太陽(yáng)能發(fā)電原理及應(yīng)用校代碼：學(xué)號(hào)：200920906034太陽(yáng)能發(fā)電原理及應(yīng)用題目：太陽(yáng)能發(fā)電原理及應(yīng)用學(xué)生姓名：學(xué)院：理學(xué)院班級(jí)：指導(dǎo)教師：2012年09月12日摘要19世紀(jì)70年代的產(chǎn)業(yè)革命以來，化石燃料的消費(fèi)急劇增大。初期主要以煤炭為主，進(jìn)入20世紀(jì)以后，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來，石油以及天然氣的開采與消費(fèi)開始大幅度的增加。在化石能源頂峰的大背景以及減排等問題約束之下，人們對(duì)新能源開始大肆追求。1980年聯(lián)合國(guó)召開的“聯(lián)合國(guó)新能源和可再生能源會(huì)議”對(duì)新能源的定義為：以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ)，使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開發(fā)和利用，用取之不盡、周而復(fù)始的可再生能源取代資源有限、對(duì)環(huán)境有污染的化石能源，重點(diǎn)開發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)崮?、氫能和核能。開發(fā)新能源最熱的領(lǐng)域當(dāng)屬太陽(yáng)能。太陽(yáng)照射地球一個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的能源，足夠目前世界全年的能源需求。正因此，使用太陽(yáng)能被看作是我們擺脫對(duì)石油依賴的終極途徑。如果能夠以節(jié)約資源的方式利用太陽(yáng)能，獲得能源凈利潤(rùn)，便真正稱得上是擁有了取之不盡、用之不竭的能源。關(guān)鍵字：石油，天然氣，新能源，太陽(yáng)能，取之不盡，用之不竭目錄TOC\o"1-3"\h\u15127引言 引言利用太陽(yáng)能的最佳方式是光伏轉(zhuǎn)換，就是利用光伏效應(yīng)，使太陽(yáng)光射到硅材料上產(chǎn)生電流直接發(fā)電。以硅材料的應(yīng)用開發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為“光伏產(chǎn)業(yè)”，包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。太陽(yáng)能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達(dá)國(guó)家正在把太陽(yáng)能的開發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長(zhǎng)期規(guī)劃，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為國(guó)際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)之后又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。從世界范圍內(nèi)看，綠色能源和可持續(xù)發(fā)展問題是二十一世紀(jì)人類面臨的兩大重大課題，在有限資源和環(huán)境保護(hù)嚴(yán)格要求下的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。而這其中能源問題將更為突出，這不僅僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更重要的是化石能源的開發(fā)利用帶來了一系列諸如環(huán)境污染，溫室效應(yīng)等問題。目前的環(huán)境問題，很大程度上是由于能源特別的化石能源的開發(fā)利用造成的。因此，人類要解決上述能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生的清潔能源。從中國(guó)國(guó)內(nèi)情況來看，能源也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源變的越來越缺乏，能源安全及能源在過敏經(jīng)濟(jì)中的地位越顯突出，但我國(guó)是世界上少有幾個(gè)能源結(jié)構(gòu)以煤為主的國(guó)家之一，也是世界上最大的煤炭消費(fèi)國(guó)，燃燒造成的污染日益突出。目前我國(guó)二氧化碳排放量已位居世界第二，甲烷、氧化亞氮等造成溫室效應(yīng)的氣體的排放量也位居世界前列。從我國(guó)目前能源生產(chǎn)及消費(fèi)的實(shí)際狀況出發(fā)，發(fā)展新能源及高效節(jié)能的技術(shù)及產(chǎn)品是保證我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。2006年是實(shí)施“中華人民共和國(guó)可再生能源法”的第一年?？稍偕茉捶ǖ闹朴啚槲覈?guó)可再生能源的發(fā)展提供了法律上的保證，這將極大地促進(jìn)我國(guó)可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇。太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能。光生伏特效應(yīng)是指半導(dǎo)體由于吸收光子而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，是當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。1.1光生伏特效應(yīng)半導(dǎo)體界面包括有:由于摻雜質(zhì)不同而形成的P型區(qū)和N型區(qū)的界面,即PN結(jié)；金屬和半導(dǎo)體接觸的界面；不同半導(dǎo)體材料制成的異質(zhì)結(jié)界面以及由金屬－絕緣體－半導(dǎo)體組成的MIS系統(tǒng)的界面。在這些界面處都存在有一個(gè)空間電荷區(qū),其中有很強(qiáng)的電場(chǎng),稱為自建電場(chǎng)。