光伏发电的基本原理精选(九篇)

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第1篇：光伏发电的基本原理范文

关键词：分布式；光伏发电系统；并网发电；电力生产；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2016）13-0090-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.043

分布式光伏发电是一种新兴的、具有广阔发展前景的技术，具有输出功率较小、绿色环保等特点。该技术采取就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则，利用光伏组件将太阳能直接转化为电能，既能缓解局部用电紧张状况，又能解决长距离输电的损耗问题，还能与大电网互为备用，提高供电可靠性，对于优化我国能源结构、促进节能减排、防治大气污染具有重要意义。

1 分布式光伏并网发电系统的基本原理

分布式光伏并网发电系统是近年来提出的“微电网”的一部分，是一个能实现自我控制、保护和管理的自治系统。其核心问题是使系统充分利用太阳能资源，在安装组件时应确保向阳光最充足的方向安装。其基本原理是利用太阳能电池组的光生伏打效应，通过并网逆变器，将光伏电池产生的直流电转换成与电网电压同频同相的交流电。太阳能转换为电能，主要分三步：（1）太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子-空穴对，电子带负电，空穴带正电；（2）电极性相反的光生载流子被太阳能电池产生的静电场分离开；（3）光生载流子和空穴分别被太阳能电池的正负极收集，在外电路中产生电流，形成电能。

分布式光伏发电系统主要分为就近较低电压等级并网和集中控制、高压单点两种并网方式。小型光伏发电系统对公共电网的影响相对较小，一般采用就近较低电压等级并网方式。大中型光伏电站通常并网容量大，对电网潮流影响较大，一般采用集中控制、高压单点并网方式。

2 分布式光伏并网发电系统的主要构成

分布式光伏并网发电系统主要由太阳能电池组件、光伏方阵支架、并网逆变器、蓄电池、直流汇流箱、直流配电柜、交流配电柜、系统监控和环境监测装置等构成。其基本运行模式是，当太阳辐射时，太阳能电池组件将太阳能转换成电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器转换成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力由所接入的电网调节。

2.1 太阳能电池组件

太阳能电池组件是分布式光伏发电系统的核心部件之一，目前应用最广泛的太阳能电池组件是结晶硅组件，用钢化玻璃、EVA及TPT热压密封而成，并加装铝合金边框，具有抗风、抗冰雹、便于安装等特点。太阳能电池通常由高纯硅材料制成，是一种半导体PN结器件。按照发电效率由高至低的顺序分为非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅电池、单晶硅电池和薄膜复合晶硅电池。其作用是将太阳能转化为电能，存储到蓄电池或推动负载工作。

2.2 光伏并网逆变器

光伏并网逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子器件，具备自动稳频和稳压的功能，能够确保光伏并网发电系统的供电质量。主要作用是将太阳能电池组件产生的直流电（12V、24V、48V）逆变成交流电，然后送入公共电网。主要性能指标是平均故障修复时间（MTTR）、故障率、可靠度、平均故障间隔时间（MTBF）。光伏并网逆变器分为电流源电流控制、电压源电压控制、电流源电压控制、电压源电流控制四种。为确保光伏并网发电系统具备良好的动态响应，光伏并网逆变器应选择电压源进行输入。如采用电压控制方式进行输出，需要使用锁相控制技术实现与电网同步的目的，但锁相回路响应时间较长，很难对并网逆变器输出电压值进行准确控制，易造成噪声环流现象，因此建议采用电流控制方式作为光伏并网逆变器的输出方式。为提高并网电流质量，光伏并网逆变器电流输出侧需使用合适的滤波器。同时为确保公共电网的安全，并网逆变器还要考虑三相电压、电流不平稳、欠压、防雷接地保护、短路保护、防孤岛效应等保护措施。

2.3 蓄电池

其作用是在有光照时储存太阳能电池板的电能，供负载使用。蓄电池一般使用免维护铅酸电池，也可使用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。主要性能指标包括额定容量、低温放电和充电性能、充电效率以及深放电后的恢复性能、使用寿命等。

2.4 充电控制器

蓄电池因日照影响频繁充放电会出现过充电和过放电现象，缩短使用寿命。充电控制器能为蓄电池提供稳定的充电电流和电压，起到过充电（放电）保护的作用。

2.5 监测系统

监测系统由数据采集系统、数据传输系统和数据中心组成。其中，数据采集系统包括环境监测、电参数监测等设备，主要功能是从电压传感器、电流传感器、智能传感器、温度传感器等被测单元中采集数据，送至上位机进行分析处理；数据传输系统主要用于电站数据监测系统中监测装置与数据采集装置之间、数据采集装置与数据中心之间的数据传输；数据中心是指集中多个光伏电站数据的环境，将传感器采集的信息在数据中心进行处理和显示。

3 分布式光伏并网发电的关键技术

3.1 网络拓扑技术

分布式光伏系统的网络拓扑结构与传统的集中式发电系统相比，存在较大差异。研究设计分布式光伏发电系统的网络拓扑结构，关键要充分考虑当地太阳能的分布预测和负荷水平，在可用性、随机性方面给予正确评估。

3.2 分布式发电系统并网控制技术

分布式光伏系统具有多并网逆变器和多能量来源等特点，必须注重在并网运行中的相互耦合影响以及并网协调的控制问题。为实现负荷稳态的合理动态分配，必须注重多个逆变器在独立运行中的协调控制问题，同时还要深入研究能够适合于并网逆变器的无盲区孤岛检测问题。

3.3 锁相环控制技术

锁相环是控制光伏发电系统并网输出的交流电与市电同频共相的一项技术，它作为一种反馈控制电路，接受外部信号后，与自身系统信号比较，再通过其内部的相关环节控制内部环路信号的相位和频率，然后发出信号。

其中鉴相器主要负责检测输入信号和输出信号的相位差，并将相位差转化成电压信号的形式。当输入信号出现波动时，鉴相器的输出电压信号将产生纹波。环路滤波器主要负责将这些电压信号平均化，并去除纹波，得到较为稳定的电压信号。压控振荡器主要负责接受稳定的电压信号，并产生一定频率的输出信号，输出信号传到开关管的控制电路，控制开关管的开关，使逆变器的输出电能与市电同频共相。

4 分布式光伏并网发电对电网的影响

我国中低压配电网大多采用中性点不接地系统，属于单侧电源辐射性供电网络，而分布式发电系统接入配电网，使配电系统从放射性结构变为多电源结构，潮流和短路电流大小、流向以及分布特性均会产生变化，对电网造成不良影响。

4.1 对电压调节的影响

接入分布式光伏电源后，会造成局部配电线路的电压波动和闪变，既定的电压方案不能满足配电网电压调节的要求。

4.2 对电流保护的影响

接入分布式电源后，当电路发生故障时，主要对继电保护、重合闸等动作产生影响。比如：降低本线路保护的灵敏度，甚至出现本线路保护的误动和拒动；导致相邻线路的瞬时速断保护误动，失去选择性；重合闸不能正常运行等。

4.3 出现非正常孤岛现象

孤岛效应是指当电网出现电气故障或其他原因中断供电时，并网发电系统仍然向周围的负载供电，从而形成无法控制的自给供电孤岛。尽管当前绝大多数光伏逆变器采用了预测孤岛现象和切断电路的设计，但分布式光伏发电系统在多个逆变器并联且相互影响的情况下，仍会出现无法预测的孤岛现象，进而损坏用电设备，甚至威胁到电网检修人员的安全。

