光伏發電的基本原理精選(九篇)

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第1篇：光伏發電的基本原理范文

關鍵詞：分布式；光伏發電系統；并網發電；電力生產；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM615 文章編號：1009-2374（2016）13-0090-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.043

分布式光伏發電是一種新興的、具有廣闊發展前景的技術，具有輸出功率較小、綠色環保等特點。該技術采取就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用的原則，利用光伏組件將太陽能直接轉化為電能，既能緩解局部用電緊張狀況，又能解決長距離輸電的損耗問題，還能與大電網互為備用，提高供電可靠性，對于優化我國能源結構、促進節能減排、防治大氣污染具有重要意義。

1 分布式光伏并網發電系統的基本原理

分布式光伏并網發電系統是近年來提出的“微電網”的一部分，是一個能實現自我控制、保護和管理的自治系統。其核心問題是使系統充分利用太陽能資源，在安裝組件時應確保向陽光最充足的方向安裝。其基本原理是利用太陽能電池組的光生伏打效應，通過并網逆變器，將光伏電池產生的直流電轉換成與電網電壓同頻同相的交流電。太陽能轉換為電能，主要分三步：（1）太陽能電池吸收一定能量的光子后，半導體內產生電子-空穴對，電子帶負電，空穴帶正電；（2）電極性相反的光生載流子被太陽能電池產生的靜電場分離開；（3）光生載流子和空穴分別被太陽能電池的正負極收集，在外電路中產生電流，形成電能。

分布式光伏發電系統主要分為就近較低電壓等級并網和集中控制、高壓單點兩種并網方式。小型光伏發電系統對公共電網的影響相對較小，一般采用就近較低電壓等級并網方式。大中型光伏電站通常并網容量大，對電網潮流影響較大，一般采用集中控制、高壓單點并網方式。

2 分布式光伏并網發電系統的主要構成

分布式光伏并網發電系統主要由太陽能電池組件、光伏方陣支架、并網逆變器、蓄電池、直流匯流箱、直流配電柜、交流配電柜、系統監控和環境監測裝置等構成。其基本運行模式是，當太陽輻射時，太陽能電池組件將太陽能轉換成電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器轉換成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力由所接入的電網調節。

2.1 太陽能電池組件

太陽能電池組件是分布式光伏發電系統的核心部件之一，目前應用最廣泛的太陽能電池組件是結晶硅組件，用鋼化玻璃、EVA及TPT熱壓密封而成，并加裝鋁合金邊框，具有抗風、抗冰雹、便于安裝等特點。太陽能電池通常由高純硅材料制成，是一種半導體PN結器件。按照發電效率由高至低的順序分為非晶硅薄膜太陽能電池、多晶硅電池、單晶硅電池和薄膜復合晶硅電池。其作用是將太陽能轉化為電能，存儲到蓄電池或推動負載工作。

2.2 光伏并網逆變器

光伏并網逆變器是一種將直流電轉換為交流電的電子器件，具備自動穩頻和穩壓的功能，能夠確保光伏并網發電系統的供電質量。主要作用是將太陽能電池組件產生的直流電（12V、24V、48V）逆變成交流電，然后送入公共電網。主要性能指標是平均故障修復時間（MTTR）、故障率、可靠度、平均故障間隔時間（MTBF）。光伏并網逆變器分為電流源電流控制、電壓源電壓控制、電流源電壓控制、電壓源電流控制四種。為確保光伏并網發電系統具備良好的動態響應，光伏并網逆變器應選擇電壓源進行輸入。如采用電壓控制方式進行輸出，需要使用鎖相控制技術實現與電網同步的目的，但鎖相回路響應時間較長，很難對并網逆變器輸出電壓值進行準確控制，易造成噪聲環流現象，因此建議采用電流控制方式作為光伏并網逆變器的輸出方式。為提高并網電流質量，光伏并網逆變器電流輸出側需使用合適的濾波器。同時為確保公共電網的安全，并網逆變器還要考慮三相電壓、電流不平穩、欠壓、防雷接地保護、短路保護、防孤島效應等保護措施。

2.3 蓄電池

其作用是在有光照時儲存太陽能電池板的電能，供負載使用。蓄電池一般使用免維護鉛酸電池，也可使用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。主要性能指標包括額定容量、低溫放電和充電性能、充電效率以及深放電后的恢復性能、使用壽命等。

2.4 充電控制器

蓄電池因日照影響頻繁充放電會出現過充電和過放電現象，縮短使用壽命。充電控制器能為蓄電池提供穩定的充電電流和電壓，起到過充電（放電）保護的作用。

2.5 監測系統

監測系統由數據采集系統、數據傳輸系統和數據中心組成。其中，數據采集系統包括環境監測、電參數監測等設備，主要功能是從電壓傳感器、電流傳感器、智能傳感器、溫度傳感器等被測單元中采集數據，送至上位機進行分析處理；數據傳輸系統主要用于電站數據監測系統中監測裝置與數據采集裝置之間、數據采集裝置與數據中心之間的數據傳輸；數據中心是指集中多個光伏電站數據的環境，將傳感器采集的信息在數據中心進行處理和顯示。

