电原理如图1左图所示，PN结两侧因多数载流子（N+区中的电子和P区中的空穴）向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区W，建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边少数载流子（N+区中的空穴和P区中的电子）却有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时，少数载流子极少，难以构成电流和输出电能。但是，如图1右图所示，光伏电池收到太阳光子的冲击，在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子-空穴对，其中的光生非平衡少数载流子（即N+区中的非平衡空穴和P区中的非平衡电子）可以被内建电场Ei牵引到对方区域，然后在光伏电池中的PN结中产生光生电场Epv，当接通外电路时，即可流出电流，输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能作用下输出功率足够大的电能。
图1光伏发电原理
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。
2太阳能光伏发电系统的组成
2.1制造光伏电池的商品化实用半导体材料主要是硅（产量占光伏电池的94%），包括：a,单晶硅b,多晶硅c非晶硅
2.2太阳能光伏发电系统的组成
基本组成：一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成，下图为建筑型光伏发电系统解决方案：（图2）
图2
光伏组件的输出电流经汇流箱、配电柜、逆变器后，可直接作为电源驱动负荷。亦可切换到外部三相电网，实现小型光伏并网系统的运行。为保证系统安全可靠运行，还需要综合设计防雷系统、保护系统、测控系统等配套设施。
3光伏阵列的布局设计
光伏发电系统的规模确定之后，就可以开始规范系统的布局，选择满足设计要求的设备，有序的安排设备的施工。根据设计需要选择合适的太阳能光伏板，然后为光伏阵列选择适当的安装方法与安装场所，包括安装地点（地面、屋顶、建筑立面等）占用面积的选择，建筑体的支撑强度，如果安装在建筑物屋顶，应考虑屋顶的有效安装面积、屋顶结构及屋顶的密封方法，是否能够满足光伏板的承重等；同时还应考虑电池板安装架设仪器的摆放。
3.1确定光伏阵列的最佳倾角
并网光伏发电系统中，最佳倾角是指能获得全年最大光辐射量的组件倾角，通过调整组件的放置支架得到。 光伏组件支架有可变倾角和固定倾角 2种形式。可变倾角适用于大型光伏发电系统；固定倾角支架相对较为简单，一般按能获得全年最大辐射量的组件放置角度来制作。屋顶太阳能光伏发电系统设计规模较小，主要用于光伏发电系统的研究与验证，故文中采用固定倾角方式的支架，根据相关文献【2，3】向坡面的分月总辐射最佳倾角随季节变化而各不相同。 南宁全年各月最佳辐射倾角的平均值为 17°，将该角度设定为放置光伏组件支架的水平倾角。
3.2确定光伏组件阵列间距
对于屋顶安装的太阳能电池阵列，为避免光伏板之间的相互遮挡，并获取全年最大的发电量，安装过程必须要考虑电池阵列的安装间距，大多数屋顶安装的太阳能电池板为了获取全年最大的发电量，其安装位置都是南向，并根据具体地理纬度的不同有一定倾斜角度，该倾斜角度的大小又可以根据不同季节太阳高度角的变化而进行调整。两组光伏阵列间的距离D与该阵列的宽度A有如下的关系，见表1所示。
表1设计选用的多晶组件技术参数
光伏阵列间距的确定原则是冬至日当天9：00至15：00，光伏阵列不会互相遮挡，根据下面公式文献【1】确定最小间距。详图3。
D/A=cosβ+sinβ/tan a ①
其中：a =90°-δ-φ②
式中：β—阵列的倾斜角度
φ—当地纬度
随着人类社会的不断发展，传统能源被不断的消耗，同时也带来了严重的环境问题。为了减少环境的污染，保证能源的可持续利用，就必须改变现有的能源结构，重视新能源的开发和利用。从长远发展的角度看，可再生资源是人类未来的主要能源来源，因此，世界上很多国家都开始重视太阳能等新能源的开发利用。在这些可再生资源中，光伏发电的发展速度最快，而太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业。世界各国都非常重视太阳能光伏产业的发展，我国拥有丰富的太阳能资源，对太阳能的开采具有很大的优势，因此，太阳能光伏发电成为我国开发新能源的重要内容。本文介绍了光伏发电系统的组成，并对太阳能光伏发电系统的现状及前景进行分析。