4.4 对电能质量的影响

分布式光伏发电系统的逆变器使用了大量的电力电子元件，逆变器并网易产生谐波、三相电流不平衡，造成电网电压波动和闪变。

5 分布式光伏并网发电的发展前景

近年来，为解决能源问题和环境问题，国外许多发达国家十分重视分布式光伏系统的研发，光伏发电产业发展很快。我国也加大了分布式光伏发电的支持力度，国家和地方政府相继出台了一系列促进光伏产业发展的相关政策。目前分布式光伏发电已在发电站、交通监控、景观照明、道路照明等领域得到广泛应用，越来越多的居民开始使用家用太阳能电源产品。当前应用最广泛的分布式光伏发电系统是居民自建房屋、城市居民小区、产业聚集区厂房等建筑屋顶上的规模较小的光伏发电项目，其显著优点是日照辐射好，不占专用地，光伏组件安装相对自由，系统效率高，便于大规模推广应用。据有关资料统计，2014年，分布式光伏发电建设规模占800万千瓦，超过建设规模总额的一半。国家公布的相关规划明确提出，鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统，鼓励单位、社区和家庭安装和使用分布式光伏发电系统，同时，屋顶问题、接入问题和贷款问题也将逐步得到解决。另外，国家将在每个省建设500MW分布式光伏发电应用示范区，分布式光伏发电将会在国内迎来更为广阔的前景。

参考文献

[1] 曹仁贤.光伏发电系统中三相大功率逆变电源的研制

[A].全国光伏技术学术研讨会论文集[C].1998.

[2] 王P.分布式独立光伏发电系统逆变电源及其并联的

研究[D].山东大学，2007.

[3] 潘逸，窦伟.新型大功率光伏并网逆变器关键技术仿

第2篇：光伏发电的基本原理范文

关键词：光伏阵列；不均匀光照；输出特性；信真模型；Matlab；Simulink 文献标识码：A

中图分类号：TM914 文章编号：1009-2374（2015）29-0024-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.012

1 光伏发电的基本原理

1.1 光伏电池的数学模型

光伏电池的等效电路如图1所示，图中，为光生电流，取决于光伏电池的面积和入射光的辐照度和本体的温度；为暗电流，是光伏电池无光照时由外电压作用下PN结流过的单向电流；为负载电流；为开路电压，与入射光的辐照度的对数成正比，与环境温度成反比；为串联电阻，一般小于1欧姆；为旁路电阻，一般为几千欧姆；I0为无光照时的饱和电流；为短路电流。

2 仿真探索不均匀光照下光伏阵列的输出特性

2.1 模型介绍

模型中每一个光伏电池都并联了一个旁路二极管，但只并联旁路二极管时运行中会报错，因此旁路二极管旁又并联一个电阻，光伏阵列模块由4个光伏电池串联。光伏电池模块如图2所示：

用以上模型仿真，将光伏阵列的输出电压、输出电流、输出功率导入matlab的workspace当中，即可画出相应的光伏阵列输出特性曲线。

2.2 不均匀光照下光伏阵列的输出特性

2.2.1 一种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照均设为时，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图3（a）和3（b）所示：

观察图3，在I-U特性曲线中，光伏阵列的开路电压即为4个光伏电池串联后的开路电压，；光伏阵列的短路电流即为4个光伏电池串联后的短路电流，。P-U特性曲线中，光伏阵列最大功率点电压为，最大功率为，。仿真所得图线与理论计算结果一致。

2.2.2 两种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图4（a）和4（b）所示：

2.2.3 三种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图5（a）和5（b）所示：

2.2.4 四种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图6（a）和6（b）所示：

2.2.5 不均匀光照下光伏阵列的输出特性仿真总结。（1）当整个光伏阵列中只有一种光照时，其I-U特性曲线上只有一个膝点，其P-U特性曲线上只有一个峰值；（2）当某块光伏电池被遮挡时，由于所接受到的光照下降，导致被遮挡的光伏电池的I-U特性曲线上短路电流的下降，同时由于遮挡导致光伏电池温度升高，其相应的开路电压也会相应减小。因此，当光伏阵列中的某块电池被遮挡时，其光伏阵列的输出特性会发生变化，即整个光伏阵列的I-U特性曲线上会出现多个膝点，而对应的P-U特性曲线上可能会出现多个峰值；（3）当有个光伏电池串联，有（）种光照时，光伏阵列的I-U特性曲线将有个膝点，P-U特性曲线可能会出现个波峰。

参考文献

[1] 薛定宇，陈阳泉.系统仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2] 吴忠军，刘国海，廖志凌.硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计[J].电源技术，2007，31（11）.

第3篇：光伏发电的基本原理范文

【关键词】 功率预测 短期预测 均方根误差

发电与用电必须实时平衡是电力系统运行的重要特点，只有这样系统才能保证安全和稳定。因而无论在国内还是国外，电网调度部门主要负责电力系统的调频、调峰、安排发电计划和备用容量等业务。对于新能源发电方面，尤其以光伏和风电为代表，当其在电力系统中达到较高透率时，准确预测其输出功率不仅有助于调度部门提前调整调度计划来减轻光伏风电间歇性对电网的影响，而且还可减少备用容量的安排，从而降低系统运行成本。因此，新能源功率预测在电网调度领域占有举足轻重的地位，更精确的预测风能、太阳能发电功率有利于制定合理的电力调度计划。

1 国内外研究现状

对新能源发电功率预测技术的研究较早起源于国外，尤其以丹麦、德国、瑞士、西班牙和日本等国的相关大学和科研机构为代表。上世纪90年代丹麦开始大力发展风电，促使了其不同公司或高校开始研究新能源功率预测问题。[1]相继产生了多个产品，如Riso实验室开发了Prediktor系统，丹麦技术大学开发出WPPT（Wind Power Prediction Tool）系统，而后的用于风电功率预测的Zephry系统就是由Prediktor和WPPT整合而来，另外由ENFOR公司研发的用于光伏功率预测的SOLARFOR系统也比较有代表性；作为国际上较早大面积应用新能源的德国，其Oldenburg大学开发了Previento系统，德国太阳能研究所开发了风电功率管理系统（WPMS）；西班牙Joen大学建立了19kW的光伏发电站验证其发电预报准确率[2]，通过人工神经网络算法，以实测的光伏板温度、日照辐射强度为输入值，以其I/V曲线为目标函数，训练神经网络的多层传感器，求解出逼近实际工况的I/V曲线，建立了发电功率日照强度、板温之间的函数关系，经过验证，该系统2003年发电量预测值与实测值的历史相关系数高达0.998。国内方面光伏发电量预测技术研发起步较晚。华北电力大学[3]结合光伏组件数学模型和保定地区气象资料，模拟了30MW光伏电站发电量数据，利用支持向量机回归分析方法进行功率预测，但该方法无实际光伏电站的实况发电量数据，缺乏实验验证，对实际光伏电站发电量预报的指导意义有限。华中科技大学[4]利用该校屋顶光伏并网发电系统资料进行研究，通过2005―2010年不同季节气象因素与发电量之间的相关分析，得出光伏发电量与辐照度的相关性最大、温度次之、风速再次之。

2 功率预测方法及分类

为提高功率预测精度，国内外研究机构都在尝试各种新的预测方法，主要的功率预测方法分类如（图1）。

时间序列分析是持续预测法中的一种，其认为风速、辐照强度预测值等于最近几个风速、辐照强度历史数据的滑动平均值，通常只是简单地把最近一点的观测值作为下一点的预测值。该模型的预测误差较大，且预测结果不稳定。改进的方法有ARMA模型法、卡尔曼滤波法。