3 分布式光伏并網發電的關鍵技術

3.1 網絡拓撲技術

分布式光伏系統的網絡拓撲結構與傳統的集中式發電系統相比，存在較大差異。研究設計分布式光伏發電系統的網絡拓撲結構，關鍵要充分考慮當地太陽能的分布預測和負荷水平，在可用性、隨機性方面給予正確評估。

3.2 分布式發電系統并網控制技術

分布式光伏系統具有多并網逆變器和多能量來源等特點，必須注重在并網運行中的相互耦合影響以及并網協調的控制問題。為實現負荷穩態的合理動態分配，必須注重多個逆變器在獨立運行中的協調控制問題，同時還要深入研究能夠適合于并網逆變器的無盲區孤島檢測問題。

3.3 鎖相環控制技術

鎖相環是控制光伏發電系統并網輸出的交流電與市電同頻共相的一項技術，它作為一種反饋控制電路，接受外部信號后，與自身系統信號比較，再通過其內部的相關環節控制內部環路信號的相位和頻率，然后發出信號。

其中鑒相器主要負責檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將相位差轉化成電壓信號的形式。當輸入信號出現波動時，鑒相器的輸出電壓信號將產生紋波。環路濾波器主要負責將這些電壓信號平均化，并去除紋波，得到較為穩定的電壓信號。壓控振蕩器主要負責接受穩定的電壓信號，并產生一定頻率的輸出信號，輸出信號傳到開關管的控制電路，控制開關管的開關，使逆變器的輸出電能與市電同頻共相。

4 分布式光伏并網發電對電網的影響

我國中低壓配電網大多采用中性點不接地系統，屬于單側電源輻射性供電網絡，而分布式發電系統接入配電網，使配電系統從放射性結構變為多電源結構，潮流和短路電流大小、流向以及分布特性均會產生變化，對電網造成不良影響。

4.1 對電壓調節的影響

接入分布式光伏電源后，會造成局部配電線路的電壓波動和閃變，既定的電壓方案不能滿足配電網電壓調節的要求。

4.2 對電流保護的影響

接入分布式電源后，當電路發生故障時，主要對繼電保護、重合閘等動作產生影響。比如：降低本線路保護的靈敏度，甚至出現本線路保護的誤動和拒動；導致相鄰線路的瞬時速斷保護誤動，失去選擇性；重合閘不能正常運行等。

4.3 出現非正常孤島現象

孤島效應是指當電網出現電氣故障或其他原因中斷供電時，并網發電系統仍然向周圍的負載供電，從而形成無法控制的自給供電孤島。盡管當前絕大多數光伏逆變器采用了預測孤島現象和切斷電路的設計，但分布式光伏發電系統在多個逆變器并聯且相互影響的情況下，仍會出現無法預測的孤島現象，進而損壞用電設備，甚至威脅到電網檢修人員的安全。

4.4 對電能質量的影響

分布式光伏發電系統的逆變器使用了大量的電力電子元件，逆變器并網易產生諧波、三相電流不平衡，造成電網電壓波動和閃變。

5 分布式光伏并網發電的發展前景

近年來，為解決能源問題和環境問題，國外許多發達國家十分重視分布式光伏系統的研發，光伏發電產業發展很快。我國也加大了分布式光伏發電的支持力度，國家和地方政府相繼出臺了一系列促進光伏產業發展的相關政策。目前分布式光伏發電已在發電站、交通監控、景觀照明、道路照明等領域得到廣泛應用，越來越多的居民開始使用家用太陽能電源產品。當前應用最廣泛的分布式光伏發電系統是居民自建房屋、城市居民小區、產業聚集區廠房等建筑屋頂上的規模較小的光伏發電項目，其顯著優點是日照輻射好，不占專用地，光伏組件安裝相對自由，系統效率高，便于大規模推廣應用。據有關資料統計，2014年，分布式光伏發電建設規模占800萬千瓦，超過建設規模總額的一半。國家公布的相關規劃明確提出，鼓勵在中東部地區建設與建筑結合的分布式光伏發電系統，鼓勵單位、社區和家庭安裝和使用分布式光伏發電系統，同時，屋頂問題、接入問題和貸款問題也將逐步得到解決。另外，國家將在每個省建設500MW分布式光伏發電應用示范區，分布式光伏發電將會在國內迎來更為廣闊的前景。

參考文獻

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[3] 潘逸，竇偉.新型大功率光伏并網逆變器關鍵技術仿

第2篇：光伏發電的基本原理范文

關鍵詞：光伏陣列；不均勻光照；輸出特性；信真模型；Matlab；Simulink 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM914 文章編號：1009-2374（2015）29-0024-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.29.012

1 光伏發電的基本原理

1.1 光伏電池的數學模型

光伏電池的等效電路如圖1所示，圖中，為光生電流，取決于光伏電池的面積和入射光的輻照度和本體的溫度；為暗電流，是光伏電池無光照時由外電壓作用下PN結流過的單向電流；為負載電流；為開路電壓，與入射光的輻照度的對數成正比，與環境溫度成反比；為串聯電阻，一般小于1歐姆；為旁路電阻，一般為幾千歐姆；I0為無光照時的飽和電流；為短路電流。

