光伏发电的基本原理篇1

关键词光伏；发电；竞赛；故障

中图分类号：TM761文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）09-0112-02

太阳能光伏效应，简称光伏（PV），又称为光生伏特效应（Photovoltaic），是指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。发电是指利用发电动力装置将水能、石化燃料（煤、油、天然气）的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的生产过程称为发电。用以供应国民经济各部门与人民生活之需。光伏发电作为一种绿色新能源已作为国家新能源发展的重点，KNT-SPV02光伏发电设备安装与调试是国家新能源竞赛项目之一，它聚集了全国各个省份一大批光伏发电领域的选手，通过技能训练，快速提高选手在光伏发电领域的操作技能的水平，为国家培养了大批光伏发电领域的实用技能型人才。作为一项技能竞赛，选手要在最短的时间内按规定把系统组装起来，实现功能并进行相应的数据采集和分析，必然要解决装机过程中的每一个故障点，分析该系统的工作原理和常规的故障点，对提高竞赛成绩有直接的作用。

1KNT-SPV02光伏发电实训系统的工作原理

光伏发电系统主要有四大部分组成：光伏电池组件、光伏供电系统、监控系统和逆变与负载系统。系统框图如图1。

图1光伏发电系统框图

1）光伏电池组件是光伏发电的核心器件，在本系统中利用摆杆和高功率灯模拟太阳光东升西落，硅型的太阳能电池板采集灯的光能，通过光电效应转化为约18V左右的直流电。而且光伏电池组件具有自动跟踪功能，当光照射到光线传感器上，使继电器吸合，PLC有信号输入，光伏电池组件发生偏转，实现自动跟踪，提高光伏电池组件的发电效率。

2）光伏供电系统的原理与结构主要是光伏电池组件采集的电流通过DSP控制单元处理实现对蓄电池的充放电作用，通过DSP处理，可有效的提高蓄电池的使用效率；可以通过PLC程序完成对光伏电池组件的手动与自动调试；通过滑线变阻器组成串联分压电路来模拟电压的下降，实现蓄电池过放保护过程，在其电路中串并联电流表与电压表，可以模拟伏安特性。

3）监控系统主要是通过一体机内部的力控程序的编写，通过与各个仪表、PLC、光伏供电通讯板和逆变与负载通讯板进行通讯，达到实时采集到各个仪器所对应显示的相关数据，实现远距离操控，实时反应系统工作状态等功能。

4）逆变与负载系统主要实现的是通过蓄电池产生DC12V，在通过全桥逆变板和DC-DC升压板进行全桥逆变，可得到AC220V，从而给报警灯、变频器、AC电机、LED灯提供电源，使负载实现相关功能。

2KNT-SPV02光伏发电实训系统的常见故障分析

1）光伏输出显示单元读数不准确。系统光伏电池组件是由36个光伏电池单个组件串联再由四块光伏电池组件并联而成，正常输出电压为18V左右。开机后电流表电压表无读数，首先判断是否有18V电压输入，若无电压输入，则检查输入情况；若电压表电流表有读数，但数值不准确，通过调节测量，比如最大输出电压达到36V，则可判断出光伏电池组件连接不正确；若经过滑动变阻器调节，观察出电流表始终没无读数，但电压表有读数，可判断是回路中滑动变阻器上有断路现象。

2）光线传感器无法正常工作。光线传感器是实现光伏电池组件自动追踪的重要元器件，电原理图如图2所示。IC1a和IC1b是电压比较器，电阻R3和R4给IC1a和IC1b电压比较器提供反相端固定电平，RG1，RP1和R1为IC1a电压比较器提供同相段电平，光敏电阻RG1在光照或暗光情况下，其电阻值较大RG1，RP1和R1组成的分压电路提供给IC1a电压比较器同相端的电平低于IC1a电压比较器反相端的固定电平，IC1a电压比较器输出低电平，三极管VT1，继电器KA1不导通，常开触点KA1-1和常闭触点KA1-2保持常态，信号1端无电平输出。若是有光照射时，RG1电阻变小，比较器输入端电平高于固定电平。

图2光线传感器工作原理

输出高电平，三极管导通，继电器KA1-1常开角触点闭合，输出相应信号给PLC执行相应功能。以此类推，本系统有两组四个光敏电阻分别代表东西北南四个方向，在相应的光敏电阻受到光照时，光伏电池组件跟踪各个方向的运动。自动跟踪问题是本系统中遇到最烦琐的问题之一。

①当光伏电池组件需要追踪时，光伏电池组件不动作。先检查光伏供电系统是否有12V电压，如果有继续检查COM6端口上是否有12V电压，12V电压检查完毕，继续检查COM6上两根24V电源。

②当光伏电池组件需要追踪时，光伏电池组件的追踪方向相反或是不规律。根据下面光线传感器的工作原理可知，肯定是输出对应的信号线接错了。

③当光太电池组件需要追踪时，光伏电池组件只追踪东西或只追踪北南。遇到这种现象，很显然是其中一组继电器没有吸合，则要检查COM6上24V电源有无，若有则要检查输出信号线是否正常。

