太陽能光伏利用的前景和mppt策略研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢</b></p><p><b>　　業(yè)</b></p><p><b>　　論</b></p><p><b>　　文</b></p><p>　　題目 太陽能光伏利用的前景和MPPT策略研究</p>&

2、lt;p>　　學院 新能源工程學院 </p><p>　　專業(yè) 光伏材料應(yīng)用技術(shù)（080206） </p><p>　　姓名 學號 </p><p>　　指導老師 職稱 助教 </p><p>

3、;<b>　　2012年4月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言3</b></p><p><b>　　摘要4</b></p><p>　　1國際太陽電池和光伏發(fā)電的進展5</p>&l

4、t;p>　　2中國太陽電池和光伏發(fā)電的進展8</p><p>　　2.1太陽電池與材料的研究9</p><p>　　2.2太陽電池生產(chǎn)10</p><p>　　2.3光伏應(yīng)用10</p><p>　　2.4國際合作10</p><p>　　3光伏發(fā)電的前景11</p><p>

5、　　4我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙與對策11</p><p>　　5、太陽能光伏陣列伏安特性分析13</p><p>　　6、MPPT策略制定15</p><p>　　7、獨立式光伏系統(tǒng)設(shè)計16</p><p><b>　　8結(jié)論17</b></p><p><b>　　9參考文獻

6、18</b></p><p><b>　　10致謝19</b></p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求越來越大，而現(xiàn)階段所使用的主要是化石能源。化石能源的使用對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。在過去的100年中，全球平均氣溫上升了0．3．0．6℃全球海平面

7、平面平均上升了10-25cm。人們預計：如果不對室氣體采取減排措施，從21世紀初起，全球平均氣溫每lo年將升高0．2"C，到2100年全球平均氣溫升高13．5℃。同時，化石能源的儲量有限，它的枯竭不可避免。本世紀初進行的關(guān)于世界能源儲量數(shù)據(jù)的調(diào)查顯示；石油可開采量為39，9年，天然氣可開采量為61年，煤炭可開采最為227年。</p><p>　　隨著化石能源的逐步消耗，能源危機已展現(xiàn)在人類眼前，開發(fā)新能

8、源是人類社會進步和發(fā)展的關(guān)鍵。太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分，被認為是當前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達國家均投入巨額資金競相研究開發(fā)，并積極推進產(chǎn)業(yè)化進程，大力開拓市場應(yīng)用。2004年全世界生產(chǎn)總量達l199．70MW，相比2003年增長超過60％。本世紀初，眾多國家紛紛制定雄心勃勃的發(fā)展規(guī)劃：日本通產(chǎn)省第二次新能源分委會提出。2010年光伏發(fā)電裝機達到5GW；歐盟可再生能源白皮書及相伴隨的“起飛運動”201

9、0年光伏發(fā)電裝機達到3Gw；美國能源部國家光伏規(guī)劃的目標是裝機達到4．7GW。如果再加上發(fā)展中國家近年一直保持占世界光伏組件總產(chǎn)量10％左右的裝機量，預計到2010年世界光伏產(chǎn)業(yè)將以按28％的年平均速度發(fā)展．成為世界上發(fā)展最快的一個產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　雖然太陽能光伏發(fā)電具有無噪聲、無污染、使用方便等優(yōu)點，并得到了廣泛的應(yīng)用；但是光伏電池的價格昂貴，光電轉(zhuǎn)換效率太低，這些都限制了它的進一步推廣。提高光伏系統(tǒng)

10、轉(zhuǎn)換效率的途徑有四種：改進生產(chǎn)工藝，提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率；設(shè)置隨動系統(tǒng)，使光伏電池保持在最優(yōu)的角度接收太陽光：優(yōu)化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率：采用最大功率跟蹤策略，使光伏電池的工作狀態(tài)保持在最大功率點附近。由于光伏電池組件出廠后它的光電轉(zhuǎn)換效率固定，沒有辦法優(yōu)化調(diào)整；隨動系統(tǒng)本身耗能較大，可能導致入不敷出，反而降低系統(tǒng)整體裝換效率；現(xiàn)今光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的效率在90％左右，提升空間不大；而在獨立系統(tǒng)中，主要采用的是固定電壓的方

11、式控制光伏電池的輸出，采用最大功率跟蹤策略能夠有效的提高系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率。</p><p>　　太陽能光伏利用的前景</p><p>　　摘要：20世紀太陽能科技發(fā)展和太陽能利用實踐，為21世紀大規(guī)模利用太陽能奠定了堅實基礎(chǔ)。近來，世界上一些著名分析預測研究機構(gòu)、跨國公司、太陽能專家和一些國家政府紛紛預測，認為21世紀中葉即2050年前后，太陽能（含風能、生物質(zhì)能）在世界能源構(gòu)成中將占50

12、％的份額，那時太陽能將成為世界可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)能源。對于這一預測，有人支持，也有人懷疑，意見不完全一致。為了科學地看待這一問題，我們可以從世界礦物能源生產(chǎn)和消費、全球環(huán)境保護以及太陽能科技進步三個方面進行一些分析，以便得出比較客觀的結(jié)論。</p><p>　　世界能源消費量增長一倍，在本世紀初大約需要50年，到本世紀中期縮短到30年，進入80年代大約只要15年。全球礦物能源的消費量越來越大，而全球礦物能源貯量卻十