光照產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)，在自建電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)，就是形成光生伏打特應(yīng)的原因。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器和電能儲(chǔ)存及變換環(huán)節(jié)構(gòu)成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。隨著全球光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，從電池板的生產(chǎn)到電力電子變換器的設(shè)計(jì)，眾多的光伏發(fā)電相關(guān)技術(shù)都得到了極大的發(fā)展，對(duì)于一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，太陽(yáng)能電池技術(shù)、光伏陣列的最大功率跟蹤(MaximumPowerPointTracking，MPPT)技術(shù)、聚光器技術(shù)、孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)等都是系統(tǒng)運(yùn)行所涉及到的重要技術(shù)。2.1太陽(yáng)能電池技術(shù)光伏電池是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中基本核心部件，它的大規(guī)模應(yīng)用需要解決兩大難題：一是提高光電轉(zhuǎn)換效率；二是降低生產(chǎn)成本。以硅片為基礎(chǔ)的第一代光伏電池，其技術(shù)雖已經(jīng)發(fā)展成熟，但成本一直高居不下。基于薄膜技術(shù)的第二代光伏電池中，很薄的光電材料被鋪在非硅材料的襯底上，大大減少了半導(dǎo)體材料的消耗，且易于批量自動(dòng)化生產(chǎn)，從而大大降低光伏電池的成本。國(guó)際上已經(jīng)開發(fā)出電池效率在15％以上、組件效率10％以上和系統(tǒng)效率8％以上、使用壽命超過15年的薄膜電池工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。2.1.1太陽(yáng)能電池片結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池分為單晶電池和多晶電池，但是它們的結(jié)構(gòu)基本一樣，都有以下部分組成2.1.2太陽(yáng)能電池片工藝流程分選測(cè)試分選測(cè)試PECVD清洗與制絨去磷硅玻璃燒結(jié)印刷電極邊緣蝕刻檢驗(yàn)入庫(kù)擴(kuò)散2.2光伏陣列的最大功率跟蹤技術(shù)為了使太陽(yáng)能電池在供電系統(tǒng)中充分發(fā)揮它的光電轉(zhuǎn)換能力，就需要實(shí)時(shí)控制光伏電池陣列的工作點(diǎn)以獲得最大的功率輸出。最大功率跟蹤的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的過程，通過對(duì)光伏電池陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前光伏電池陣列輸出功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻功率相比較，舍小取大，再檢測(cè)，再比較，如此不停地周而復(fù)始，便可使光伏電池陣列動(dòng)態(tài)的工作在最大功率點(diǎn)上。這一過程稱之為最大功率點(diǎn)跟蹤，相應(yīng)技術(shù)稱之為MPFT技術(shù)。目前采用的定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀察法、功率回授法、增量電導(dǎo)法以及模糊控制算法等可以較好的實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤功能。2.3聚光光伏技術(shù)直接到達(dá)地面的太陽(yáng)能密度很低，其峰值不超過lkW／m2，為了提高太陽(yáng)能利用效率，可采用聚光光伏技術(shù)。一方面將太陽(yáng)光會(huì)聚到面積很小的高性能聚光電池上，提高太陽(yáng)光輻照能量密度；另一方面用相對(duì)便宜的聚光器部分代替昂貴的太陽(yáng)電池，從而達(dá)到降低光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的目。聚光器是聚光光伏系統(tǒng)的主要組成部分，根據(jù)光學(xué)原理可分為：折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、熱光伏聚光器、熒光聚光器、全息聚光器等。其中混合聚光器利用折射、反射和內(nèi)部反射達(dá)到聚光。2.3.1聚光光伏原理熱光伏聚光器工作原理是：太陽(yáng)把輻射器加熱到高溫，完成光熱轉(zhuǎn)換；輻射器再發(fā)出輻射到太陽(yáng)電池上，完成光電轉(zhuǎn)換。熒光聚光器和全息聚光器是兩種尚未成熟的技術(shù)。雖然目前聚光光伏系統(tǒng)還存在一些關(guān)鍵的科學(xué)技術(shù)問題沒有得到完全解決，但各國(guó)光伏工作者也在不斷地以實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證聚光技術(shù)。2.4孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)2.4.1孤島效應(yīng)原理以及定義所謂孤島效應(yīng)是指：當(dāng)電網(wǎng)由于電氣故障、誤操作或停電維修等原因造成中斷供電時(shí)，各個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍在運(yùn)行，并向周圍的負(fù)載供電，而構(gòu)成一個(gè)電力公司無法控制的自給供電的孤島。孤島模型如圖所示。當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，如孤島中的電壓和頻率無法控制，可能會(huì)對(duì)用戶的設(shè)備造成損壞；孤島中的線路仍然帶電會(huì)對(duì)維修人員造成人身危險(xiǎn)等。2.4.2孤島效應(yīng)檢查方法孤島效應(yīng)檢查方法在并網(wǎng)逆變器側(cè)可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式。