3）系统通讯无法建立。通讯是将监视器和各个仪表、板卡、PLC等联系起来的主要途径，常见的故障主要有四个仪表通信问题、前面板卡通讯问题、触摸屏通讯问题、PLC通讯问题和后板卡通讯问题。在遇到通讯问题时首先要检查COM端口连接线是否正确，可将通讯两头用万用表检查线路是否通，然后逐一排除故障；遇到仪表通讯问题时还应检查仪表的波特率和地址等参数的设置是否准确。

3小结

训练与比赛过程中遇到故障是非常普遍的现象，如果能熟练掌握设备的工作原理，懂得常规故障的位置及产生的原因，正确选择排故的方法，对顺利完成系统的安装与调试将起着非常重要的作用。

参考文献

[1]刘莫尘.独立光伏发电的自动跟踪系统[D].山东大学，2005.

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[3]李君华，王生学，张侃谕.基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2008（02）.

[4]刘洋，屈虹，汪祥兵，赵然.基于MCGS组态技术的PLC控制系统应用[J].武汉电力职业技术学院学报，2009（02）.

光伏发电的基本原理篇2

随着经济的增长，人们对能源的需求逐渐扩大。目前常规能源中的石油、天然气、煤炭等已经不能满足人们日益增长的能源需要，因此必须利用和开发再生能源，太阳能作为一种不会枯竭的清洁能源得到很多国家的重视。

对太阳能的利用主要通过光电转换、光热转换和光化学转换三种途径，其中光电转换是太阳能利用中最重要的方向。并且光电转换中的光伏发电是太阳能发电的主流，光伏发电就是将太阳能直接转变成电能。光伏阵列作为光伏系统的主要组成部分，是将太阳能转换成电能的装置。目前光伏阵列由于制造成本高、效率低，占地面积较大不适合科研机构购买开展光伏系统的研究，因此，设计一个能够模拟光伏阵列在各种环境下工作的模拟器就非常必要。

太阳能光伏阵列模拟器可以模拟太阳能电池在各种光照、温度下的负载能力和系统性能，实现在线调试的完全逼真的模拟。同时利用太阳能电池阵列模拟器还可以检验出系统的配置是否合理，通过改变太阳能电磁的连接方式、连接数量从而实现最优的配置方案。总之，太阳能光伏阵列模拟器可以缩短研究周期，降低研发成本，提高研究效率。

2光伏阵列模拟器的系统结构及其工作原理

2.1光伏阵列模拟器的系统结构

光伏阵列模拟器为了完成对光伏阵列输出特性的模拟，首先应具有以下三个方面的要求。

1）当外电路负载一定时，光伏阵列模拟器在工作点上保持可靠、稳定的输出。

2）当外电路负载改变时，光伏阵列模拟器能够快速过渡到新的工作点并稳定。

3）系统的输出电压和电流在满足关系的前提下，能够满足试验需要的功率。

光伏阵列模拟器一般又两部分组成，即功率电路和控制电路。功率电路又可分为整流电路、直流变换电路和第二级的DC/DC直流变换电路。控制电路由检测电路、采样电路、滤波电路、隔离电路、驱动电路等组成。

2.2光伏阵列模拟器的工作原理

光伏阵列模拟器主要就是能够跟随负载的工作点，使模拟器在不同的负载下能够输出满足光伏阵列特性的输出特征。对于不同的负载，工作点和阵列的输出功率不同，即使是同一个负载，在不同的日照强度、不同的温度等环境条件下，静态工作点也各不相同。因此，确定光伏阵列模拟器的静态工作点是开展光伏阵列模拟器研究的关键环节。本文结合传统的光伏阵列模拟器的确定负载工作点的方法，采用硬件搭建的方式实现太阳能电池输出电压和输出电流曲线。

3光伏阵列模拟器的硬件设计及控制电路设计

光伏阵列模拟器在国内外都有研究，我国的合肥工业大学、西安交通大学、浙江大学、中科院电工所等单位都开发了基于不同工作原理的模拟器，这些模拟器实现了对光伏阵列的很好模拟。通过研究发现，这些模拟器有的制造成本较高，有的模拟效率较差，不能实现成本和效果的完美结合。本文在数字式模拟器跟踪负载工作点的基础上，提出一种使用模拟电路跟踪负载工作点的设计思路。

3.1光伏阵列模拟器的硬件设计

本文从以下几个方面详细阐述光伏阵列模拟器的硬件设计。

3.1.1功率电路的设计。

功率电路的设计是实现光伏阵列模拟器的基础，功率电路设计的结果将关系到模拟器的稳定性、可靠性，由于太阳能电池是一个非线性的特殊的直流电源，因此功率电路的设计要满足以下几个方面的要求：

1）电路稳定安全，并且要具有完善的保护电路，例如过压保护、过流保护等。

2）电路要具有很好的动态性能，能够根据不同的负载变化，尽快地达到最佳工作点。

3）主电路的输出能够在一定的范围内连续、稳定的变化。由于本文设计的光伏阵列模拟器输入电压是220V，工作频率是38k，输出电压范围是100V～200V，输出电流范围是0～7A。在功率电路的设计中采用半桥式的电路高频变换器，EE型铁氧体材料的变压器，MOS管采用三菱公司的2SK183芯片，选择220/450V的滤波电容，驱动电路采用安森美公司的NCP5181的半桥驱动芯片。