人工神经网络方法被广泛用来解决非线性问题的建模方法。它由大量简单元件相互连接而成的复杂网络，具有高度的非线性，能够进行复杂的逻辑操作的非线性关系。其具有很多优良性能，如非线性映射能力、自组织性和自适应性能力、记忆联想能力、容错能力等。

按照风电或光伏功率预测的时间尺度可分为中长期、短期和超短期预测。对于中长期预测或更长时间尺度，主要用于风光电场或电网的检修维护计划安排等的预测。对于30分钟～72小时的预测，主要用于电力系统的功率平衡和经济调度、电力市场交易、暂态稳定评估等称为短期功率预测。一般认为不超过30分钟的预测为超短期预测。从预测模型建立角度考虑，不同时间尺度的预测有本质区别：0～3小时的预测主要由大气条件的持续性决定，所以如果不通过数值天气预报也能得出较好的预测结果，如采用可得到更好结果。对于时间尺度超过3小时的预测，不考虑数值天气预测无法反应大气运动的本质，所以难以得到较好的预测结果，所以通常的预测方法都采用数值天气预报的数据。

基于物理方法的功率预测流程示意图如下（以风功率预测为例）。首先通过数值天气预报得到风速、风向等气象数据，再根据电场周围的地理信息参数（等高线、粗糙度、障碍物、温度分层等）采用软件计算得到风机轮毂高度的风速、风向、气温、气压等参数，最后根据风机功率曲线计算得到风电场输出功率。因为在不同的风向和温度条件下，即使风速相同，风电场输出功率也不相等，因此风电场功率曲线是一族曲线，同时还应考虑风电机组故障和检修的情况。对整个区域进行风电功率预测时，可对所有的风电场输出功率进行预测，然后求和得到区域总功率。

基于统计方法的风电/光伏的功率预测不考虑风速/辐照变化的物理过程，根据历史统计数据找出天气状况与风光电场出力的关系，然后根据实测数据和数值天气预报数据对电场输出功率进行预测。

两种方法各有优缺点。物理方法无需大量的测量数据，但对大气的物理特性及风/光电场特性的数学描述要求较高，这些描述方程求解困难、计算量大。统计方法无需对求解方程，计算速度快，但需要大量历史数据，采用机器学习方法对数据进行挖掘与训练，得到气象参数与风/光电场输出功率的关系。目前的趋势是将两种方法混合使用，称之为综合方法。

3 三种预测方法的对比

通过应用三种统计预测算法于某案例中对其预测精度进行了对比。案例以某岛屿上的分布式风光电站发电量为检验对象，该电站由25台30kw并网光伏逆变器、5台50kw风机组成，合计1000kw。选取2013年4月份的历史功率数据和历史数值天气预报数据作为模型建立依据，5月份发电量作为预测对象（因为该区域4，5月份天气变化相对最小），并采用同时段的历史功率数据对模型的预测结果进行验证。

3.1 ARMA预测模型

3.1.1 ARMA模型的基本原理

ARMA模型也称为自回归滑动平均模型，是研究时间序列的重要方法之一，是由自回归与滑动平均两种模型“混合”而成。常用于长期追踪资料的研究和用于具有季节变动特征数据的预测中，所以可将其应用于风电光伏功率预测领域。

3.1.2 预测结果及误差分析

运用ARMA模型分别对5月1日9时0分至5月31日18时00分进行预测，得到原始风电光伏总功率和预测功率。预测结果如（图3、4）所示。

常见的预测误差的评估方法有平均绝对误差，均方根误差，相关系数等。均方根误差放大了出现较大误差的点，能更好的反映光伏电站预测模型的准确度，因此本文采用均方根误差RMSE对模型的误差进行评估。

其中，N-测试样本数；P-装机容量。

通过Matlab的计算，我们得到各项指标结果如表1。

3.2 卡尔曼滤波预测模型

3.2.1 模型基本原理

卡尔曼滤波法运用了滤波的基本思想，利用前一时刻预报误差的反馈信息及时修正预报方程，以提高下一时刻的预报精度。要实现卡尔曼滤波法预测风光功率，首先必须推导出正确的状态方程和测量方程。因已通过时间序列分析建立了风电功率时间序列的ARMA模型，故可将ARMA模型转换到状态空间，建立卡尔曼滤波的状态方程和测量方程。

3.2.2 预测结果及误差分析（如图5、图6）

通过Matlab的计算，我们得到各项指标结果如（表2）。

3.3 小波神经网络预测模型

对于上文的ARMA模型和卡尔曼滤波模型都属于线性模型，都必须先对模型结构做出假设，然后对模型参数的估计得到预测值。因此，模型结构的合理与否，直接影响到最终预测的精度。由于风光电场功率具有高度的不确定性，因而单一的线性预测模型不足以挖掘其功率数据中的所有信息。而神经网络具有自学习、自组织和自适应性，可以充分逼近任意复杂的非线性关系，所以本文选择小波神经网络方法对风光功率进行非线性预测研究。

3.3.1 小波神经网络法基本原理

小波神经网络是一种以BP神经网络拓扑结构为基础，把小波基函数作为隐含层节点的传递函数，信号前向传播的同时误差反向传播的神经网络。小波神经网络的拓扑结构如图7。

3.3.2 模型建立

首先采集四月份一整月的光伏风电功率数据，每隔15min记录一个时间点，共有960个时间节点的数据，用前四月份30天的功率数据训练小波神经网络，最后用训练好多的神经网络预测之后的功率数据。基于小波神经网络的功率预测算法流程图如图8所示。

小波神经网络的拓扑结构如图9所示。

小波神经网络训练：通过数据训练小波神经网络，网络反复训练100次。

神经网络网络测试：用训练好的神经网络预测风光功率，并对预测结果进行分析。

3.3.3 预测结果

利用Matlab处理数据并进行计算，我们得到基于小波神经网络的功率预测结果（图10、11）。

预测结果分析：

本文采用了ARMA模型、卡尔曼滤波预测算法和小波神经网络算法对该岛的分布式风光电功率数据样本进行了预测。分析表1～表3预测效果评价指标，我们得到以下认识：小波神经网络模型中我们得到预测结果：超短期预测精确度误差最小达到到7%，短期预测精确度误差最小达到到9%，表明小波神经网络的预测结果已经相当精确。对小波神经网络预测曲线与线性预测模型的预测曲线进行对比，可以看到：神经网络对于光伏风电功率的描绘更加平缓。

4 结论与展望

在对国内外文献广泛调研的基础上，较为全面地论述了风电、光伏功率预测技术的研究现状和最新动态，对当前功率预测技术方法进行了总结归纳，建立了针对某岛屿分布式风光互补示范工程的高精度发电功率预测模型，成功实现了分布式电源总输出（光伏风电）的精确预测，实验运行结果表明：该系统能够准确预测次日短期和未来4小时超短期光伏发电出力，短期和超短期预测的月平均均方根误差分别为9%和7%。

为了进一步提高功率预测精度还需要提高数值天气预报质量，从而得到精度更高更丰富的区域气象数据。因此需要尽快建立我国数值天气预报商业化服务，进一步完善风电光伏功率预测系统，提高预测精度。

参考文献：

[1]BOSSANYI E A. Short-term wind prediction using Kalman filters[J]. Wind Engineering， 1985，9（1）：1-8.

[2]Almonacid F， Rus C， Perez P J，et al.Estimation of the energy of a PV generator using artificial neural network [J]. Renewable Energy， 2009， 34（12）：2743-2750.