1 光伏发电系统的组成
一般的太阳能光伏发电系统主要是由光伏电池组件，交直流逆变器、蓄电池和光伏系统电池控制器组成。首先，通过光伏电池组件将太阳能转换为电能，其次，再利用交直流逆变器将直流电转变成交流电，同时逆变器还可以自动稳定电压，改善光伏发电系统的供电质量。利用蓄电池将电能存储起来，在需要的时候在释放出来。充放电控制器则是可以防止太阳能光伏电源系统的储能蓄电池组过充电和过放电的设备，它是光伏发电系统的核心组成部分。
2 太阳能光伏发电系统的现状及发展前景
2.1 国外的太阳能光伏发电的现状和发展趋势
作为20世纪80年代世界上增长最快的高新技术产业之一，太阳能光伏发电产业快速发展。截止2004年，世界太阳能光伏发电系统的装机总容量达到了964.9 MW。到了2006年底，这个数据达到了4961.69MW。像单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、带状硅电池、聚光电池以及薄膜电池等太阳能光伏电池已经商品化和实用化。在国际市场上，太阳能光伏电池的价格一般在3.15美元左右，并网后的价格为每瓦6美元，发电成本为每千瓦时0.25美元。光伏电池的发电效率在不断的提高，晶体硅光电池的转换率为15%，而单晶硅电池转化率则达到了23.3%，砷化镓光电池更是达到25%的转化率。同时太阳能光伏电池组件的使用寿命也大大的延长，最多可达30年之久。目前，世界上太阳能光伏发电系统应用最多的国家为美国、日本和欧盟，它们的太阳能发电总量占世界光伏发电量的80%。专家预测，日后的世界太阳能光伏发电系统将会朝高效率、高寿命、低成本和美观实用的方向发展，太阳能光伏发电系统的发电总量也将占13-15%，预测到2100年光伏发电总量将占60%以上。
2.2 国内太阳能光伏发电系统现状和发展趋势。
我国太阳能光伏发电系统的启用较晚，20世纪90年代以来我国光伏发电快速发展。在这一阶段我国光伏组件的生产能力不断提升，产品生产成本降低，市场不断扩大并出口到国外，装机总容量也逐年增加。截止2006年底，我国光伏发电总量为35MW，占世界总量的3%。到2020年之前，我国太阳能光伏发电技术不断发展和完善，光伏市场也将发生巨大的变化。发电成本也逐渐降低，2010年我国光伏发电的价格约为每千瓦时1.2元人民币，预计到2020年，这个价格将会降低为每千瓦时0.6元人民币。
随着我国光伏企业的不断发展，近年来受到西方国家的反倾销等政策的打击，一些光伏组件的生产厂商面临着巨大的挑战。在这个背景下，太阳能光伏发电系统的开发应用应该转向国内，中国太阳能资源丰富，尤其是西北等内地地区，光照充足，必须加大财政支持，推进太阳能光伏发电系统在中国的应用，促进光伏产业的健康发展。
3 结语
随着太阳能的开发和利用，我国光伏发电系统的应用快速成熟起来。太阳能光伏发电系统不但具有环保的特点，而且科技含量高，发电成本低，是对传统发电模式的重大突破。但是，光伏发电系统的使用率还不高，主要原因是光伏发电系统的组成科技含量高，对材料的使用要求严格，因此必须加快研发太阳能光伏电池的新材料，提高光伏发电的效率，降低发电成本。加大对光伏产业的扶持力度，开发国内市场，将光伏发电系统广泛的应用到国内，提高光伏产业竞争了，不断推进光伏产品的更新和升级，为我国的电力供应开辟新的途径。
中图分类号：TK511文献标识码： A
引言
太阳能是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作集热或发电。太阳能是可再生能源，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。自1995年以后，世界太阳能利用进入一个新的发展期，太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意将科技成果转化为生产力，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高。
当今世界，化石能源日趋紧张，环境污染日益严重，为了顺应节能环保、绿色低碳的能源利用趋势，本文从太阳能发电系统组成入手，分析了太阳能光伏发电的投资费用、运营成本、政策补贴、发展前景等问题，对太阳能发电的前景做出展望。
太阳能系统介绍
2.1太阳能光伏发电系统组成
太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。各部分的作用为：
（1）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