3.1.2太阳能电池特性产生电路的设计。

太阳能电池特性电路的设计主要考虑以下几个方面。

1）开关管开关时间的选择和优化。为了使光伏阵列模拟器能够很快地跟随负载的改变转换到新的工作点，则需要控制关开关的导通时间，整个周期时间不能太长。

2）控制驱动电路的设计。本文采用门极驱动光耦TLP250直接驱动MOSFET，为了满足本文设计中太阳能电池样品的技术参数，MOSFET选用STP75NF7芯片。

3）采样滤波及逻辑控制电路的设计。采样比较模块的工作原理是把模拟器的输出电压和特性电路的输出电压进行比较，比较器的下降沿产生控制信号，模拟器的输出电压和特性电路的输出电压相等时的输出电流作为模拟器跟随电路的参考值。

逻辑控制模块的设计是把采样得到的电压和电流作为模拟器的参考电压和电流，模拟器的实际输出作为反馈的电压和电流，由逻辑控制单元控制模拟开关。太阳能电池的开路电压和短路电流采用峰值检波电路进行检测。为了排除各种高频信号对模拟器造成的影响，采用二阶低通滤波器对输入电压采样电路进行滤波。

3.2光伏阵列模拟器控制电路的设计

根据传输信号种类的不同，DC/DC变换器可以分为稳态模型、小信号模型和大信号模型。其中小信号模型是设计DC/DC变换器的有力模型，主要用来分析低频交流小信号分量在变换器中的传递。本文通过对半桥变换器进行建模，忽略开关管的导通电阻，忽略滤波电感和变压器的漏感等影响，得到交流小信号的状态方程与输出方程。

理想的开关电源系统在低频段的稳态误差为零，在中频段，系统的相应速度和穿越频率相关，但是频率较大时超调量也越大，为了抑制高频分量，确保系统的稳定工作，需要在中频段附加一个斜率下降的频段，这样既能限制较高的穿越频率，又能降低中频段的增益。为了避免附加的频段带来相位滞后，附加的频段通常不能太长，理想的附加频段的数值是-40dB/dec。

4结束语

随着常规能源的匮乏，目前很多国家都开始重视和开发太阳能。由于太阳能电池昂贵，再加上构成光伏阵列后体积庞大，使得科研机构开展光伏系统的研究十分困难。本文设计的光伏阵列模拟器输出功率可达1KW，能够在一定的范围内有效模拟光伏阵列的输出特性，并且输出电压和电流稳定。因此，本文提出的方法不仅制造成本低、开发简单、使用可靠，而且模拟效果较好，做到了模拟效果和制造成本的兼顾。

参考文献

[1]董博,李永东,王奎,高志刚,孙敏.光伏电池模拟器的设计与研究[J].电源技术,2010(05).

[2]宫鑫,宋稳力.基于TMS320F28335的光伏电池模拟器设计[J].电子元器件应用,2008(03).

光伏发电的基本原理篇3

关键词：光伏发电、基本原理、系统组成、应用

Abstract:thebasicprincipleofthesunlightisbatterylifeveffect.Photovoltaicpowergenerationhastheresourcesisrenewableandcleanenvironmentprotectionetcmanyadvantages.(pv)powersystembysolarcellbatterypack,controller,square,dc,acinvertercomponents.Analysesthefunctionofeachcomponentofthe,introduces(pv)powertechnologyincommunication,industry,remoteareas,buildingintegratedphotovoltaic,largedesertphotovoltaicpowerstation,andotheraspectsoftheapplicationsituationandfuturedevelopmentprospect.

Keywords:photovoltaicpowergeneration,thebasicprinciple,systemcomposition,application

中图分类号：TK511文献标识码：A文章编号：

1太阳电池的基本原理和光伏发电的主要优势

1.1太阳电池的基本原理

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。

1.2光伏发电的主要优势

（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）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。

（3）光伏发电与环境关系：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。

（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。

2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，它由太阳电池方阵、控制器、蓄电池组、直流--交流逆变器等部分组成。

2.1太阳电池组件及方阵

太阳电池是光伏发电系统的核心。太阳电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4~200cm2不等。太阳电池单体的工作电压约为0.5V，工作电流约为20~25mA，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，是可以单独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。

2.2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5~10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。

2.3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，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。

2.4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。

3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，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。

3.1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。

3.2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）。

3.3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、太阳能钟、太阳能帽、太阳能手表、太阳能玩具等。

3.4光伏建筑一体化（BIPV）

BIPV即BuildingIntegratedPhotovoltaic，指的是光伏建筑一体化。BIPV模式这种新能源利用方式，能将太阳能光伏发电与建筑相结合，利用了建筑屋顶的闲置空间，组装太阳能光伏发电模块，满足或者补充电力需求。科技成果显示，这种BIPV模式日后将与建筑物幕墙相结合，以获得更多的阳光和电力，但目前的BIPV主要以楼顶为主，应用技术较为成熟。BIPV在建设初期成本较高，随着我国财政对BIPV项目的大力支持，我国将大幅扩大BIPV技术的应用。