13、分有限。全球石油貯量約1300億噸，目前全球石油的年消耗量約35億噸，而亞洲石油的消耗量在激增之中。如果這種趨勢不變，則在今后25年中將平均年消耗50億噸石油，足以把全部貯量耗盡。即使在此期間有新油田發(fā)現(xiàn)，專家估計全球石油貯量也不會超過2000億噸，全球石油資源在三、五十年內(nèi)將枯竭。今后用什么來代替石油？70年代“石油危機”以后，曾把主要希望寄托在煤的氣化和液化，30年快過去了，而這方面的收效甚微，復雜的技術(shù)和巨大的投資，制約了氣化煤和

14、液化煤的廣泛使用。</p><p>　　社會進步和經(jīng)濟發(fā)展，需要能源的支撐。但是，用增加煤炭消耗來彌補石油不足，是一條以環(huán)境為代價的能源發(fā)展道路，是完全行不通的。據(jù)測定，直接燃燒：噸煤，產(chǎn)生粉塵3-11kg，二氧化硫60kg，二氧化氮3-9kg，還有大量二氧化碳。我國1995年排放的煙塵為1744萬噸，二氧化硫為2370萬噸，其中燃煤排放的分別占70％和85％。目前，我國每年燃煤排放的碳已達10億噸。煤炭的大量開

15、發(fā)利用是造成全球環(huán)境惡化的主要原因。根據(jù)1992年聯(lián)合國召開的世界環(huán)境與發(fā)展大會的要求，煤炭的消費不僅不能增加，而應(yīng)予以限制并逐步減少。</p><p>　　另外，我們可以通過對太陽能利用中最重要的光伏發(fā)電進行一些分析，以評估太陽能在下一世紀的發(fā)展前景。</p><p>　　以70年代不變價計算，近30年間，太陽電池的價格下降了數(shù)十倍。專家預測，通過擴大生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)進步，2030年以后，

16、光伏發(fā)電對常規(guī)發(fā)電開始具有競爭力。2050年，太陽電池的價格將比現(xiàn)在下降1Q倍，即每瓦4．5元左右，每千瓦時的電價約0；2元左右。從現(xiàn)在起經(jīng)過50年的發(fā)展，那時光伏發(fā)電量將占全球總發(fā)電量的一半。</p><p>　　以上分析表明，21世紀全球能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性變化。當今占主導地位的石油將逐漸減少直至枯竭，完成其歷史使命；煤炭的利用將受到限制，但考慮發(fā)展中國家發(fā)展經(jīng)濟的需要，在2030年前可能還會有所增長，此后

17、將逐漸下降；核能利用，因核安全和核廢料處理技術(shù)尚未完全解決，若無技術(shù)上突破，在今后50年內(nèi)發(fā)達國家會逐漸關(guān)閉核電站，發(fā)展中國家還會新建一些核電站，二者相抵，總數(shù)上不會有什么增加，相反還會有所減少；太陽能和其它可再生能源將替代石油和煤炭，逐漸成為世界能源的主角。</p><p>　　對2050年各種一次能源在世界能源構(gòu)成中所占的比例進行預測，可以得出如下結(jié)果：石油0（或甚微），天然氣13％，煤20％，核能10％，水

18、電5％，太陽能（含風能、生物質(zhì)能）50％，其它2％。</p><p>　　21世紀是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀，這是不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移的歷史發(fā)展必然結(jié)果。 </p><p>　　1國際太陽電池和光伏發(fā)電的進展 </p><p>　　近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，美國、歐洲及日本制定了龐大的光伏發(fā)電發(fā)展計劃，1997年美國

19、和歐洲相繼宣布“百萬屋頂光伏計劃”，日本1997年補貼“屋頂光伏計劃”的經(jīng)費為9200萬美元。美國計劃到2010年安裝1000～3000MW太陽電池，日本的目標是7600Mw。印度計劃1998一2002年太陽電池總產(chǎn)量為150MW，其中2002年為50MW。國際光伏市場開始由邊遠農(nóng)村和特殊應(yīng)用向井網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已由補充能源向替代能源過渡。表：和表2列出了近年來世界太陽電池組件的生產(chǎn)和發(fā)貨量以及主要國家所占的比

20、例。</p><p>　　表1世界太陽電池組件發(fā)貨量（Mw）</p><p>　　國際上許多發(fā)達國家的政府都重視光伏技術(shù)的研究與發(fā)展，其1996年的經(jīng)費分配情況見表3。實驗室各種太陽電池的最高效率列于表4，但這種高效電池往往是采用高成本的精密工藝來達到的，未必能簡單地推廣應(yīng)用到生產(chǎn)上。</p><p>　　國際上目前很難確定那一種太陽電池是最佳選擇。雖然目前晶體硅電

21、他銷量最大，但大家公認今后薄膜電池最具有潛力；另外，不同電他的特性各不相同，在光伏市場中各有其不同的應(yīng)用領(lǐng)域，例如非晶硅電池主要應(yīng)用在商用電子方面，多晶硅電池主要用于光伏屋頂，單晶硅電池主要在高功率應(yīng)用上。最近幾年國際上對多晶硅薄膜電他的研究較活躍，但采用哪種工藝方案較佳，尚難斷定。近幾年有機納米太陽電他的效率有較大提高，受到一定的關(guān)注。在鍺片上用MOCVD法制作砷化鑄空間太陽電池取得進展。</p><p>　　