第4篇：光伏发电的基本原理范文

关键词：光伏组件；太阳电池；光伏充电；汽车空调设备

0 引言

研发以太阳能供电的汽车空调系统，能把太阳能光伏电源储存于电池内， 即将太阳的光能转化为太阳能电池的电能加以利用并将多余的电能存储起来供汽车空调系统使用。电流经过MPPT和控制系统进入蓄电池或者直接驱动电动机，也可以以二者结合的方式进行。在一定的阳光照射下，电能将直接进入蓄电池，进而将电能主要供给空调使用，调节汽车内的温度，特别适合在炎热的夏天使用，解决了夏天中午出入汽车内就像“蒸笼”的问题，持续供有冷气输入，使汽车内始终保持恒温状态。并且平日里多余的电还可以用来汽车照明、播放MP3、以及充当移动式电源等。该方法每年能使每辆汽车减少四吨二氧化碳的排放量，为建设环保节约型社会创造了良好的条件。

1 太阳能光伏发电原理与系统

1.1 硅太阳能电池工作原理

太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。半导体具有热敏性，光敏性和掺杂性。表现为半导体在环境温度上升，受到的光照强度增强，纯净的半导体中掺入杂质的情况下，半导体的导电能力会显著增强。本征半导体半导体主要为高纯度的硅和锗，为正四棱锥结构，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入微量3价元素如掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图1：

图中，正电荷为Si，负电荷为Si周围的4个价电子。硼原子最外层有3个价电子，这3个价电子与周围4个Si原子形成共价键时缺少一个电子，即共价键结构中产生一个空穴，Si原子周围的电子很容易填补这个空穴，因此在原来的位置上产生新的空穴，而此时硼原子变为负离子。形成P型半导体。同样的道理，在Si中掺入5价的磷原子以后，因为磷原子周围有五个价电子，其中4个与硅原子形成4个共价键，多余的一个自由电子，形成N型半导体，多子为自由电子。N型半导体中的多子为空穴，这样，P型和N型半导体结合在一起，空穴和电子相遇复合而消失，就会在接触面形成电势差产生内电厂，这就是PN结。

当半导体接受光照后，在PN结中，N型半导体的多子（空穴）的扩散运动加强，而P型区中的多子（自由电子）往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流结中形成电流。

1.2 太阳能发电系统组成部分

一般地，太阳能发电系统由电池组、太阳能控制器以及蓄电池组成。其各自作用如下：

（1）太阳能电池板：太阳能电池板是本装置中的核心部分，其作用是将太阳的光能转化为蓄电池的电能，并存储到蓄电池中，实现光电转换。在当今传统能源日渐枯竭的形势下，这是一种非常清洁的能源利用方式。而太阳能电池板吸收光能的效率也对此系统起到了决定性的作用。

（2）控制器：控制器的作用顾名思义是对整个系统起到控制的作用。例如当蓄电池过充电或过放电时可以及时的起到保护作用。而当太阳能电池板处于温差较大的工作状态时，控制器也可以及时进行温度补偿，除此之外，控制器还可以在安装光控开关或时控开关时可以自动控制系统的工作与否，时整个系统不可缺少的一部分。

（3）蓄电池：时起到存储电能的作用，将有光照时产生的电能存储起来，供系统随时使用。

（4）逆变器：将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电供空调系统使用。

2 汽车空调特点与现况

汽车空调原理大致和家用空调原理差不多，按动力来源分，可分为独立式空调和非独立式空调。由图3可知，非独立式空调和发电机绑定在一起运转空调。在此基础上会消耗发动机10%-15%的动力来源，这将直接对汽车的加速和爬坡能力有很大的影响，使我们所不愿看到和避免的。而且汽车不能保证在停止运行时还能继续供给空调电力。

然而，对于独立式空调，需要具备专门的动力源来驱动整个空调系统的运作，打比方，独立式空调可能需要两台发动机，占用一定的空间，燃油用量巨大，成本难以控制，且难以维护。

3 太阳能光伏发电供给汽车空调用电装置可行性分析

首先了解并掌握好太阳能光伏发电原理和空调运作的基本原理，其次考虑将上述两样完美地嵌在汽车内，进而保持良好的运作。

设计太阳能电池板在汽车车顶上的安装，将太阳能的光能转化为电能，将电能与汽车内的独立空调相连，主要由太阳能发电供给空调用电。同时将一部分太阳能另一部分电力接入汽车内其他用电设备，在汽车内电力不足时供给上足够的电能。

光伏充电系统运作时间从早上8：00开始，到晚上21：00结束，充电时间主要为8：00-18：00，夜晚18：00-21：00只放电，不充电。考虑到晴雨天气，晴天多余的电量储备在蓄电池内，雨天也可以继续放电。

4 市场效益分析

太阳能汽车取代了一部分燃料汽车，一方面节约了能源，一方面减少了污染，既缓解了能源危机，又减缓了温室效应。由于市场广泛，本装置的实用性和创意性会让其拥有不错经济效益。本装置安装在汽车车顶，主要利用太阳能发电供给空调用电，同时给汽车其他用电设备供电，经济效益高，减少了汽车对于汽油的依赖。由于在汽车内设置独立式空调，不用发动机供给动力，增加了安全性和舒适性。特别是在炎炎夏日，不用担心不用车时车内气温的上升问题，长期的恒温空调为畅享一个舒适凉爽的夏天创造了很好的条件。

参考文献：

[1]太阳光电协会编，宁亚东译.太阳能光伏发电系统的设计与施工（日）[M].科学出版社，2006（04）.

[2]吕芳主编.太阳能发电[M].化学工业出版社，2009（09）.

[3]冯垛生，王飞编著.太阳能光伏发电技术图解指南[M].人民邮电出版社，2011（05）.

第5篇：光伏发电的基本原理范文

本文首先综述了国内外风光互补发电系统的研究现状和发展趋势；论述了小型风光互补发电系统的组成及工作原理；其次，详细介绍了风能和太阳能的各自原理，并对风光互补发电系统控制技术进行了说明。

[关键词]风力发电原理 太阳能发电原理 风光互补系统

中图分类号：S214.4 文献标识码：S 文章编号：1009914X（2013）34003301

1风力发电和太阳能发电情况概述

进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的匮乏，另一方面石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。人类需要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。而太阳能和风能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作为这两种能源的高级利用太阳能发电和风力发电技术受到世界各国的高度重视。由于风力发电和太阳能发电系统均受到外部条件的影响，光靠独立的风力或太阳能发电系统经常会难以保证系统供电的连续性和稳定性，因此，在采用风光互补的混合发电系统来进行相互补充，实现连续、稳定地供电。

2 风力发电系统的基本原理

2.1 系统组成与分类

风力发电系统主要由风力机、发电机、齿轮箱、变频器、调向机构、制动机构和塔架等组成。风力机把风能转换为机械能，发电机把机械能转换为电能。目前，世界上大中型风力发电机组主要有两种类型：一类是恒速恒频，这类风电机组并网后捕获风能的效率低；另一类就是变速恒频，相比之下，变速恒频风力发电机具有不可比拟的优势。

变速恒频风力发电系统根据其中不同类型发电机，如异步感应发电机、双馈感应发电机、永磁同步发电机等，有多种拓补结构，以其特点适用于各种不同场合，这里主要介绍双馈感应发电机组型。

3 太阳能光伏发电系统概述

3.1太阳能发电原理

太阳能光伏电池（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能。目前世界各国正在研究的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率略低，但价格更便宜。另外，还有其它类型的太阳电池[5]。