光伏建筑一体化的优势是：

（1）清洁能源，节能并减少环境污染；

（2）一旦市政发生特殊情况（如地震灾难时），太阳能光伏发电能够满足本建筑的需求，不会因为市政电网中断而断电。

3.5大型荒漠光伏电站

气象资料显示，中国太阳能资源丰富，主要集中在西北地区。太阳能资源极丰富带的地区包括大部、新疆南部以及青海、甘肃和内蒙古的西部。这些地区的年太阳照量超过1750kWh/（m2.a），而且月际最大与最小可利用日数的比值较小，年变化较稳定，是太阳能资源利用条件最佳的地区。这些地区大部分为荒漠，很适合利用起来建设大型荒漠光伏电站。大型荒漠光伏电站建设已经启动，如青海省格尔木200MW大型荒漠光伏电站已经并网投运。

3.6光伏发电未来应用前景

2009年12月，中国政府在哥本哈根气候变化领导人会议上承诺：至2022年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，非石化能源占一次能源消费的比重提高至15%左右。这是世界上最大的发展中国家应对气候变化的庄重承诺，表明我国政府在应对气候变化和降低二氧化碳排放问题上作为一个负责任大国的态度和决心。《可再生能源发展“十二五”规划》确定的光伏发电装机目标为：到2015年达1000万kW，到2022年达5000万kW。中国光伏发电技术的应用潜力巨大。

参考文献:

[1]高虎等．可再生能源科技与产业发展知识读本[M]．北京:化学工业出版社，2009.4

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[3]李建忠等．太阳能光伏发电应用研究进展综述[J]．广西大学学报，2009.7

[4]王继东等．光伏发电与风力发电的并网技术标准[J]．电力自动化设备，2011.11

[5]史继富等．p-型和pn-型染料敏化太阳能电池[J]．物理化学学报，2011.6

光伏发电的基本原理篇4

虽然我国早在2005年就颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，但是直到今日我国的可再生能源产值仍然处较低，风能、太阳能发展频频遭遇瓶颈，核能、生物质能开发进展缓慢，同时我国的传统能源如天然气、石油等储量却频频告急，近期公布的数据显示，2013年，中国原油、天然气、煤炭三大主要能源的进口量均呈现快速增长态势，对外依存度进一步攀升，其中2013年原油对外依存度达到58％，天然气对外依存度达到316％［2］。未来，随着我国经济的进一步崛起，能源供应量和资源消耗量也将进一步增加，工业化和碳减排之间的博弈也将日趋激烈［3］。在这种情况下，加快发展新能源、降低对于传统能源的依赖成为保障我国能源安全的关键。因此，近年来我国政府连续出台多项利好政策以推进分布式光伏发电在我国的发展，仅国家能源局、财政部等部门就出台了多部文件，如财政部《关于分布式光伏发电有关问题的通知》中就明确指出对分布式光伏发电自发自用电量免收可再生能源电价附加、国家重大水利工程建设基金、大中型水库移民后期扶持基金、农网还贷资金等4项针对电量征收的政府性基金等。2014年2月，国家能源局下达今年光伏发电年度新增建设规模的通知，确定全年新增光伏备案总规模为1400万KW，其中分布式为800万KW，可见我国推行分布式光伏发电的决心。但是，对于上述的利好政策，市场反应并不热烈，大多数企业及个人都处于观望的状态。相关数据显示，2013年国内分布式光伏安装累计超过5GW。但不难发现，在累计完成的分布式总量中，“金太阳”工程的贡献量约为2／3，完全通过市场化投资的分布式项目则少之又少［4］。截止到2014年2月初全国18个分布式光伏示范区中仍有相当一部分尚未动工，而国内众多城市2014年一季度分布式光伏发电新增装机几乎为零，分布式光伏发电项目似乎陷入裹足不前的困境［5］，对此许多业内人士对分布式光伏发电的发展前景表示担忧。在这种情况下，推进分布式光伏发电在我国的发展成为了各界关注的焦点。为了探索出能够促进我国分布式光伏发电发展的路径，我们必须从阻碍发展的原因入手。

2分布式光伏发电在我国发展缓慢的原因分析

分布式光伏发电之所以在我国尚未形成规模，笔者认为主要有以下几个原因。

2.1项目投资回报周期长分布式光伏发电在我国的发展，特别是以居民家庭为单位的分布式光伏发电的推广需要业主的支持，所以如何调动业主的积极性就成为了推进分布式光伏发电发展的前提。目前，政府主要通过免税和补贴的方式来提高业主投资分布式光伏的积极性，如已经落实的《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》中规定，对分布式光伏发电实施全电量补贴政策，补贴价格为042元／度，远高于市场预期，按此补贴额度和执行期限计算，多数省市分布式光伏电站的内含报酬率在8％～11％之间［6］。在如此高额的补贴下，分布式光伏电站工作开展仍然屡遭瓶颈的原因在于高额的初装费用。据悉，一个中等的分布式光伏电站的初装费用在5～8万元之间，这对于一个家庭来说是一项数目不小的投资，保守估计此投资回收期将长达10年［7］，10年之后分布式光伏电站才能有所收益，如此长的投资回收期使很多投资者望而却步。这也引起了分布式光伏发电发展的不均衡，据悉目前发展较快的省份往往集中在经济发达地区，如浙江、广东、山东等，而中、西部地区却发展缓慢。