22、美國國家光伏發(fā)電計劃的總目標是使其在國家的經(jīng)濟中具有明顯的作用。1997年光伏計劃指標是：2000年光伏發(fā)電的電費（井網(wǎng)）達到12一m美分／kWh，光伏發(fā)電系統(tǒng)價格為3一7美元／w，組件效率為10一20％。</p><p>　　光伏產(chǎn)品在國際上的四個主要市場：消費性產(chǎn)品（14％）；離開電網(wǎng)的居民供電系統(tǒng)（35％）；離開電網(wǎng)的工業(yè)供電系統(tǒng)（33％），井網(wǎng)光伏系統(tǒng)（18％）。</p><p>

23、　　發(fā)達國家近幾年來主要開拓的市場是屋頂式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。其原因是發(fā)達國家的電網(wǎng)分布已很密集，井網(wǎng)發(fā)電不用蓄電池，電網(wǎng)峰值用電的電費高，陽光好的地區(qū)采用光伏發(fā)電的電價已接近商品電價（估計在2000年到2005年進入成本合算期），人們預測10年后屋頂井網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將大規(guī)模推廣應(yīng)用。</p><p>　　井網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用始于80年代初，美國、日本、德國、意大利都為此作出了努力，當時建造的都是較大型的光伏井網(wǎng)電站，規(guī)模

24、從100kw到IMW不等，而且都是政府投資建設(shè)的試驗性電站。但試驗結(jié)果并不十分理想，由于當時太陽電池很貴，很難讓電力公司接受。</p><p>　　自90年代以來，國外發(fā)達國家重新掀起了發(fā)展井網(wǎng)光伏系統(tǒng)的高潮，這次的努力不是建造大型井網(wǎng)光伏電站，而是發(fā)展屋頂光伏井網(wǎng)系統(tǒng)，屋頂井網(wǎng)光伏系統(tǒng)充分利用了陽光的分散性特點，將太陽電池安裝在現(xiàn)成的屋頂上，其靈活性和經(jīng)濟性都大大優(yōu)于大型并網(wǎng)光伏電站，受到了各國的重視。<

25、/p><p>　　1993年，德國首先開始實施由政府投資支持，被電力公司認可的1000屋頂計劃，繼而擴展為2000屋頂計劃，現(xiàn)在實際建成的屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)超過5000。這些屋頂井網(wǎng)系統(tǒng)均不帶蓄電池，屬于不可派送的發(fā)電系統(tǒng)，電力公司對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)出的電予以收購，大大刺激了這一領(lǐng)域的商業(yè)性發(fā)展和技術(shù)上的完善。德國政府于1999年：月開始實施10萬太陽能屋頂（每戶約3kW一5kW）計劃，今后幾年內(nèi)需要300MW一50

26、0MW太陽電池。1999年先推廣6000套，共18Mw，政府給用戶37．5％的補助及10年的無息貨款。由此可以看出德國政府在推廣光伏屋頂系統(tǒng)上的決心。</p><p>　　日本在光伏發(fā)電與建筑結(jié)合方面已經(jīng)有十幾年的努力，尤其在1996年以后更是突飛猛進，每年新建的光伏屋頂達幾萬套。日本光伏屋頂?shù)陌l(fā)展有一個特點，他們將太陽電他組件制作成建筑材料的形式，如瓦和玻璃等，這樣太陽電池就很容易安裝在建筑物上，也很容易被建筑

27、公司接受。</p><p>　　80年代初，美國就已經(jīng)開始了井網(wǎng)光伏發(fā)電的努力，制定了PVUSA計劃，即光伏電力規(guī)模的應(yīng)用計劃，主要是建立100kW以上的大型井網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，最大的系統(tǒng)計劃達10MW，但是由于成本高，電力不可調(diào)度，不受電力公司歡迎。</p><p>　　1996年，在美國能源部的支持下，又開始了一項稱為“光伏建筑物計劃（PV一BONUS）”，計劃投資20億美元。美國目前電

28、力的2／3用于包括為民用住宅在內(nèi)的各類建筑物供電，該計劃的目標是采用光伏發(fā)電緩解建筑物的峰值負荷，并探求未來清潔的建筑物供電途徑。此項計劃將有助于開發(fā)新型的光伏建筑材料，包括玻璃、天窗、墻體等，有助于開發(fā)光伏屋頂模塊和可由電力部門很容易安裝的光伏調(diào)峰電力模塊等。計劃分為三步實施：概念開發(fā)，產(chǎn)品開發(fā)和市場開發(fā)。這項計劃的內(nèi)容很豐富，其中典型的開發(fā)項目包括：</p><p>　　（1）DsM系統(tǒng)（按需求安排發(fā)電的系統(tǒng)

29、），即帶有蓄電他的電力可以調(diào)度的光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種井網(wǎng)系統(tǒng)在今后囚年內(nèi)僅在美國國內(nèi)就會有300MW的市場。目前這種系統(tǒng)的發(fā)電成本為40美分／kWh，而美國某些地區(qū)的峰值電價已高達20一30美分／kwh（一般冬季電價為3一4美分／kWh，夏季7一8美分／kwh）。估計不久這類調(diào)峰系統(tǒng)即可進入市場。</p><p>　　（2）太陽熱水器和非晶硅太陽電池聯(lián)合構(gòu)成的光伏、光熱系統(tǒng)，可以為用戶同時提供電力和熱水。由于非晶硅