被動(dòng)式檢測(cè)方法是利用電網(wǎng)斷電時(shí)逆變器輸出端電壓、頻率、相位或諧波的變化進(jìn)行孤島檢測(cè)，該方法適用于負(fù)載功率變化不大，且與逆變器的輸出不匹配的場(chǎng)合。主動(dòng)式檢測(cè)方法是指通過控制逆變器，使其輸出功率、頻率或相位存在一定的擾動(dòng)。討論優(yōu)點(diǎn)：1、太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，地球表面接受的太陽(yáng)輻射能，足夠目前全球能源需求的1萬(wàn)倍，只要在全球4%的沙漠安裝太陽(yáng)能就可以滿足全球需要，2、安全可靠，不受能源危機(jī)和燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊3、太陽(yáng)能處處可得到，不必遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，避免長(zhǎng)距離輸電線路的損失4、不用燃料，運(yùn)行成本很低5、太陽(yáng)能發(fā)電沒有運(yùn)動(dòng)部件不易損壞，維護(hù)簡(jiǎn)單6、太陽(yáng)能發(fā)電過程中不易產(chǎn)生污染廢棄物，是理想的清潔能源7、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，方便靈活，可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意添加或減少太陽(yáng)能方陣，避免浪費(fèi)缺點(diǎn)：1、地面應(yīng)用時(shí)有間歇性，在晚上或陰雨天不能或很少發(fā)電2、能量密度低，一般情況下，每平方米，太陽(yáng)強(qiáng)度為1000W/m23、目前價(jià)格較高，為常規(guī)電價(jià)的5-15倍四、結(jié)論目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電仍存在各種問題，如產(chǎn)能相對(duì)過剩、市場(chǎng)和原料在國(guó)外、成本相對(duì)較高、綜合能耗較大、質(zhì)量存在差距、單線產(chǎn)能低下、污染問題突出，行業(yè)組織松散等問題。但是太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)卻也是明顯的，太陽(yáng)能光伏技術(shù)的應(yīng)用不會(huì)產(chǎn)生二次污染，是絕對(duì)的環(huán)保，對(duì)于安全方面，太陽(yáng)能照明的工作電壓只有12V24V，對(duì)人體沒有任何的危害性，太陽(yáng)能照明系統(tǒng)采用微電腦智能化控制，全部自動(dòng)化，無需人員看管，帶用光感系統(tǒng)，做到天黑亮天亮熄燈。太陽(yáng)能照明工程后期工作運(yùn)行費(fèi)用低，維修費(fèi)、維護(hù)費(fèi)幾乎接近于零，工程安裝簡(jiǎn)單，施工周期短，操作安全，太陽(yáng)能供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，不受任何影響。對(duì)于燈具，太陽(yáng)能燈具使用壽命長(zhǎng)，并且安全節(jié)能，光源為冷光源，不會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，對(duì)植物沒有任何影響。太陽(yáng)能與建筑一體化是未來住宅的發(fā)展方向，太陽(yáng)能能源建筑系統(tǒng)是綠色能源和新型建筑理念兩大革命的交匯點(diǎn)，當(dāng)今世界上發(fā)達(dá)國(guó)家都予以了充分重視。1996年以來，德國(guó)、美國(guó)、日本分別開始實(shí)施“1000光電屋頂計(jì)劃”“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”“新陽(yáng)光計(jì)劃”。在以色列，幾乎所有的住宅都安裝了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前我國(guó)消費(fèi)者正以每天超過8000套的速度購(gòu)買住房，這些都將吃掉大量能源，造成環(huán)境危機(jī)，能源危機(jī)；日益嚴(yán)重的威脅著人類生存，就此問題，國(guó)務(wù)院做出批示，大力支持可再生能源的開發(fā)，重點(diǎn)扶持太陽(yáng)能光伏發(fā)電。中國(guó)應(yīng)該吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改變過度依賴化石能源的能源結(jié)構(gòu)，積極發(fā)展可再生能源，真正意義上實(shí)現(xiàn)人類與自然的和諧發(fā)展。如此看來，太陽(yáng)能發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環(huán)保能源將在21世紀(jì)得到前所未有的發(fā)展。尤其是太陽(yáng)能電池在使用中不會(huì)釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何有害氣體，這將極大的改善生態(tài)環(huán)境、解決地球溫室效應(yīng)的問題，因此太陽(yáng)能電池有望成為21世紀(jì)的主導(dǎo)新能源，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有一席之地。參考文獻(xiàn)[1]高虎,李俊峰,許洪華.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)分析[J].中國(guó)科技產(chǎn)業(yè).2006(02)[2]張立文,張聚偉,田葳,張曉紅.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù).2010(03)[3]付永長(zhǎng),蔡皓.太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].農(nóng)村電氣化.2009(09)[4]劉道春.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展前景[J].大眾用電.2009(03)[5]趙春江,楊金煥,陳中華,鄒乾林.