2.2政策持续性屡遭质疑在现行政策下，分布式光伏发电的补贴将由“可再生能源发展基金”予以支持，并且政府也明确规定了光伏发电项目自投入运营起执行标杆上网电价或者电价补贴的标准维持20年不变。以上政策的本意是为了方便业主准确的测算出投资回报周期，加强业主的投资信心。但实际上却让很多业主对于政策的持续性产生了怀疑。众所周知，我国的可再生能源发展虽然在近年来取得了一些成就，但是可再生资源的适用范围及推广进展与发达国家相比还有很大差距，特别是除风电、水电及太阳能之外的其他可再生能源的利用尚处于开发阶段，所以我国的国家“可再生能源发展基金”长期处于捉襟见肘的状态，根据相关媒体测算，按可再生能源发展“十二五”目标规划，到2015年，包括水电、风电、太阳能和生物质能在内的国家“可再生能源发展基金”每年的资金缺口为800亿元［8］。这样的资金缺口让业主对于政府对分布式光伏发电电价进行20年的补贴能力产生了怀疑，导致了很多投资商踌躇不前，从而阻碍了分布式光伏发电在我国的发展。另外，在分布式光伏电站的并网问题上，虽然国家电网和南方电网己经出台了鼓励分布式并网的政策，但电网对光伏发电的支持能持续多久存在不确定性［9］。考虑到分布式电站发电的间歇性和不稳定性，一旦上网必然会增加电力设施的维护成本，进而增大电网的运营成本，而这部分成本如何分摊尚未确定。故从长久来看，分布式电力未来上网之路仍具有不确定性。

2.3政策落地效果不显著虽然从2013年起各种关于落实分布式光伏发电的利好政策就已经不断出台，但是在实际操作上，我国尚存在体系障碍和政策盲点。如个人光伏发电审批流程问题，光伏组建市场的混乱问题以及上网电费的结算问题等等，特别是在能源主管部门、地方政府以及投资者三者之间的责任区分上仍存在盲点，这也导致了在政策落地过程中出现部门之间协调不力的情况，这无疑降低了分布式光伏发电在我国的发展速度，同时也降低了业主的参与热情。

3推进分布式光伏发电的政策建议

3.1增加融资渠道，降低投资风险分布式光伏发电作为我国可再生能源的一部分，其发展必然离不开财政投入，而且相较于其它大型的可再生能源发电产业而言，分布式发电涉及的范围更广，投入成本较高。在这种情况下，完全依靠政府投入或者完全依靠企业个人都是不现实的，而现在对于依赖上网电价补贴的方式，并不能有效降低分布式光伏发电的投资风险，从而造成了业主及相关企业在投资问题上止步不前。为了打破这一瓶颈，本文提出政府与企业及个人形成利益互锁关系，并且为企业及个人提供多种融资渠道以降低初装投资门槛。具体来说，对于个人，政府应该着力降低其短期成本，对于企业，政府应该保证其长期回报。之所以这样考虑，是因为个人相对于企业而言更加看重短期的投资回报，所以应该从降低短期成本入手，比如可以考虑对独栋发电的个人使其享受零息贷款或者以降低房产税的方式进行变向补贴；对于其他类住房，笔者建议政府可以与物业公司进行联合投资，在规定期限内的投资收益归物业所有，而之后其所发电量的收益由政府收回，这样就可以解决现存的诸如屋顶纠纷等问题。对于企业而言，如果企业资金比较充足，可以选择自我投资的模式，如一些大型的商场、综合办公楼宇及占地面积比较大的厂区等，政府可以帮助这些企业建立专项基金，从而降低企业的融资成本；而那些资金不太充裕的企业以及公益性场所、国有办公场所、医院、学校等则可以选择合同能源管理制（EMC），即由能源管理公司进行分布式光伏发电的投资建设，而后期的收益也将全部归属于能源管理公司［10］。

3.2落实各方责任，做好产业引导要推进分布式光伏发电在我国的发展，就必须明确各方责任，做好产业引导。特别是要明确国家、地方政府以及投资者的责任。笔者认为，国家的责任主要在于分布式光伏产业战略的制定上，另外也要关注各地产业发展所面临的共同困境，如分布式光伏发电并网难等问题，就需要国家层面进行统一的调配解决。而地方政府的主要职责在于结合本地的资源禀赋进行有侧重的支持，如在中东部地区等经济发达地区，由于当地居民的人均收入水平较高，直接的补贴力度可以有所下降，鼓励类的政策可以加强，如通过对于安装光伏屋顶的家庭或者企业降低房产税或者减免个人所得税的方式来刺激投资人的另外，我国政府也要做好产业引导工作。在此，建议政府部门可以对相关企业及个人进行定向培训，强调我国推进分布式光伏发电的目标，即保护国家能源安全的重要性，同时也要向企业及个人明确分布式光伏发电的投资回收期，以及政府政策的持续性等问题，从而保证投资人对于分布式光伏发电的建设有一个客观的认识和一个积极的态度。

