太陽能光伏技術(shù)是指一種可直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能并加以充分利用的前瞻性技術(shù)，其廣闊的應(yīng)用前景讓世人為之神往而不斷地努力進(jìn)行開發(fā)、創(chuàng)新與應(yīng)用。本期將為大家介紹太陽能發(fā)電原理、太陽能電池、太陽能電池組件、光伏控制器、光伏逆變器等內(nèi)容。

　　太陽能發(fā)電原理

太陽能電池是一對光有回應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。

當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

晶體硅太陽能電池的制作過程

硅是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。20世紀(jì)末，我們的生活中處處可見硅的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。

上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)——通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵(飲水或灌溉)、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。太陽能光伏玻璃幕墻元件得應(yīng)用越來越多，隨著上海和北京的幾個項目進(jìn)入實(shí)質(zhì)性運(yùn)轉(zhuǎn)，這種方式將會代替普通玻璃幕墻，它具有反射光強(qiáng)度小、保溫性能好等特點(diǎn)!

太陽能電池組件

太陽能電池組件(光伏組件)是由一定數(shù)量的太陽能電池片通過導(dǎo)線串、并聯(lián)連接并加以封裝而成。一個組件中，太陽電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是36片(10cm x 10cm)，這意味著一個太陽電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。目前的光伏元件輸出功率大到數(shù)百瓦不等。

太陽能電池片封裝成組件后能夠提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度、抗振和抗沖擊能力;具有良好的密封性，能夠防腐、防風(fēng)、防雹、防潮;具有良好的電絕緣性;能夠抗紫外線輻射等。其潛在的品質(zhì)問題可能發(fā)生在邊沿的密封以及組件背面的接線盒。

根據(jù)光伏工程安裝的需要，當(dāng)應(yīng)用領(lǐng)域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件通過串聯(lián)、并聯(lián)組裝成太陽電池方陣也叫光伏陣列，以獲得所需要的電壓和電流，其功率可以根據(jù)實(shí)際需求組合確定。

　　太陽能光伏控制器

光伏充電控制器基本上可分為五種類型：并聯(lián)型光伏控制器、串聯(lián)型光伏控制器、脈寬調(diào)制型光伏控制器、智慧型光伏控制器和最大功率跟蹤型光伏控制器。

1、并聯(lián)型光伏控制器。當(dāng)蓄電池充滿時，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模組上去，然后以熱的形式消耗掉。并聯(lián)型光伏控制器一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在12V、20A以內(nèi)和系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒有繼電器之類的機(jī)械部件。

2、串聯(lián)型光伏控制器。利用機(jī)械繼電器控制充電過程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級。比較容易制造連續(xù)通電電流在45A以上的串聯(lián)型光伏控制器。

3、脈寬調(diào)制型光伏控制器。它以PWM脈沖方式開關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時，脈沖的頻率和時間縮短。按照美國桑地亞國家實(shí)驗室的研究，這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。

4、智慧型光伏控制器。基于MCU(如intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列)對光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速即時采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程式對單路或多路光伏陣列進(jìn)行切離和接通控制。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過MCU的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行距離控制。

5、最大功率跟蹤型控制器。將太陽能電池電壓V和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽能電池此時的輸出功率是否達(dá)到最大，若不在最大功率點(diǎn)運(yùn)行，剛調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進(jìn)行即時采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過這樣的尋優(yōu)過程可保證太陽能電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，以充分利用太陽能電池方陣的輸出能量。同時采用PWN調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。

光伏逆變器

作為一個獨(dú)立的光伏系統(tǒng)，其直流發(fā)電電壓比較低，因此功率調(diào)節(jié)裝置，也就是逆變器，是絕對不可或缺的。

在并網(wǎng)系統(tǒng)中主要使用兩種類型的逆變器來實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電。

①線路整流可以用電網(wǎng)中的信號作為同步的基準(zhǔn)。

②自整流通過逆變器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)確定信號波形，然后輸入電網(wǎng)。

也可以根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用對其分類。

①中央逆變器用來對額定功率在20～400kWp范圍內(nèi)的大型光伏系統(tǒng)的輸出進(jìn)行整流。現(xiàn)階段的主流產(chǎn)品具有自整流設(shè)計，通過雙極性電晶體和場效應(yīng)電晶體來實(shí)現(xiàn)。

②串聯(lián)逆變器只允許接收通過獨(dú)立串行輸送的信號，所以額定功率在1～3kWp。

③復(fù)式串聯(lián)逆變器配備各種獨(dú)立的直流-直流逆變器，這些逆變器把信號回饋給一個中央逆變裝置。這樣的設(shè)計可以適用于各種不同的元件連接結(jié)構(gòu)，從而可以使每條串聯(lián)線路上的太陽能電池都輸出最大功率。

④交流元件逆變器配套安裝于每個光伏元件上，進(jìn)而將所有元件的輸出轉(zhuǎn)化成交流。