当入射太阳光的能量大于硅半导体的禁带能量时，太阳光子照射入半导体内，把电子从价电带激发到导电带，从而在半导体内部产生了许多“电子-空穴”对，在内建电场的作用下，电子向N型区移动，空穴向P型区移动，这样，N区有很多电子，P区有很多空穴，在P-N结附近就形成了与内建电场方向相反的光生电场，它的一部分抵消了内建电场，其余部分则使P区带正电，N区带负电，于是在N区与P区之间产生了光生伏打电动势，这就是所谓的“光生伏打效应”。

3.2 光伏阵列的最大功率点跟踪方法

所有光伏系统都希望光伏电池阵列在同样日照、温度的条件下输出尽可能多的电能，这也就在理论上和实践上提出了太阳电池阵列的最大功率点跟踪（MPPT-Maximum Power Point Tracking）问题。太阳能光伏应用的日益普及、太阳电池的高度非线性和价格仍相对昂贵更加速了人们对这一问题的研究。

太阳能电池在阳光照射下，具有特殊电性能的半导体内产生自由电荷，这些自由电荷定向移动并积累，从而在其两端形成电动势，当用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。光伏效应在液体和固体物质中都会发生。但是，只有在固体中，尤其是在半导体中，才有较高的能量转换效率。所以，人们常把太阳能电池称为半导体太阳能电池。

太阳能电池的基本原理和二极管类似，可用简单的PN结来说明。电池单元是光电转换的最小单元，一般不单独作为电源使用。将太阳能单元进行串、并联并封装后就成为太阳能电池组件，功率一般为几瓦、几十瓦甚至数百瓦，众多太阳能电池组件需要再进行串、并联后形成太阳能电池阵列。

4 基于DSP风光互补发电设系统计

4.1风光互补发电系统的组成及总体框图

风光互补.发电总体结构系统主要由电补发电系统总体结构如图4-1所示，电能产生环节、电能变换控制环节和电能存储消耗环节3部分组成。

电能产生环节包括风力发电和太阳能发电两部分。风力发电部分可通过直流风机或交流风初获取风能转化为电能；太阳能发电部分通过太阳能电池板获取光能转化为电能。

电能变换控制环节由DC/DC变换器、主拦制电路等部分构成，是发电系统的核心环节。交流风机输出的三相交流电需经整流后进入DC/DC变换器，直流风机输出直流电经过稳压后直接送入DC/DC变换器；太阳能电池板输出指到的直流电通常要通过1个防反二极管后，再送入DC/DC变换器。

主控制电路采用TMS320F2812控制芯片，通过控制DC/DC变换器实现功率变换，同时还可对各种信自，、参数进行数据采集、处理，从而实现设备保护、风险预警等功能。

电能存储消耗环节包括存储和消耗两部分。电能的存储部分由蓄电池承担，用来消除由于天气等原因引起的能量供需的不平衡，在整个系统中起到电能调节和平衡负载的作用。电能的消耗部分主要由直流负载、交流负载组成。直流负载可由蓄电池直接引入，也可通过1个升压或降压直流变换电路提供所需要的直流电压；对于交流负载则需将蓄电池输出的直流电变为交流电。

5结论与建议

所谓风光互补，简而言之，是指将风力发电和光伏发电组合起来构成发电系统。利用太阳能电池将太阳能转换成电能的光伏发电系统，虽然清洁，但造价相对高，且受日照时间影响；而风电系统虽然系统造价低，运行维护成本低，但质量可靠性也相对较差。将两者结合，就能互补所短，各扬所长。

本文以“新能源发电技术"为课题研究方向，根据太阳能、风能的特点，给出了风光互补控制器的设计方案。风光互补发电系统的特点如下所示：

（1）风光互补发电系统的最大功率点追踪控制。智能化最大功率跟踪，确保电能最高利用率。采用升降压DC/DC变换技术控制其输出电压就可以实现控制风力发电机、太阳能电池阵列的输出电流，通过调节输出电流使风光互补发电系统始终工作在最大功率点，即所谓的最大功率点追踪控制（MPPT）。

（2）风力发电控制部分采用TMS320F2812 DSP和PWM脉冲宽调制充电方式，高效率地实现对蓄电池的充电，同时具备了完善的蓄电池电压监控、手动停风机和充电指示等功能。

（3）光伏发电控制部分采用TMS320F2812 DSP做主控制器，通过对蓄电池电压、环境温度、太阳能板的电压等参数的检测判定，以实现各种控制和保护功能。

（4）风光互补发电系统采用交错并联控制，由DSP对两个交换器进行分别控制，其输出电压的PWM脉冲相位相差180度。其电流波动幅度和电磁干扰与传统控制方式相比均能够降低。

总之，相信随着设备材料成本的降低、科技的发展、政府扶持政策的推出，该清洁、绿色、环保的新能源发电系统将会得到更加广泛的应用。

第6篇：光伏发电的基本原理范文

关键词：新能源；电力系统；课程建设；教学方法

作者简介：赵晶晶（1980-），女，重庆人，上海电力学院电气工程学院，副教授；李东东（1976-），男，安徽阜阳人，上海电力学院电气工程学院，教授。（上海 200090）

中图分类号：G643.2     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2014）14-0077-02

21世纪人类面临的两大基本问题是能源问题与环境问题，发展新能源是解决这两大问题的必由之路。新能源是相对于常规能源而言的，是指采用新技术和新材料或在新技术基础上系统地开发利用的能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能等，大部分新能源被转换成电能接入电力系统中。新能源在地理位置上高度分散、受气候影响大，因此新能源发电的控制方式比传统石化燃料发电复杂。要将大量新能源电能接入现有电力系统，需要电网在规划、运行及控制等诸多方面作出调整，以便能更好地适应新能源随机性、波动性对电力系统电压、频率、稳定性等方面带来的影响。

2013年，为促进上海电力学院电力系统及其自动化专业研究生适应新能源大量并网后电力系统发展的需要，上海电力学院电气工程学院新开设了“新能源与电力系统”研究生专业选修课程。该课程旨在使学生对新能源发电技术的基本原理、风力与光伏发电等可再生能源并网后电力系统的运行特点有一个全面的了解，并能够利用电力系统专业分析方法解决新能源并网给电力系统带来的新问题，为进一步分析和研究新能源并网后电力系统的规划、设计、运行打下良好基础。

一、课程结构与教学内容的设计

“新能源与电力系统”课程的内容涉及电气、动力、机械、控制等许多学科领域，其中新能源发电技术主要包括太阳能发电、风能发电、生物质能发电、氢能发电、天然气、燃气发电、小水力发电、地热能发电和海洋能发电等多种发电技术。新能源发电并网后对电力系统的影响包括规划、运行、控制等诸多方面。该课程涉及“新能源发电技术”与“电力系统分析”两部分内容，概念多、知识面广、工程应用性强。但授课学时仅为36学时，内容多，课时少，要在有限的课堂教学时间内使学生有效掌握重要知识，需要合理设置课程结构，并对教学内容进行筛选。

在过去10年中，世界风电装机容量以平均每年30%累计速度迅速增长。截止到2013年，中国风电累计装机已突破90GW，全球总装机容量达到318GW。中国光伏发电累计装机容量达到17.16GW，其中，大规模光伏电站累计装机容量达到11.18GW，分布式光伏发电累计装机容量达到5.98GW。风力发电和太阳发电占据新能源发电总装机容量的91.5%，是新能源利用的主力军。生物质能、海洋能、地热源等其他新能源发电技术还处于实验研究或商业探索阶段，市场份额较小。