3.3提高行政效率，做好部分协调分布式光伏发电由于其投资的分散性，其发展离不开群众的支持，而为群众提供一个优良的投资环境是一个非常重要的政府任务。特别是个人分布式光伏发电的推广，如果审批流程过于繁杂，必然会让很多投资人望而却步。所以政府首先应该简化分布式光伏发电的审批流程，同时也要简化政策，提高部门之间的协调性，增强政府部门人员的办事效率。另一方面，也要随着分布式光伏发电试点在我国的推行，积极总结其中的经验教训，对于各地综合性问题进行统一解决。同时，加快现有政策的实施力度，对业主普遍关注的补贴问题、税收问题以及上网电量收购问题进行细则化处理，打消业主对于投资收益的忧虑，并加大部门之间的协调力度，尽快将政策细则予以实施。

4结语

光伏发电的基本原理篇5

作者：陈育明定价：48.00元出版日期：2011年7月

本书系统介绍了太阳能LED照明技术的基本原理、系统构成和设计应用。全书共8章，第1章简要叙述了太阳能LED照明技术的背景、意义和基本原理；第2～5章主要介绍了构成太阳能LED照明系统的各部件的基本原理和使用特性，包括了太阳电池、LED光源、蓄电池和控制系统；第6章介绍了太阳能LED照明系统的设计；第7章介绍了太阳能LED照明系统的应用情况；第8章介绍了太阳能LED照明系统的安装和维护。

本书可供从事太阳能光伏系统设计、应用、研究和管理的相关科技人员、技术人员以及相关高等院校、专业技术学院的师生参考。

《太阳能光伏发电系统及其应用》

作者：杨贵恒、强生泽、张颖超、郑勇编著

定价：39.00元出版日期：2011年5月

本书紧紧围绕我国节能减排工程计划和新能源开发利用的方针与宗旨，以从事太阳能光伏发电系统设计、开发与应用工程技术人员为读者对象，着重讨论了太阳能光伏系统及其应用技术，将光伏发电技术基础知识、光伏发电系统工作原理、光伏电池与阵列、储能装置、光伏发电系统中的电能变换技术、光伏发电系统的控制与管理、光伏发电系统的设计与应用以及光伏发电系统的运行管理与维护有机结合，以供读者在实际设计工作中参考。

本书通俗易懂，把科学性、针对性和实用性有机结合起来。

《中国生物产业发展报告（2010）》

作者：国家发展和改革委员会高技术产业司、中国生物工程学会编写

定价：98.00元出版日期：2011年5月

本书由国家发展和改革委员会高技术产业司与中国生物工程学会组织编写，全书包括6篇，共39章，对生物产业发展战略与政策、生物技术发展前沿与热点、生物产业发展现状与趋势、生物技术专利分析、生物产业投资情况、国家生物产业基地情况等进行了阐述和说明，从多角度对中国生物产业状况进行了清楚的透视和实在的分析，对中国生物产业发展战略进行了认真深入的思考与讨论。

《现酵微生物实验技术（第二版）》

作者：诸葛斌、诸葛健主编

定价：45.00元出版日期：2011年3月

本书延续了《现酵微生物实验技术》(第一版)编写中“图文并茂，有论述，有操作，有结果”的特色。在内容上保留了显微技术、微生物细胞特殊结构的观察、噬菌体、标记菌种获得与应用、原生质体系列育种技术和固定化细胞生物转化等实用技术，并结合本研究室近几年的研究经验，对基因工程育种技术部分实验进行了修订，增加了基因敲除、定点突变、表达蛋白提纯等实验技术，使该章节体系更完善。

新增了第八章“菌种保藏与机构”和第二章中“酵母菌子囊孢子的形成及观察”等相关实验技术。

《基于生物质的环境友好材料》

作者：张俐娜、陈国强、蔡杰、

周金平等编著定价：48.00元

光伏发电的基本原理篇6

【关键词】船舶太阳能光伏系统

随着全球石油能源逐渐减少，开发可再生新能源着深远的意义，本文搜集并初步研讨太阳能这一重要可再生资源在船舶电力系统中的应用。

1特点

从太阳能获得电力，需通过太阳能电池板进行光电转换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下几大特点：

（1）太阳能资源不会枯竭，资源分布广泛，受地域限制小；（2）太阳能电池主要材料――硅，原材料丰富；（3）无需机械传动部件，无噪音，稳定性高；（4）维护保养简单，维护费用低。太阳能电力系统也有其不足之处，原材料成本较高，转换效率低；较难精确预测及控制系统发电量；发电时间受季节、昼夜、阴晴等气象状况影响较大等。当然，上述技术瓶颈是可以逐步突破的，太阳能的开发利用必将成为全球最热门的课题。

