太阳能光伏发电系统的性能及原理介绍

关键字：太阳能光伏发电性能

一、特点：

太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件（ Solar

cells）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，在广大的无电力网地区，

该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互

补。而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。

二、系统的组成：

电源系统：太阳能电池组件和蓄电池。

控制保护系统：控制器和逆变器。

系统终端（负载）：用户的用电设备。

三、太阳能发电原理：

太阳能电源系统

太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

1）电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太

阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件（阵列）。单一电池是一只

硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由 P 型和 N 型两种不同导

电类型的同质半导体材料构成的 P-N 结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料

吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于 P-N 结势垒区存在着较强的

内建静电场，因而能在光照下形成电流密度 J，短路电流 Isc，开路电压 Uoc。若在内建电

场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由 P-N 结、连接电路和负载形成的回路，于是

就有“光生电流”流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率 P 输出。

（2）电能储存单元：太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影

响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照

时间（发电时间）的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。

控制器

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，以获得最高效

率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即 PWM 控制方式，使整个系统始终运行于最大

功率点 Pm 附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点 Pm，又能跟踪太阳移动参数的“向日葵”式控

制器，将固定电池组件的效率提高了 50%左右。

DC-AC 逆变器

逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的

直流电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用 SPWM 处理器经过调制、滤波、升压等，

得到与照明负载频率 f，额定电压 UN 等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。

太阳能发电系统的效率

在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese 由电池组件的 PV 转换率、控制器效率、蓄电

池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆

变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有 17%

左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。

太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，

主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射;运用吸杂技术减小半导体材料的复合;电池

超薄型化;改进理论，建立新模型;聚光电池等。