大量随机性、波动性的风电和光伏发电并网后对电力系统运行带来较大的影响，特别是中国部分北方地区千万千瓦级风电场集中接入当地110kV或220kV电网，对风电接入地区电力系统的运行与控制产生了相当大的影响。因此，该课程将风力发电并网后对电力系统的影响作为课程主要讲授内容之一。而太阳能光伏发电装机容量较小，大型的光伏电站装机容量一般在几兆瓦以内，如果直接接入当地110kV或220kV电网，对电网影响不大。但大量的分布式光伏发电并入配电网后对配电网的影响却不可忽视，因此该课程将光伏发电并网后对配电网的影响也作为课程主要讲授内容之一。其他新能源发电形式由于装机容量均较小，对电力系统影响并不大，则用较少的课时泛讲。新能源并网后对电力系统的影响包含对电压、频率稳定、调度、规划、控制等诸多方面，因此课程安排了较多的课时对新能源并网后的电力系统分析进行讲授，具体课时安排如下：新能源发电及并网技术基础知识2学时，风力、太阳能光伏发电6学时，生物质能发电、氢能发电、天然气/燃气发电、地热能发电和海洋能发电共2学时，风电、光伏功率预测2学时，新能源并网的经济性2学时，海上风电2学时，新能源并网对电力系统的影响共20学时（主要包括新能源并网后的消纳、电力系统优化调度、电力系统有功平衡与频率控制、电力系统无功电压控制、电力系统稳定性分析等）。

二、教学方法和手段优化

“新能源与电力系统”课程教学中需要积极探索、发掘与课程特点相匹配的教学方法和手段；强调知识的系统性、完整性；注重理论与实际、知识深度与广度的结合；重视科研动态的传递及科研方法的引导；加强对学生实践环节的培养。

1.课程深度与广度相协调

课程内容在满足广度的基础上还应保证一定的深度。课程内容应包括各种新能源发电技术基本原理、电力系统分析方法等基础知识，在新能源发电控制技术，电力系统运行、调度、控制等方面还应具有一定深度，从而使得学生掌握分析新能源发电并网对电力系统影响的方法。

2.经典理论与科研前沿技术并重

传统的“电力系统分析”课程由于理论较深、涉及面广、工程性强，历来被视为电气专业难教、难学的一门课程。新能源发电并网后，对电力系统的分析仍是建立在传统电力系统分析方法的基础上，但又存在传统分析方法不能解决的新问题。由于新能源发电发展时间不长，上述许多新问题还未得到全面解决，因此，在教学上应重视对科研前沿研究成果的呈现。通过对新能源并网技术方面最新科研成果的介绍、高水平学术期刊的查阅、电力系统运行中实际问题的调研，培养学生检索文献、查阅资料的能力，引导学生掌握提出问题并分析问题的能力。

3.教学案例的分析与讨论

课程教学过程中还应设置少量教学案例分析与讨论环节。学生通过具体案例分析，课堂上以讨论的形式让学生将自己的观点表述出来，不但锻炼了学生分析和归纳总结的能力，同时也加深了他们对所学内容的理解和掌握。例如，可让学生对采用不同风电机组类型、不同安装容量，接入不同地区的实际风电接入案例进行分析，以了解风电场并网后对接入地区电力系统的电压的影响。教学案例的分析与讨论比课本上教条的说词更能引导学生充分认识到所学知识的实际价值，明确学习目标，从而激发学生的兴趣，引领学生去深入理解课程内容。

三、实践环节建设

实践教学内容对课程理论的理解帮助较大。在实验教学方面，课程应设置一些新能源并网后电力系统分析的综合性实验，如新能源并网后电力系统的潮流计算、暂态稳定性分析、无功电压控制等。学生以实验小组为单位，实验方案设计、参数调整计算、电网接线到数据整理、实验结果分析和撰写实验报告等一整套工作都由实验小组通过合作来完成。通过新能源并网实际案例的仿真分析实践环节，能加深学生对理论知识的认识，有效加强学生的动手实践能力和综合科研能力。

四、教学团队的建设

本课程内容涉及电气、动力、机械、控制等许多学科领域，因此教学团队应老中青搭配，从而达到专业职务和知识结构合理的效果。课程负责人应为具有较深的学术造诣和创新性学术思想的本学科的专家，同时要具有团结、协作精神和较好的组织、管理和领导能力。主讲教师知识结构最好能覆盖电力系统、控制等多个领域，这样才能准确把握课程内容的广度和深度。

五、结论

本文对上海电力学院“新能源与电力系统”研究生课程建设的方案进行了探析。通过对上海电力学院电力系统自动化专业建设、新能源技术在电力行业的发展态势等方面的分析，制订了合理的课程结构与教学内容，并发掘了与课程特点相匹配的教学方法和手段。课程建设注重理论与实际的有效结合，提出加强课程实践环节建设的思想。通过开展课程建设，找出了该课程教学的薄弱环节，制订了符合电力专业的建设目标和满足电力企业对上海电力学院研究生专业能力要求的切实可行的课程建设发展规划。

参考文献：

[1]樊艳芳.“电力系统分析”精品课程的调查分析与思考[J].中国电力教育,2010,(9):105-107.

第7篇：光伏发电的基本原理范文

太阳能与建筑，曾经是两个相去甚远的话题，但今天，太阳能建筑却被业界认为将成为现代建筑的发展趋势。太阳能建筑是指用太阳能代替部分常规能源，为建筑物提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等一系列功能，以满足（或部分满足）人们生活和生产需要的建筑。

关键词：太阳能太阳能采暖太阳能热水节能建筑

一太阳能简介

太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，太阳内部进行着由氢聚变反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。

太阳能在建筑中的运用主要为太阳能采暖，太阳能热水系统，太阳能光伏发电

太阳能采暖系统

太阳能采暖系统是利用蓄热体吸收太阳辐射给建筑加热的系统。根据媒介的不同，分为空气采暖系统和热水采暖系统。

太阳能空气采暖系统：

根据是否利用机械的方式获取太阳能，把通过适当的建筑设计无需机械设施获取太阳能的空气采暖技术称为被动式太阳能采暖设计；而需要机械设备获取太阳能的空气采暖技术称为主动式太阳能采暖设计。

被动式采暖设计，是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理、以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使其在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。被动式太阳能建筑设计的基本思想是控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑并储存和分配热空气。其设计原则是要有有效的绝热外壳和足够大的集热表面，室内布置尽可能多的储热体，以及主次房间的平面位置合理。

被动式太阳房集热方式分为直接受益式和集热蓄热墙式。直接受益式是较早采用的一种太阳房南立面是单层或多层玻璃的直接受益窗，利用地板和侧墙蓄热。也就是说，房间本身是一个集热储热体，在日照阶段，太阳光透过南向玻璃窗进入室内，地面和墙体吸收热量，表面温度升高，所吸收的热量一部分以对流的方式供给室内空气，另一部分以辐射的方式与其他围护结构内表面进行热交换，第三部分则由地板和墙体的导热作用把热量传入内部蓄存起来。当没有日照时，被吸收的热量释放出来，主要加热室内空气，维持室温。在直接受益式太阳窗的后而筑起一道重型结构墙。利用重型结构墙的蓄热能力和延迟传热的特性获取太阳的辐射热。阳光透过玻璃照射在集热墙上，集热墙外表面涂有吸收涂层以增强吸热能力，其顶部和底部分别开有通风孔，并设有可开启活门。在这种被动式太阳房中，透过透明盖板的阳光照射在重型集热墙上，墙的外表面温度升高，墙体吸收太阳辐射热，一部分通过透明盖层向室外损失；另一部分加热夹层内的空气从而使夹层内的空气与室内空气密度不同，通过上下通风口形成对流，由通风口将热空气送进室内；第三部分则通过集热蓄热墙体向室内辐射热量，同时加热墙内表面空气，通过对流使室内升温。