2结构原理

太阳能发电是利用电池组将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件（板）、蓄电池、控制器、逆变器、照明等负载组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

太阳能电池（板）与蓄电池组成系统的电源单元，由此可见，电池板及蓄电池性能将直接影响着系统的工作特性。控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得光伏电池组件最大输出功率。逆变器主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电，通过调制、滤波、升压等，得到与负载频率，额定电压等匹配的正弦交流电。上述控制器及逆变器构成控制保护系统，具备以下功能：蓄电池充放电控制、直交流逆变控制、并网控制、最大功率跟踪控制、信号检测、设备保护、故障诊断定位、运行状态检测指示。下图1为家用太阳能供电系统。

3船舶太阳能系统

参照陆用太阳能光伏系统基本原理与组成，分析大型远洋运输船舶太阳能光伏系统运行模式，制定船舶太阳能系统初步方案，提供设计思路。根据不同场合电气设备负荷要求不同，以及成本控制等实际情况，船舶太阳能系统由易到难一般可分三大类型：独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统。

（1）独立供电的光伏发电系统如图2所示：太阳能电池板作为系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换为直流形式的电能，一般只在白天有太阳光照射的情况下输出能量。根据负载需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能单元，当发电量大于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电；当发电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电。

图2独立供电的光伏发电系统

（2）并网光伏发电系统如图3所示：一般带有蓄电池储能环节的成为可调度式并网光伏发电系统。

上述的并网模式是指光伏发电系统直接与船舶电网进行并网，通过船舶电站向全船供电，简单来讲，并网模式配合逆变器，并将电力通过逆变器输出侧接入电网，此时要求逆变器输出电流波形符合电网要求。其构建的主导思想是将光伏系统相对独立，在电力匹配中，太阳能光伏系统相当于一台发电机。

（3）混合型太阳能光伏系统如图4所示：是指光伏电能与其他形式来源的电能进行混合调度使用，不存在并网关系。与上述两个系统的区别在于增加了一台备用发电机，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器给蓄电池充电。

图4混合型光伏发电系统

当然，船用太阳能光伏系统的构建，不局限于上述三种类型，可以根据船型及经济性等各方因素进行优化组合。

4实船案例

（1）2012年，由日邮集团投资，三菱重工建造的全球首制混合电力系统汽车滚装船交付使用，该船发电系统由三台1，150kW柴油发电机及一套容量为480kW的太阳能光伏锂电池组供电系统组成，系统图及布置图如图5所示。

图5系统图及布置图

*该系统中逆变控制单元PWMInverterPanel由TAIYO提供，太阳能光伏电池供电系统由Panasonic提供，船型基本信息如下：

船名：EmeraldAc容纳：6，400辆客车L.O.A.：199.99mBeam：32.26mDepth：34.52mDraft：9.725m

5NACKS6，200PCC实船应用

5.1船型比对

参考NYK实船案例，以我司6，200PCC汽车滚装船为基础，初步研讨太阳能系统的可行性，船型基本信息如下：

L.O.A.：199.90m

Beam：32.26m

Depth：34.35m

Draft：8.9m

D/G：1，200kWx3

E/G：150kWx1

5.2系统构建

根据测量，该船上甲板暴露部分面积为：GarageTop-2340O，居住区-650O，艏部-400O，暴露部分面积总计达到了3390O，均可用于布置太阳能电池板。另设置一空舱以布置控制单元及蓄电池电源单元，经初步检查，该船Bosunstore内空间余量较大，且离居住区较近，方便提供日常基本生活所需的电力，故将太阳能控制屏及蓄电池布置于Bosunstore，系统如图6所示。

5.3问题难点

该系统仅作初期构建，若进入实船应用阶段，需要挖掘并解决上述特点介绍中提到的几点问题：原材料成本较高，转换效率低；较难精确预测及控制系统发电量；发电时间受季节、昼夜、阴晴等气象状况影响较大；相关法规规范的研究；其它诸多因素（待查）。

以上几点问题，看似与配套厂家密切相关，船厂掌握的主动权不大，但船厂若能掌握系统原理，熟悉各种原材料特性，并选好合作厂商，就能先人一步领先开发。下面针对问题准备/收集了市场信息/系统原理如下：

（1）原材料成本有多高，转换效率水平又如何；据《太阳能光伏产业现状与发展研究报告》调查（2010年）：目前光伏发电的成本是火电的10倍，利用国产设备健在一个50兆瓦的太阳能热（光热）电站，投资预计在10亿元（含土地成本），单位设备投资在1.5万元/kW左右，同等规模的光伏发电站则需要20多亿元平均4万元/kW左右（其他一些机构估算最高达到了6万元/kW左右）；据《太阳能动力船舶发展综述》调查（2008年）：现在单晶硅光伏装置的实验室效率已经达到了24.7%，大规模生产的硅太阳能电池的效率为13%～18%，而砷化镓多结太阳能电池的实验室最高效率已经达到37%左右（成本较昂贵，多用于航空军事领域），可见，太阳能光伏装置即光伏电池的能量转换效率对船舶太阳能系统至关重要，亦可见光伏电池占整个系统的成本、战略比重；逆变器、蓄电池也占据部分成本比例。据《太阳能光伏产业现状与发展研究报告》调查（2010年）：逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载；