30、太陽電池不象晶體硅太陽電池那樣，當溫度升高后輸出功率會降低，所以特別適合于這種系統(tǒng)。</p><p>　?。?）光伏屋頂建筑材料（柔性的和非柔性的），如透明光伏玻璃，聚光電池供電、供水系統(tǒng)，光伏墻體，光伏智能窗簾等。</p><p>　　1997年，美國總統(tǒng)宣布了百萬屋頂計劃，即到2010年美國將在美國國內(nèi)建造100萬座太陽能屋頂，包括供熱和供電。這一計劃有3個目的： （1）計劃完成后每

31、年減排的二氧化碳相當于850000輛汽車的排放量；（2）可以增加70000個高技術(shù)就業(yè)機會；（3）通過這一計劃，將大大加強美國光伏工業(yè)在世界上的領(lǐng)先地位和競爭實力。</p><p>　　其它一些發(fā)達國家也都有類似的光伏屋頂井網(wǎng)發(fā)電項目或計劃，如荷蘭、瑞士、芬蘭、奧地利、英國、加拿大等。</p><p>　　除了光伏屋頂系統(tǒng)，國外發(fā)達國家還在其它光伏應(yīng)用方面也作了大量工作，主要有：</

32、p><p>　?。╥）風光柴互補發(fā)電系統(tǒng)：為了進一步降低可再生能源的發(fā)電成本，國外在風光柴混合發(fā)電系統(tǒng)上作了大量的示范工作和經(jīng)濟對比。NRE1。還開發(fā)了混合發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化軟件，它可用于根據(jù)當?shù)刭Y源設(shè)計最合理最經(jīng)濟的供電方案。</p><p>　?。?）未來與汽車配套的發(fā)電系統(tǒng)：光伏發(fā)電系統(tǒng)在汽車行業(yè)有很大的潛在市場，國外已經(jīng)開發(fā)出較成功的可以為電動汽車蓄電池充電的太陽能快速充電系統(tǒng)，太陽能汽車

33、空調(diào)板，太陽能汽車換氣扇，太陽能空調(diào)和冷飲箱等。</p><p>　?。?）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)：芬蘭的NAPs已經(jīng)完成這一發(fā)電系統(tǒng)的示范。太陽電池將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，通過電解他電解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣，氧氣排放到空氣中，氫氣儲存到儲氫罐中。使用時氫氣再與空氣中的氧氣通過燃料電池發(fā)電，氫氣和氧氣在發(fā)電過程中又化合成水。該系統(tǒng)屬于最清潔的再生能源發(fā)電系統(tǒng)，在未來具有巨大的市場，尤其對于冬夏太陽能輻射差異

34、很大，采用蓄電池極不經(jīng)濟的高緯度地區(qū)，通過這種辦法利用太陽能將會十分有效，此外，隨著電動汽車的發(fā)展，這一發(fā)電系統(tǒng)也會變得更為重要。</p><p>　?。?）再生能源海島供電系統(tǒng)：海島是一個特殊的環(huán)境，由于其淡水的缺乏，燃料的昂貴，使得可再生能源有了用武之地。國外已經(jīng)對海島上應(yīng)用風光柴混合發(fā)電系統(tǒng)作了大量示范，為海島供應(yīng)電力和淡水。此外，由于島上漁民需要用冰來儲存和運送新鮮的魚蝦，海島的可再生能源制冰系統(tǒng)也得到了

35、推廣。</p><p>　?。?）太陽能發(fā)電專用直流負載：為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)效率，減少故障環(huán)節(jié)，國外開發(fā)了許多不需要采用逆變器、可以直接由太陽電池和蓄電池供電的直流負載，包括直流電視機、直流電冰箱、直流空調(diào)等，這類專</p><p>　　用負載特別適合于車輛、船只和流動性的單位，如旅游團、地質(zhì)隊、部隊等。本文分析了光伏電池的等效電路和伏安特性．并在此基礎(chǔ)上提出了專門針對獨立式光伏系統(tǒng)的最

36、大功率跟蹤策略．設(shè)計了一套基于DSP控制的具有最大功率跟蹤功能的獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器。 </p><p>　　2中國太陽電池和光伏發(fā)電的進展</p><p>　　我國于1958年開始太陽電池的研究，1971年成功地首次應(yīng)用于我國發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上，1973年開始地面應(yīng)用。1979年開始用半導體工業(yè)的次品硅生產(chǎn)單晶硅太陽龜池，使太陽電池成本明顯下降，打開了地面應(yīng)用的市場。當時太陽電池面積

37、小，采用真空蒸鍍銀鋁的方法制作太陽電他的電極。80年代中期，引進國外太陽電池生產(chǎn)線或關(guān)鍵設(shè)備，使我國太陽電池生產(chǎn)能力達到4.5MW。單晶硅太陽電池采用攀網(wǎng)印刷工藝制作電極，明顯地提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　我國進行光伏研究與開發(fā)的單位約有38個。目前正在研究的項目包括：實用單晶硅太陽電池，高效單晶硅太陽電池，多晶硅太陽電池，非晶硅太陽電池，砷化嫁太陽電池，空間用的硅太陽電池及其系統(tǒng)，銅鋼錫及硫化鎬化合物

38、薄膜太陽電池；硅聚光太陽電池系統(tǒng)；光伏系統(tǒng)應(yīng)用方面有：水泵、逆變器、控制器、太陽能燈等。對一些太陽電池專用材料國產(chǎn)化也開展了研究。</p><p>　　2.1太陽電池與材料的研究</p><p>　　我國太陽電池達到的最高效率列于表5。</p><p>　　在多晶硅太陽電池方面，發(fā)展了單向凝固法鑄錠，鑄錠重15kg，尺寸為220mmX2201nmX140mm，鑄錠用

