《电工电子学》 课外拓展阅读报告
《生活中的电工电子学》
姓
名：赖明飞 指导教师：冯芳碧 学
号：20114128 专业班级：核技术02班
2012年12月
《电工电子学》课外扩展阅读报告
核技术和核工程02班赖明飞20114128
生活中的电工电子学
——太阳能光伏发电技术
摘要：传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。
关键词：光生伏特效应；光伏发电；太阳能电池
1 太阳能光伏发电介绍
1.1 太阳能光伏发电技术
将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术。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。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。
1.2 光伏发电理论
光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,
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核技术和核工程02班赖明飞20114128 光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。国产晶体硅电池效率在10至13%左右，国外同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电正在起步阶段。
1.3 太阳能光伏发电分类
太阳能光伏发电分为独立光伏发电与并网光伏发电：
1、独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
2、并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网光伏发电的主流。
2 太阳能光伏发电的用途
目前，光伏发电产品主要用于三大方面：
2.1 为无电场合提供电源
主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；而其中太阳能电池为主要。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。据Dataquest的统计资料显示，目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中，其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发，积极生产各种相关的节能新产品。1998年，全世界生产的太阳能电池，其总的发电量达1000兆瓦，1999年达 2850兆瓦。根据欧洲光伏工业协会EPIA2008年的预测，如果按照2007年全球装机容量为2.4GW来计算，2010年全球的年装机容量将达到6.9GW,2020年和2030年将分别达到56GW和281GW，2010年全球累计装机容量为25.4GW，预计2020年达到278GW，2030年达到1864GW。全球太阳能电池产量以年均复合增长率47%的速度迅猛增长，2008年产量达到6.9GW。目前，许多国家正在制订中长期太阳能开发计划，准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划，日本推出的是阳光计划。NREL光伏计划是美国国家光伏计划的一项重要的内容，该计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件以及系统性能和工程、光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作。
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美国还推出了\"太阳能路灯计划\",旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电，根据计划，每盏路灯每年可节电 800 度。日本也正在实施太阳能\"7万套工程计划\"， 日本准备普及的太阳能住宅发电系统，主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备，家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。一个标准家庭可安装一部发电3000瓦的系统。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的\"尤里卡\"高科技计划，推出了\"10万套工程计划\"。这些以普及应用光电池为主要内容的\"太阳能工程\"计划是目前推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一。
日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家最近决定携手合作，在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站，他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来，为30万用户提供100万千瓦的电能。计划将从2001年开始，花4年时间完成。
目前，美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。美国拥有世界上最大的光伏发电厂，其功率为7MW，日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂。全世界总共有23万座光伏发电设备，以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。
20世纪90年代以来，全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断地发展。据Dataquest发布的最新统计和预测报告显示，美国、日本和西欧工业发达国家在研究开发太阳能方面的总投资，1998年达570亿美元；1999年646亿美元；2000年700亿美元；2001年将达820亿美元；2002年有望突破1000亿美元。
2.2 太阳能日用电子产品
如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地厂各种灯具等；目前在太阳能产品上投资也是非常热门的，业内有句话叫“金子般的行业”。就我国而言主要有以下几个方面的理由：
1、属于节能环保产品，与其他热水器相比实用的多，确实能给消费者更多的实惠；
2、国家支持，“节能减排”是目前国家的一项基本国策，其中非常重要的产品就是太阳能；且国家已把太阳能产品列入“家电下乡”范畴之内，即凡购买太阳能的消费者可以获得13%的国家补贴；
3、地方政府支持力度非常大，国内大多数省份已经出台新建楼房必须安装太阳能的规定；
4、消费者对太阳能的认知度越来越高，太阳能正逐步成为家庭生活的“必需品”；
5、厂家大规模的宣传和投入，已使太阳能成为当之无愧的“朝阳产业”。
2.3 并网发电
发电厂都存在并网发电的问题，如果不并网，即离网，会造成发电效率低，且发电质量下降，比如自己家发电自己用，一旦自己用的少了，就只能少发电，用的多了，发出的电又不够，电能质量不稳定。而并网后，就不存在这样的问题了，多发出的可以上电网给电网上的其他用户，发的少了可以利用电网的电做补充，电能质量也较稳定。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008年北京“绿色奥运”部分用电由太阳能发电和风力发电提供。
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3 世界光伏现状
近几年国际上光伏发电快速发展，2007年全球太阳能新装容量达2826MWp，其中德国约占47%，西班牙约占23%，日本约占8%，美国约占8%。2007年，在太阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外，太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元，使得该产业规模不断扩大。虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延2-6年。
中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。而且中国《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；原油价格的上涨，中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。
太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，我国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW（百万千瓦）。预计，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。未来十几年，我国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。
参考文献: [1] 太阳能光伏发电资讯和技术应用案例
．OFweek太阳能光伏网 [2] 太阳能电池技术应用资讯
．百度词条
[3]沈辉.太阳能光伏发电技术.化学工业出版社，2005 [4]邓长生，太阳能原理与应用，化学工业出版社，2010 [5]吕芳、江燕兴、刘莉敏、曹志峰，太阳能发电，化学工业出版社，2009 [6]冯垛生 张淼 赵慧 林珊，太阳能发电技术与应用，人民邮电出版社，2009 [7][德]彼得·乌夫尔著，太阳能电池-从原理到新概念，化学工业出版社，2009
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核技术和核工程02班赖明飞20114128 [8]邱创 董超 浅析我国太阳能发电发展中的问题及其对策 《湖北电力》 2009