太阳能热水采暖系统

太阳能热水采暖通常是指以太阳能为热源，通过集热器吸收太阳能，以水为热媒，进行采暖的技术。它与太阳能空气采暖的最主要区别是热媒不同。近年来，为弥补太阳能不稳定的缺点，太阳能热泵等新型太阳能技术也逐渐发展起来。

太阳能热水辐射采暖的热媒是温度为30~60℃的低温热水，这就使利用太阳能作为热源成为可能。按照使用部位的不同，可分为太阳能顶棚辐射采暖、太阳能地板辐射采暖等几类，太阳能地板辐射采暖是目前使用较为普遍的。

太阳能地板辐射采暖是一种将集热器采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行采暖的系统，该系统是以整个地面作为散热面，传热方式以辐射散热为主，其辐射换热量约占总换热量的60%以上。典型的太阳能地板辐射采暖系统由太阳能集热器、控制器、集热泵、蓄热水箱、辅助热源、供回水管、止回阀若干、三通阀、过滤器、循环泵、温度计、分水器、加热器组成。当集热器输出温度大于50℃时，控制器就启动水泵，水进入集热器进行加热，并将集热器的热水压入水箱，水箱上部温度高，下部温度低，下部冷水再进入集热器加热，构成一个循环。当集热器输出温度小于40℃时，水泵停止工作，为防止反向循环及由此产生的集热器的夜间热损失，则需要一个止回阀。

二太阳能热水系统

在诸多太阳能热利用技术中，技术最成熟、应用最广泛的是太阳能热水器。在国内已有近二十年的发展历史，具备了规模化推广应用的初步条件，并已步入了产业化生产的阶段。所谓太阳能热水器建筑一体化，概括起来说就是指太阳能热水器与建筑充分结合并实现功能和外观的和谐统一。太阳能热水器的工作原理：由太阳能集热元件(平板集热器、玻璃真空管、热管真空管及其他形式的集热元件)、蓄热容器(各种形式水箱、罐)、控制系统(温感器、光感器、水位控制、电热元件、电气元件组合及显示器或供热性能程序电脑)以及完善的管道保温、防腐部分等有机地组合在一起的。在阳光的照射下，使太阳的光能充分转化为热能，辅以电力和燃气能源，就成为非常稳定的能源设备，提供中温热水供人们使用。

在住宅建筑中应有效利用屋面、墙面、阳台栏板，合理安排管线，充分发挥设备功效，使太阳能集热器与屋面形成一个整体；应尽量采用水箱和集热器分开的分体式系统。集热器与屋面结合，可以利用坡屋顶形成的三角形空间作为设备间，安置水箱和循环泵等设备，这样可以减少管路的长度，减少热损失，同时使整个系统处于隐蔽环境，对建筑外观没有任何影响；在居住建筑中，要摈弃每家一套热水器的安装方式，改用集中式热水系统供水，每户安装热水表进行计量收费

三太阳能光伏电池板

太阳能光伏发电的基本原理

太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。时下，人们通常所说的太阳光发电就是太阳能光伏发电，亦称太阳能电池发电。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化面产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导件的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。

太阳能光伏发电系统与建筑相结合

光伏与建筑相结合有两种形式:一种是建筑与光伏系统相结合；另一种是建筑与光伏器件相结合。建筑与光伏系统相结合(BAPV)，把封装好的光伏组件(平板或曲面板)安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。建筑与光伏器件结合，将太阳能电池与建筑屋顶、墙壁和窗户相结合，可以充分利用太阳能发电，出现了所谓“太阳能电池瓦”、“太阳能电池幕墙”、“太阳能电池窗户”和“太阳能电池遮阳篷”等新型建筑材料和构件。

通过与整栋建筑的一体化设计，光电系统可以改善建筑的外观，整体风格的一致最佳效果。光电板外墙和屋顶可以给建筑带来强烈的视觉冲击，新颖的光电板房顶可以有效地改善旧建筑的顶层设计，使之充满现代感，这样可以大大增强建筑的视觉美感，为其市场价值带来有利的影响，使用充满现代感的蓝色光电板屋顶系统，完美的将水天连成一体。

四结语

充分利用太阳能，考虑太阳能利用与建筑设计相结合，以满足建筑的能源供应和健康境的要求，降低建筑能耗在社会总能耗中的比例，是未来节能设计所必须的考虑。

参考文献

[1]喜文华.被动式太阳房的设计与建造〔M].北京:化学工业出版社，2007.

[2]王崇杰，薛一冰等。太阳能建筑设计「M].北京:中国建筑工业出版社，2007.

[3]王君一，徐任学，孙品，张茂.农村太阳能实用技术[M].北京:金盾出版社， 1993.

第8篇：光伏发电的基本原理范文

关键词：电动扫地车 太阳能 供电系统 太阳能电池 控制系统

0 引言

面对日益严峻的能源短缺、燃油汽车环境污染等问题，促进了包括太阳能利用在内的新能源机车的应用。发展新能源机车、实现交通能源转型，将有效减少全球对不可再生能源的依赖，有效降低全球环境污染，成为实现汽车行业可持续发展的重要途径。发展新能源机车已经成为很多发达国家的能源战略。

我国太阳能汽车事业起步较晚，多数太阳能汽车的研制工作主要由各院校和科研所进行。目前太阳能只是应用于汽车或者是摩托车上，至今尚无太阳能应用于电动车的专利、相关报道和产品，因此针对于太阳能电动车，目前尚属空白。[1]

2011～2020年我国《汽车与新能源汽车产业发展规划》明确提出，到2020年，中国新能源汽车市场规模要达到世界第一，新能源车保有量达到500万量，节能型混合动力汽车销量要达到世界第一。规划明确提出将以纯电动车作为“主要战略取向”，优先发展电动车，推进纯电动车和混合动力车的产业发展。降低传统不可再生燃油消耗是我们改造汽车产业的主要目的之一，但是减少对不可再生资源的开掘和依赖、降低二氧化碳的排放，才是我们发展新能源产业的终极目标。电动车固然不再烧油，但还得充电，电从何来？在中国这个电力仍然90%得依靠烧煤来获得的国度，我们提供给充电站的每一度电仍然来自火电发电厂，单火电厂为一辆纯电动车跑100公里生产电力时产生的二氧化碳就可能已经等同甚至超过跑同样路程汽油车的排放。

1 太阳能扫地车的基本原理

太阳能电动车以光电代化石油料能源，可节约有限的石油资源。白天，太阳能电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中，在晚间还可以利用低谷电（220V）充电。太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体，也没有内燃机产生的轰鸣噪音。燃油机车在等候交通信号灯，内燃机不能停止运转，既造成了能源浪费，又加重了空气污染，而使用太阳能电动车，减速停车时，可以不让电动机空转，大大提高了能源使用效率和减少了空气污染。因此电动机车与燃油机车相比有十分突出的节能减排优势。[2]

本文所述的太阳能电动扫地机是在该公司目前的电动扫地车产品基础上进行二次开发，关键是解决如何提高太阳能转化为电能的效率，并对蓄电池进行合理智能管理两大问题。图1是电动扫地车上太阳能电池阵列面板安装示意图。