此外，在逆变系统中也存在一定的功率损耗，其效率指标据《太阳能光伏发电原理及关键设备》调查，逆变器的转换效率达到了95%以上，如下表1。

（2）如何精确预测及控制系统发电量；预测及控制系统发电量的目的即从光伏电池中获取更多的电能，充分利用光伏电池组件的能量，目标光伏组件尽可能地工作在最大功率点，这就引入了MPPT技术概念，MPPT-MaximumPowerPointTracking（最大功率点跟踪）技术是充分利用光伏电池组件能量必备的技术，通过不断对PV的电压（电压控制）或电流（电流控制）进行小幅度的扰动，实时计算其输出功率的变化，从而逐渐实现最大功率点的跟踪，如表2。

表2最大功率点的跟踪

（3）发电时间的限制；太阳能的获取受制于四季、昼夜、阴晴、航线等条件，系统无法持续稳定地发电，但根据太阳的辐射强度，是可以估算出单位面积时间内太阳年平均辐射强度的，根据百度百科提供的《太阳能发电》调查所得：地球轨道上的平均太阳辐射强度为1369w/O，地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW，在海平面上的标准峰值强度为1kw/O，地球某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/O。由此也印证了上表2某研发机构提供的数据，即峰值发电量为1000w/O，平均发电量为200w/O。

（4）法规规范的研究及其它；太阳能船舶系统的研究，首先要基于满足相关法规规范的要求，部分行业标准及国家标准如下：

IEC_61646-1996Thin-filmterrestrialphotovoltaic（PV）modules

IEC_61730-1_（2004-10）Photovoltaic（PV）modulesafetyqualificationCPart1Requirementsforconstruction

IEC_61730-2_（2004-10）Photovoltaic（PV）modulesafetyqualificationCPart2Requirementsfortesting

GB11009-1989太阳电池光谱响应测试方法，GB11011-1989非晶硅太阳电池电性能测试的一般规定，GB12632-1990单晶硅太阳电池总规范，GBT14008-1992海上用太阳电池组件总规范，此外，系统安全性、船舶稳性、结构强度等其它问题点也需要考虑。

5.4成本估算

基于我司6，200PCC汽车滚装船，并根据上述系统构建及部分难点的突破，进行太阳能电力系统的成本初期估算如表3：

根据表3中6，200PCC实际电力消耗，并由太阳能系统效率转换，推算出太阳能发电系统总发电量，进而估算出系统中太阳能光伏电池的数量、单位用电量的成本投入等。

表3阳能电力系统的成本初期估算

从表3中可见，本船装备了侧推器，在靠离港及装卸货工况下电力负荷较大，考虑此种情况可以借助柴油发电机及岸电等设备，没有使用太阳能电力系统的必要，故仅考虑Normalseagoing及Inport工况，对比可得，系统需要的最大电量为830.4kW，拟将太阳能光伏系统逆变环节效率定为95%，光伏电池效率为18%，从而推算出系统的最大发电量为4856kW，由单位面积太阳辐射量0.2kW/O可得，需要太阳能光伏电池的面积为24280O，远远超出本船暴露部分的面积总和3390O，由此也可知，就目前的技术水平来讲，大型远洋船舶上，太阳能完全取代传统的柴油发电机还有很长的路要走。反之，由全船暴露部分的面积3390O可得，系统最大发电量为115.9kW，已完全能够满足包括照明系统、电梯、日用设备、通导无线设备等的使用，根据每千瓦4～6万元成本估算，该系统总投入约460～700万元人民币区间内。

6前景

当然，上述算法偏保守，在如今科技飞速发展的时代，相信不远的未来太阳能系统的各个环节都将逐步改善升级，比如对高效率低成本光伏电池的开发、太阳能跟踪装置的开发、对多船体船体平台的开发等等。由百度百科提供的《太阳能发电》中则提到了一个更加激动人心的计划，即日本提出的创世纪计划――其准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电，据测算，到2050年、2100年，即使全用太阳能发电供给全球资源，占地也不过为186.79万平方公里、829.19万平方公里，而829.19万平方公里才占全部海洋面积的2.3%或全部沙漠的51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠的91.5%，因此这一方案是有可能实现的。

7结语

全球资源越发枯竭，未来国际社会对能源的竞争必定越来越激烈，提倡节能环保是每个人必须思考的课题，目前全球对太阳能的利用率还不高，研究太阳能具有重大理论和实际意义，对可再生能源船舶的研发更具有迫切性，要坚持对绿色新能源的研究开发。

参考文献：

[1]魏乔，孙玉伟，袁成清，严新平.大型远洋运输船舶太阳能光伏系统的构建[J].船海工程，2010（6）：138-140.