39、的石墨柑渦或方形石英柑蝸，可重復使用。</p><p>　　在實用型電池工藝方面，研究采用在絲網(wǎng)印刷工藝中加入具有鈍化作用的氧化膜方法，來提高電池性能，建立了一條30cmX30cm的非晶硅太陽電池中試線及一條20cmX20cm的科研線，所有設(shè)備均為國產(chǎn)。</p><p>　　開發(fā)的p．i一n非晶硅單結(jié)太陽電池，組件的穩(wěn)定效率達到6％。除了使用玻璃作基片的常規(guī)非晶硅太陽電池，主耐溫塑料片上制

40、作的柔性非晶硅太陽電池也已開發(fā)成功。</p><p>　　近期高效太陽電池的研究相當活躍。發(fā)射極鈍化的硅太陽電池最高效率達到19．79％；采用的高效化工藝包括：發(fā)射區(qū)鈍化，分區(qū)輕（n+）重（n++）擴散，背場，表面織構(gòu)化。實驗室用多晶硅薄膜太陽電池研究設(shè)備已經(jīng)建立。穩(wěn)定型M1S結(jié)構(gòu)的硅太陽電池也在進行研究。</p><p>　　空間用硅太陽電池大面積化的研究正在進行，目標是研制出8cm&#

41、215;8cm及10cm×10cm面積的空間用高質(zhì)量太陽電池。GaAs太陽電池外延生長法的研究已有相當基礎(chǔ)，最近的重點轉(zhuǎn)向在諸片上用MOCVD的方法生長GaAs膜，制作空間用GaAs電池。</p><p>　　對旋鑄法直接制作硅片進行了初步研究。在該方法中硅料是使用冷柑蝸電磁感應(yīng)熔煉法來提供的。 小硅球太陽電池組件也在我國進行了探索性的研究，掌握了基本的制作方法。</p><p>

42、;　　銅鋼錫太陽電池最近采用蒸鍍及硒化方法制備C1S膜取得進展，5cm×6cm面積的電池效率達到6．7％。</p><p>　　對太陽電池用封裝材料也進行了研制，包括EVA膜及PVF復合膜。其中EVA膜基本能滿足我國光伏工業(yè)的需求，快速固化EVA膜還需要改進。PVF復合膜還需要進行較大的改進。絲網(wǎng)印刷用的漿料也進行了國產(chǎn)化，其中鋁漿已能取代進口材料，正面電極用的銀漿性能略遜于進口產(chǎn)品。</p>

43、;<p>　　低倍聚光的小型光伏系統(tǒng)進行了生產(chǎn)性的研究；高倍聚光的光伏系統(tǒng)有一家公司引進國外技術(shù)進行生產(chǎn)，但許多技術(shù)性的問題需要進一步研究解決。</p><p>　　我國第9個五年光伏攻關(guān)計劃的研究目標為：工廠生產(chǎn)的10cm×10cm單晶硅太陽電池的效率達到14-15％；多晶硅太陽電他達到12-13％，鑄出100kg級的鑄錠；化合物薄膜太陽電他的效率達到10％，多晶硅薄膜電他的效率也是要達

44、到810％；弱光型非晶硅太陽池的合格率太子70％，穩(wěn)定效率達到8％，功率型大面積非晶硅太陽電池穩(wěn)定效率達到7％。</p><p><b>　　2.2太陽電池生產(chǎn)</b></p><p>　　我國太陽電他的主要產(chǎn)品是單晶硅太陽電池及非晶硅太陽電池，多晶硅太陽電他只有少量中試產(chǎn)品。單晶硅太陽電池產(chǎn)品主要是直徑為100mm的圓片電池，效率為12一13％，36片太陽電池串聯(lián)的

45、組件功率約為37W。少數(shù)工廠生產(chǎn)100mm× 100mm準方片太陽電池，但未進行正式生產(chǎn)，只有北京有色金屬研究總院中試線生產(chǎn)準方片單晶硅太陽電池。非晶硅太陽電他的組件面積為30cm×l20cm。轉(zhuǎn)換效率為4一6％，為單結(jié)p。n太陽電池。</p><p>　　我國太陽電池組件的年生產(chǎn)能力為4．5MW，其中晶體硅太陽電池為2．5MW，非晶硅太陽電池2MW。1998年太陽電他組件銷售量為2．1MW，

46、其中晶體硅太陽電池1．8MW，非晶硅太陽電池0．3MW，進口單晶硅太陽電池或組件約200kW。1998年我國太陽電池用單晶硅片的出口為IMW。</p><p><b>　　2.3光伏應(yīng)用</b></p><p>　　我國光伏應(yīng)用進行了許多研究，開發(fā)了各種光伏系統(tǒng)的控制器及逆變器，研制的逆變器最大達20kW，光伏水泵已形成一定生產(chǎn)能力。各種太陽能燈具已推廣應(yīng)用。l一5k

47、W級井網(wǎng)逆變器已開始結(jié)合實際需要進行研制。</p><p>　　我國光伏發(fā)電在地面應(yīng)用始于1973年，用于為天津港航標燈供電。截止到1998年底，我國太陽電池的累計用量已經(jīng)達到13．3MW。由于光伏發(fā)電價格高，不含土建和輸電線路的小型光伏系統(tǒng)的造價每峰瓦約60一80元，含土建和輸電線路的獨立光伏電站系統(tǒng)的造價每峰瓦約80一120元，大規(guī)模應(yīng)用尚受一定的限制。目前我國光伏發(fā)電以特殊應(yīng)用領(lǐng)域和邊遠地區(qū)為主。</