太阳能扫地机基本原理示意图如图2。阳光照射到车顶太阳能电池阵列面板上，就产生电流。电流经过MPPT和控制系统进入蓄电池或者直接驱动电动机，也可以二者结合的方式进行。当车辆停止行驶时，电能将直接进入蓄电池。具体过程如下：①当车辆运动并有充足的阳光照射时，且车处于停车状态，此时产生的电能通过反馈系统反馈给控制系统，控制系统就会将这部分电能分配给蓄电池储存起来，以供以后使用；②当太阳能汽车在行驶过程中由于太阳能电池板提供的电能不足以驱动其行驶，控制系统将从蓄电池中的电能提取出来，与太阳能电池板提供的电能一并供电机使用；③当为阴天或者晚上，蓄电池储能不够时，也可以将蓄电池与220V的交流电连接，进行充电。

2 供电系统

2.1 太阳能电池的选用 太阳能电池组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分，其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。[3]

目前，太阳能电池主要分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池两种类型，而应用较多的是晶体硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。我国大规模生产的单晶硅太阳能电池的光电转换效率平均达到16.5%，这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本高，导致它还不能被普遍的使用。多晶硅太阳能电池的光电转换效率比单晶硅太阳能电池要低，工业规模生产的光电转换效率约14%左右。但是多晶硅太阳能电池制造成本低，生产周期短，因此得到大量发展。非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不一样，工艺过程简化，硅材料消耗的也比较少，电耗更低，它的优点就是在弱光条件下也能发电。但非晶硅太阳电池的光电转换效率偏低，国际先进水平可以达到10%左右，而且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。[4]

综上所述，考虑成本问题，多晶硅太阳能电池的性价比较好，故选用多晶硅太阳能电池。

第9篇：光伏发电的基本原理范文

关键词：功能型 建筑陶瓷 导电釉

中图分类号：TU5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0126-02

建筑陶瓷本身存在的意义就是对墙面、地面起到保护的作用，避免其受到污染、损坏，作为装饰物，为建筑增添美感。科技的进步，生活水平的提升，人们对居住环境的要求越来越高，同时对待细节性的建筑陶瓷标准也逐渐提高，功能型陶瓷就此诞生。各品牌、各样式、各功能，为了满足市场需要，层出不穷。下面介绍一下太阳能、红外线、发光、防静电4种功能型陶瓷及其他功能型陶瓷应用。

1 太阳能陶瓷

1.1 发电瓷砖

主要产品：太阳能光伏电池瓷砖，就是在瓷砖自身的釉层中添加氧化锡、氧化钴这类化学成分，从而形成一层电极层；在釉层表面进行光伏电池的复合以及添加透明的保护层，也可以在坯体表面进行多层有机硅的复合，反复添加透明的导电膜、保护膜等，起到防反射作用，一接通线路，太阳能光伏电池瓷砖就能进行发电。在德国某高速公路上早已对光伏电池瓷砖实施应用。

1.2 黑色瓷砖

众所周知，黑色是最吸热的颜色，黑色物体的特性就是光热吸收强、转换效率高。要想将陶瓷颜色制成偏黑色，就可以在制作瓷砖的原料里加一定量含钛、钒等元素的物质，确保对阳光吸收率直接大于90%，这样的话，制成的黑色瓷砖才能将光能更高效率地转换成热能，通常这类黑色瓷砖是较多应用于太阳能的屋顶，可以利用太阳能将水加热，还有暖气片的制作等。现代化科技正逐步考虑将它应用于太阳能发电方面。

2 红外辐射陶瓷

远红外线自身就具有消毒灭菌、活化等功能，大多数发达国家，早已广泛应用远红外保健产品。一般情况下，将红外辐射的制作材料添加进制陶的釉料中，就能加工成为红外辐射瓷砖。

红外辐射瓷砖不光可以消毒、抗菌，还具有促进新陈代谢、活化生物、提高免疫力等应用功能。针对红外辐射功能型的瓷砖来说，首要的就是选择的红外辐射粉体性能要高。红外辐射粉体直接吸收周围环境所散发的热量，并转化输出远红外能量，基本原理就是材料的分子偶极矩的变化与光的振荡电场两者间产生相互作用的结果。在振荡过程里，多离子体系改变分子本身的对称性质，让偶极距发生改变，就能较大程度地提高红外线的吸收能力、发射能力。现阶段的研究热点、难点就是提纯问题，如何提取纯粹的没有任何杂质的尖晶石多离子成为目前所需要深入研究、积极解决的问题。研究表明，将一定量远红外粉体掺进瓷砖釉料中，将釉浆施于坯体上，高温烧制成红外线陶瓷，确保具有反射远红外线的功能。辐射性能的强弱随着陶瓷含远红外粉体量的多少而变化，越多越强，光泽度也变得更亮，除了釉白度稍微减弱外，对整体美观度没有任何影响。

3 发光陶瓷

发光陶瓷应该属于最常见的一种功能型陶瓷，直接将发光粉添加在陶瓷釉料里，制成好的陶瓷产品只要经过阳光照射就能吸收、保存光能。即使光照消失，陶瓷表面在一定时间内还是会发光。就目前科技化学水平来说，发光粉其实就是稀土离子激活后的硅酸盐、铝酸盐等成分，特性发光时间持久、亮度高、耐抗高温、没有受到任何辐射，所以此类发光粉应用范围极宽泛。因此，如果想要制作优质发光陶瓷的话，就要调好配方釉料的比例，控制烧陶的火候、温度，制成高标准的成品，发光粉加入比例越高，成品发光性能就会随之增强，可如果添加发光粉比例过多的话，不光成本高，还会破坏釉的结构，使之不能更好地融入釉料中。经验所得，发光粉占三分，即为最适当的配料比例。

4 防静电瓷砖

在日常生活中，静电现象无处不在，或多或少带给我们生活上、工作上一些威胁，很多面粉工厂、烟花爆竹工厂，都会因为小小的静电给人们带来巨大的生命、财产损失。还会引起电子产品发生爆炸、人体受到不明电力影响迫害等。因此，制作防静电的功能型陶瓷是顺应市场需求发展。其制作原理就是在釉料层或坯体里添加带有导电性质的材料，这样就能防止静电，并且功效时间持久、耐磨性能强、装饰效果优。

另一方面，从导电釉的本质来说防静电陶瓷，就是将导电因子融合于陶瓷，让导电因子存在于陶瓷中，形成连续导电的规则通道，这样离子转换位置就会相对容易，并且陶瓷自身电阻下降至一定数值时，就会提高释放离子的速度，防静电效果更佳。研究结果表明，透明釉防静电性能良好，而锆乳浊釉陶瓷内含锆英石晶则不适合用来制作防静电陶瓷，因此可知，陶瓷材|很重要。

5 其他功能型瓷砖

功能型建筑陶瓷除了上述提及较为常见的几种外，还有一些特殊功能的建筑陶瓷。根据陶瓷材质、特性不同，功能各有所长。譬如，在陶瓷釉料里添加一定量的金属粉末富含软性铁氧体就能制成可吸收电磁波的陶瓷成品。就目前建筑陶瓷行业来看，生产成本逐渐增加，遇到的问题也越来越多、越来越难以解决。因此，要根据市场的实际需求、自身生产实况来做出生产调整，尽可能地提高企业经济效益。并且在调整的阶段内，不管是从技术方面，还是原材料配方方面，或是生产机器设备方面，都要从实际情况的角度去考虑，合理、科学地安排生产方案，设计陶瓷功能。这样的话，各类功能型陶瓷就能适应各种时间、空间，满足客户的各种需要，为市场发展、居民生活提供便利。

6 结语

随着科技的发展，经济水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越高，建筑陶瓷的发展、应用直接影响人们的居住环境。因此，目前越来越多的建筑陶瓷行业开发功能型的陶瓷，提高企业自身的市场竞争地位，积极研究开发更满足大众需求的功能型陶瓷。

参考文献