（2）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。
（3）蓄电池：一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。
（4）逆变器：在很多场合，都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。为能向AC220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。
太阳能相关政策
国家相关政策
2013年8月31日，国家发展改革委出台《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》（发改价格[2013]1638号），对光伏电站实行分区域的标杆上网电价政策。
通知明确，对光伏电站实行分区域的标杆上网电价政策。根据各地太阳能资源条件和建设成本，将全国分为三类资源区，分别执行每千瓦时0.9元、0.95元、1元的电价标准。对分布式光伏发电项目，实行按照发电量进行电价补贴的政策，电价补贴标准为每千瓦时0.42元。 通知指出，分区标杆上网电价政策适用于今年9月1日后备案（核准），以及9月1日前备案（核准）但于2014年1月1日及以后投运的光伏电站项目；电价补贴标准适用于除享受中央财政投资补贴之外的分布式光伏发电项目。标杆上网电价和电价补贴标准的执行期限原则上为20年。国家将根据光伏发电规模、成本等变化，逐步调减电价和补贴标准，以促进科技进步，提高光伏发电市场竞争力。
北京市太阳能光伏发电经济价值分析
北京市气候条件
根据调查北京市历年气候条件得知，北京的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均日照2780.2小时，属于比较优质的太阳能发电区域，平均每年为115.84天，平均每天约7小时40分钟。
经济测算补充说明
1. 分布式太阳能发电享受0.42元/度的光伏发电补贴政策；
2. 对于屋顶放置的分布式光伏发电项目来说，1MW的装机容量大概需要1.2万-1.5万平米的屋顶面积；
3. 目前太阳能发电的投资成本在8-10元/W左右,本测算中取9元/W；
4. 对于北京市来说，适用于光伏发电的全年满发小时数为1100-1300小时，鉴于北京市雾霾天气严重，而雾霾对于太阳能发电的影响较大，所以本测算中取1100小时；
5. 光伏发电项目的后期维护成本很低， 10MW的光伏发电项目，其每年的维护费用约为50万元（包含人工费用）。
太阳能光伏发电经济价值数据分析
以北京地区为例，根据北京市气候条件及能源公司到京仪集团和中材天华国际光伏工程技术有限公司调研的数据得知，目前北京市分布式太阳能发电相关数据如下表所示：
由上表计算得出，在比较理想的光照条件下，1MW光伏发电项目经济分析如下：
下面列举北京某太阳能项目经济分析的实际案例，进一步佐证本文中对太阳能发电经济价值分析的结果。
北京某影视产业园屋顶光伏电站项目
项目地址：北京东五环外，可利用屋顶面积约3800平米。项目所在地太阳资源辐射量在120-140千卡/cm2（5020-5840MJ/m2 )之间。鉴于光伏行业现状综合考虑，计算发电量时，太阳能年辐射量取4000-4650MJ/㎡，峰值日照时数取1250h。
初步估算可安装光伏发电容量350kW，本工程实际安装容量为348.4kW,得出本工程第一年理论发电量为43.55万千瓦时。电池组件在光照及常规大气环境中使用会有衰减，按系统每年输出衰减0.8%计算，25年累计发电量为783.46万kwh,平均每年发电31.34万kWh/年。
下表为该项目经济价值分析：
根据两个太阳能项目的对比结果可知：理论研究得出的数值与实际案例相符。不同项目条件下，太阳能屋顶光伏发电项目的投资回收期一般为6-9年左右，在现有补贴政策下，太阳能发电具有较好的经济收益和投资价值。
结语
分布式光伏电站工程的建设，符合我国可持续发展能源战略规划，也是发展循环经济模式，建设和谐社会的具体体现。对于促进节能减排、打造低碳城市将产生积极的推动作用，同时对推进太阳能利用及光伏发电产业的发展进程具有非常大的意义。
自1995年起，太阳能光伏发电进入了一个新的发展阶段，由于技术水平的提高，太阳能项目初投资的关键——太阳能板的造价平均每五年降低一半，由此发展下去，太阳能发电必将迎来发展的黄金期。
参考文献：
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