48、p><p><b>　　2.4國際合作</b></p><p>　　由于我國光伏發(fā)電市場的潛力大，光伏項目又具有環(huán)保及扶貧雙重作用，經(jīng)常成為國際間的合作與援助優(yōu)選項目。早期有與德國合作項目北京大興縣多晶硅太陽電他及水泵示范工程，日本在甘肅省的10kW光伏示范工程，歐共體在浙江省大陳島的光伏示范工程。近期有德國在中國的黃金計劃光伏工程，美國能源部在甘肅省及內(nèi)蒙古的戶用光伏項

49、目，日本NEDO機構(gòu)的光伏工程。這些合作項目對推動我國光伏應(yīng)用都起到了積極作用。</p><p>　　正在進行或即將進行的項目有1999年開始的世界銀行全球環(huán)境基金的2500萬美元贈款的5年光伏計劃，5年內(nèi)將在西北地區(qū)推廣10MW戶用光伏系統(tǒng)。荷蘭政府將為新疆提供150O萬美元贈貨，新疆地方出資相當于：千萬美元，實施新疆絲綢之路光明工程計劃（5年），推廣應(yīng)用總數(shù)為7．8萬套戶用光伏系統(tǒng)。聯(lián)合國開發(fā)計劃署與國家經(jīng)貿(mào)

50、委合作，計劃在山東大管島和浙江北龍島建立60一100kW的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，為海島軍民供電；另外計劃在西北推廣200套小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)，每套功率在150一500W左右。世界銀行與教育部合作，計劃在云南省和海南省建立13所太陽能學校，每校光伏發(fā)電功率lkW左右。世界銀行還與衛(wèi)生部合作，在7個省開展鄉(xiāng)級衛(wèi)生院改建計劃）用可再生能源為鄉(xiāng)級衛(wèi)生院提供采暖、熱水和電力，</p><p>　　其中約有幾百所衛(wèi)生院將采用太

51、陽電池供電。</p><p><b>　　3光伏發(fā)電的前景</b></p><p>　　目前，國際上光伏發(fā)電已進入加速發(fā)展階段，近兩年太陽電池組件的年增長率高達30％左右，世界上1998年宣布的擴產(chǎn)計劃有263．5MW／年，發(fā)展勢頭強勁。另外，發(fā)達國家先后宣布的太陽能屋頂計劃強有力地支持了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，預計今后10年內(nèi)太陽電池將以平均20％的年增長率增長。估計我國也

52、將以此速度增長，單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽電池將在今后20年內(nèi)各占相當市場，硅帶及硅厚膜電池在今后10年將逐漸擴大生產(chǎn)，CdTe及C1S電池會擴大到一定的產(chǎn)量。多晶硅薄膜及染料光敏化電池目前預測其產(chǎn)量還為時過早。以現(xiàn)有的基礎(chǔ)來看，單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽電池仍是我國目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要產(chǎn)品。</p><p>　　世界光伏工業(yè)從1980年到1997年以20％的年增長率增長，到2010年太陽電池產(chǎn)量達1600MW，

53、以2美元／w的組件批發(fā)價計算，年產(chǎn)值將達到30億美元。歐共體能源部門發(fā)表的光伏應(yīng)用各領(lǐng)域的分布情況示于表6。</p><p>　　表6目際光伏工業(yè)發(fā)貨中主要應(yīng)用領(lǐng)域的分布及2010年預測（％）</p><p>　　我國目前尚有約2000萬戶、6000一7000萬農(nóng)村人口還沒有用上電，60％的有電縣嚴重缺電，光伏市場潛力巨大。我國光伏系統(tǒng)成本每年下降約3一5％，2000一2005年，我國戶用

54、光伏系統(tǒng)的用量將大幅度增長，預計總量將達到20MW。預計在5年內(nèi)我國也將有幾個2一5Mw年生產(chǎn)能力的太陽電池工廠建立或擴建而成，2005年后將出現(xiàn)年產(chǎn)10Mw的生產(chǎn)線。通訊及工業(yè)用光伏系統(tǒng)將從目前的40一50％的市場份額到2010年下降到20一30％，戶用及民用光伏系統(tǒng)將從目前的30％上升到40一50％，預計到2010年我國也將開始發(fā)展井網(wǎng)式屋頂光伏系統(tǒng)，但預計其系統(tǒng)功率將為發(fā)達國家的V4，市場份額將不超過5％，但在2020年后并網(wǎng)系統(tǒng)

55、將會得到大量發(fā)展。</p><p>　　4我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙與對策</p><p>　　（1）我國發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的主要障礙與國際上一樣，仍然是太陽電他的成本高，限制大量推廣應(yīng)用。因此，我國研究與發(fā)展經(jīng)費投入應(yīng)針對太陽電池降價這一主要目標。同時，我國太陽電池工廠主要采用引進設(shè)備及其附帶的技術(shù)，太陽電池研究工作要適應(yīng)這一特點，研究單位與光伏工廠間的技術(shù)轉(zhuǎn)移工作應(yīng)加強，以提高企業(yè)的技術(shù)水平。&

56、lt;/p><p>　?。?）由于資金有限，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展要適當安排與引導，一方面要讓投資者對光伏產(chǎn)業(yè)的特性有更多的了</p><p>　　解，以進行合理的投資。另一方面對合資建廠、引進技術(shù)、支持國內(nèi)發(fā)展等都應(yīng)進行均衡的考慮。10年內(nèi)我國</p><p>　　光伏市場以年增30％進行規(guī)劃是可行的，但處于微利經(jīng)營狀態(tài)，應(yīng)加強宣傳，使得各方面及潛在的支持者了</p>

57、;<p>　　解光伏產(chǎn)業(yè)所具有的重大長期效益及近期效益，增強投資者的信心。</p><p>　?。?）應(yīng)加強光伏技術(shù)隊伍的建設(shè)，為人才成長創(chuàng)造必要的條件。各級政府對光伏科研單位及企業(yè)應(yīng)以支</p><p><b>　　持。</b></p><p>　　（4）在發(fā)展太陽電他的品種上，晶體硅太陽電池屬于馬上能得到應(yīng)用并可存在相當長時間

58、的產(chǎn)品，應(yīng)作為主要產(chǎn)品。同時重點發(fā)展多晶硅電池，盡快在我國建成有相當規(guī)模的多晶硅太陽電池生產(chǎn)線。我國非晶硅太陽電池已有一定基礎(chǔ)，應(yīng)給于相當?shù)闹匾暋?yīng)加速單晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)革新，大幅度提高太陽電池產(chǎn)量和質(zhì)量，同時減少消耗、降低成本，使國產(chǎn)電池價格和國際價格相當。非晶硅電池方面需要較大的投資，才能將目前單結(jié)電池生產(chǎn)線改建成三結(jié)電池生產(chǎn)線，穩(wěn)定性才能提高。CiS、多</p><p>　　

59、晶硅薄膜、CdTe、有機納米太陽電池等，有的在國際上發(fā)展前景尚未定論，有的在我國基礎(chǔ)太薄弱，雖然具有潛力，但不能盲目，應(yīng)投入一定的經(jīng)費進行探索性研究，密切注意國際上發(fā)展動向。 </p><p>　?。?）建議在國務(wù)院統(tǒng)一領(lǐng)導下，由國家綜合部門牽頭，約請有關(guān)部委參加，建立新能源領(lǐng)導小組，擬定統(tǒng)一的新能源規(guī)劃，克服某些分散混亂現(xiàn)象，使我國光伏發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)逐步走入快速有序的發(fā)展軌道。主管新能

60、源的政府官員及光伏界人士應(yīng)共同關(guān)注各種重大發(fā)展機會，包括科技攻關(guān)、重大基礎(chǔ)研究項目（973計劃）、超級863科研計劃、雙加工程、重大科技成果產(chǎn)業(yè)化計劃等，共同配合做好可行性論證工作，爭取在經(jīng)費上對光伏發(fā)電項目的支持。</p><p>　?。?）制定促進光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策。讓從事光伏發(fā)電的企事業(yè)單位享受高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)惠政策。對其產(chǎn)品按照小水電的稅率征收增值稅或采取類似的措施。</p><p&g

61、t;　　為促進老、少、邊、窮地區(qū)推廣光伏發(fā)電技術(shù)，提倡由當?shù)卣鶕?jù)情況向購買光伏發(fā)電產(chǎn)品的農(nóng)戶提供一定的費用補貼。</p><p>　　（7）重視“光伏發(fā)電”學科點建設(shè)和人才培養(yǎng)。建議在有條件的院校建立光伏發(fā)電培訓試驗中心，以培養(yǎng)出一大批能勝任發(fā)展需要的中高級光伏發(fā)電專業(yè)技術(shù)人才和管理人才。</p><p>　?。?）加強光伏發(fā)電知識的普及與宣傳。依靠基層政府部門、中小學和農(nóng)村供銷社等多

62、種渠道開拓無電和缺電地區(qū)的光伏發(fā)電市場，并建立售后服務(wù)體系。進行邊遠農(nóng)牧區(qū)銀行或農(nóng)村信用社給光伏用戶進行信貸的試點工作。</p><p>　　（9）應(yīng)增強我國光伏產(chǎn)品在世界上的競爭力。當務(wù)之急是，晶體硅電他的效率應(yīng)迅速提高到國際水平，生產(chǎn)出10cmX10cm準方片太陽電池，成本降低到與進口太陽電池組件相當。</p><p>　　獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT策略研究</p>&l

63、t;p>　　5、太陽能光伏陣列伏安特性分析</p><p>　　圖1光伏電池實際情況下的等效電路光伏電池的等效電路如下所示：</p><p>　　其中Iph為光生電流。正比于光伏電池的面積和入射光的輻照強度。環(huán)境溫度的升高，該值略有上升。</p><p>　　ID為暗電流，無光照下的光伏電池的基本行為特性就類似于一個普通的二極管。指光伏電池在無光照的時候，由外

64、電壓作用下P-N結(jié)自身所產(chǎn)生的總擴散電流的變化情況。</p><p>　　IL為光伏電池輸出的負載電流。</p><p>　　Uoe為電池的開路電壓。與入射光輻照強度的對數(shù)成正比．與環(huán)境溫度成反比，與電池面積大小無關(guān)。</p><p>　　RL為電池外負載電阻。</p><p>　　Rs為串跌電阻。一般小于1歐。主要由電池的</p>

65、;<p>　　體電阻：表面電阻，電極導體電阻，電極與硅表面間接觸電阻和金屬導體電阻等組成。</p><p>　　Rsh為旁路電阻，～般為幾千歐姆。它主要由池表面污濁和半導體晶體缺陷引起的漏電流所對應(yīng)得P-N結(jié)泄露電阻和電池邊緣的泄露電阻等組成。</p><p>　　Rs和Rsh均為光伏電池本身固有電阻，相當于光伏電池的內(nèi)阻。一個理想的光伏電池。因串聯(lián)的Rs很小、并聯(lián)的Rsh很

66、大，所以進行理想電路計算時，它們都可忽略不計。致使理想的等效電路只相于一個電流為Iph的恒流源與一個二</p><p><b>　　極管并聯(lián)。</b></p><p><b>　　如下圖所示。</b></p><p>　　此外光伏電池等效電路還應(yīng)包含由P．N結(jié)形成的結(jié)電容和其他分布電容。由于光伏電池是直流備，通常沒有高頻交

67、流分量，因此這些電容也可忽略不計。</p><p>　　由上述定義，可列出光伏電池等效電路中各變的方程式如下：</p><p>　　其中，Io為光伏電池內(nèi)部等效二極管的P—N向飽和電流。它與該電池材料自身性能有關(guān)，反了光伏電池對光生載流子最大的復合能力。一般是常數(shù)，不會受光照強度的影響。Isc為電池的短電流。uD為等效二極管的端電壓。q為電子電荷．k為玻爾茲曼常量，T為絕對溫度。A為P-N

68、結(jié)的曲線常數(shù)。</p><p>　　由上面的公式可以得到光伏電池的伏安曲線，如圖3所示：</p><p>　　曲線有一個對應(yīng)的最大功率輸出點。在最大功率點的左側(cè)稱為電池表現(xiàn)出電流源的特性，輸出電壓下降很快，而輸出電流基本不變：而在右側(cè)則表現(xiàn)出電壓源的特性，輸出電流增加很快，而輸出電壓變化緩慢。</p><p>　　光伏電池輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受到光照強

69、度、環(huán)境溫度和負載情況的影響。在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達到最大值，這時光伏電池的工作點就達到了最大功率點(maximumpowerpoint，MPP)。</p><p>　　6、MPPT策略制定</p><p>　　獨立式光伏系統(tǒng)不能向大電網(wǎng)饋送多余的電能，還有用于儲能的蓄電池組，它的MPPT策略相對

70、于并網(wǎng)系統(tǒng)，需要考慮的因素更多。MPPT實質(zhì)是一個自尋優(yōu)的過程，常用的方法有同定電壓跟蹤法、擾動觀測法和電導增量法…。本文采用導納增量法，首先采集蓄電池組的SOC值和負載情況，然后根據(jù)這兩者束判斷是否啟用MPPT。若啟用則開始采集光伏陣列的輸出電壓和電流，并對采集所得的數(shù)據(jù)進行分析和處理，然后根據(jù)分析得到的結(jié)果對光伏陣列的輸出電壓進行調(diào)整，使之工作在最大功率點。具體的MPPT算法流程圖如下圖所示：其中△U是常數(shù)，為最大功率工作點工作電壓

71、的調(diào)整量。如圖4所示：</p><p>　　7、獨立式光伏系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏陣列，蓄電池組?？刂破?，逆變器和交流配電設(shè)備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。光伏陣列將太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，陽光充足時，它向用電設(shè)備供電，為蓄電池組充電。在陰雨天、晚上等陽光不足的時候，蓄電池放電，為用電毆備提供電艟?？刂破鲗夥嚵械墓ぷ鳡顟B(tài)自動監(jiān)測并做出相應(yīng)的調(diào)整，以保證其

72、工作在最佳功率狀態(tài)下，同時還實現(xiàn)整套系統(tǒng)的充、放電的全自動控制。逆變器將直流轉(zhuǎn)換為交流電通過交流配電桓為用電設(shè)備供電。整套系統(tǒng)具備過壓保護，過載保護，蓄電池充電方式自動調(diào)節(jié)等功能。 如圖5所示：</p><p>　　系統(tǒng)控制囂以DSP為核心，通過傳感器對整的工作狀態(tài)和工作環(huán)境進行監(jiān)控。其結(jié)構(gòu)框圖6所示：</p><p><b>　　8、結(jié)論</b></p>

73、<p>　　獨立式光伏系統(tǒng)采用一片DSP控制，使得整個的可靠性和可控性提高，可以更好的協(xié)調(diào)各部系統(tǒng)整體的關(guān)系。由于采用了具有最大功率跟能的設(shè)計，使光伏電池真正的工作在最大功率提高了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。隨著科技的進步和光市場的發(fā)展，為了有效利用太陽能，MPPT技術(shù)在光伏系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，將會取得較大的經(jīng)濟會效益。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&l

74、t;p>　　[1]CarlosMeza,DomingoBicl．BoosVariableStructureControlforGrid．connectMPPT．IEEPholovoltaicSystemswithScnsodcssiSIE2005．2005．7</p><p>　　[2]楊海柱，金新民．基于DsP控制的光伏并網(wǎng)逆變器率的跟蹤問題．太陽能學報2005．12</p><p&g

75、t;　　[3]王長貴，王斯成．太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)．北京，工業(yè)出版社2005．6</p><p>　　[4]趙爭鳴．劉建政等．太陽能光伏發(fā)電及應(yīng)用．北京出版社2005</p><p>　　[5]王長貴新能源和可再生能源的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集2003．9</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　

76、通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了，這意味著大學生活即將結(jié)束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。</p><p>　　在本論文的寫作過程中，我的導師cc老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關(guān)心和支持的各