2 仿真探索不均勻光照下光伏陣列的輸出特性

2.1 模型介紹

模型中每一個光伏電池都并聯了一個旁路二極管，但只并聯旁路二極管時運行中會報錯，因此旁路二極管旁又并聯一個電阻，光伏陣列模塊由4個光伏電池串聯。光伏電池模塊如圖2所示：

用以上模型仿真，將光伏陣列的輸出電壓、輸出電流、輸出功率導入matlab的workspace當中，即可畫出相應的光伏陣列輸出特性曲線。

2.2 不均勻光照下光伏陣列的輸出特性

2.2.1 一種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照均設為時，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖3（a）和3（b）所示：

觀察圖3，在I-U特性曲線中，光伏陣列的開路電壓即為4個光伏電池串聯后的開路電壓，；光伏陣列的短路電流即為4個光伏電池串聯后的短路電流，。P-U特性曲線中，光伏陣列最大功率點電壓為，最大功率為，。仿真所得圖線與理論計算結果一致。

2.2.2 兩種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖4（a）和4（b）所示：

2.2.3 三種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖5（a）和5（b）所示：

2.2.4 四種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖6（a）和6（b）所示：

2.2.5 不均勻光照下光伏陣列的輸出特性仿真總結。（1）當整個光伏陣列中只有一種光照時，其I-U特性曲線上只有一個膝點，其P-U特性曲線上只有一個峰值；（2）當某塊光伏電池被遮擋時，由于所接受到的光照下降，導致被遮擋的光伏電池的I-U特性曲線上短路電流的下降，同時由于遮擋導致光伏電池溫度升高，其相應的開路電壓也會相應減小。因此，當光伏陣列中的某塊電池被遮擋時，其光伏陣列的輸出特性會發生變化，即整個光伏陣列的I-U特性曲線上會出現多個膝點，而對應的P-U特性曲線上可能會出現多個峰值；（3）當有個光伏電池串聯，有（）種光照時，光伏陣列的I-U特性曲線將有個膝點，P-U特性曲線可能會出現個波峰。

參考文獻

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[2] 吳忠軍，劉國海，廖志凌.硅太陽電池工程用數學模型參數的優化設計[J].電源技術，2007，31（11）.

第3篇：光伏發電的基本原理范文

【關鍵詞】 功率預測 短期預測 均方根誤差

發電與用電必須實時平衡是電力系統運行的重要特點，只有這樣系統才能保證安全和穩定。因而無論在國內還是國外，電網調度部門主要負責電力系統的調頻、調峰、安排發電計劃和備用容量等業務。對于新能源發電方面，尤其以光伏和風電為代表，當其在電力系統中達到較高透率時，準確預測其輸出功率不僅有助于調度部門提前調整調度計劃來減輕光伏風電間歇性對電網的影響，而且還可減少備用容量的安排，從而降低系統運行成本。因此，新能源功率預測在電網調度領域占有舉足輕重的地位，更精確的預測風能、太陽能發電功率有利于制定合理的電力調度計劃。

1 國內外研究現狀

對新能源發電功率預測技術的研究較早起源于國外，尤其以丹麥、德國、瑞士、西班牙和日本等國的相關大學和科研機構為代表。上世紀90年代丹麥開始大力發展風電，促使了其不同公司或高校開始研究新能源功率預測問題。[1]相繼產生了多個產品，如Riso實驗室開發了Prediktor系統，丹麥技術大學開發出WPPT（Wind Power Prediction Tool）系統，而后的用于風電功率預測的Zephry系統就是由Prediktor和WPPT整合而來，另外由ENFOR公司研發的用于光伏功率預測的SOLARFOR系統也比較有代表性；作為國際上較早大面積應用新能源的德國，其Oldenburg大學開發了Previento系統，德國太陽能研究所開發了風電功率管理系統（WPMS）；西班牙Joen大學建立了19kW的光伏發電站驗證其發電預報準確率[2]，通過人工神經網絡算法，以實測的光伏板溫度、日照輻射強度為輸入值，以其I/V曲線為目標函數，訓練神經網絡的多層傳感器，求解出逼近實際工況的I/V曲線，建立了發電功率日照強度、板溫之間的函數關系，經過驗證，該系統2003年發電量預測值與實測值的歷史相關系數高達0.998。國內方面光伏發電量預測技術研發起步較晚。華北電力大學[3]結合光伏組件數學模型和保定地區氣象資料，模擬了30MW光伏電站發電量數據，利用支持向量機回歸分析方法進行功率預測，但該方法無實際光伏電站的實況發電量數據，缺乏實驗驗證，對實際光伏電站發電量預報的指導意義有限。華中科技大學[4]利用該校屋頂光伏并網發電系統資料進行研究，通過2005―2010年不同季節氣象因素與發電量之間的相關分析，得出光伏發電量與輻照度的相關性最大、溫度次之、風速再次之。

2 功率預測方法及分類

為提高功率預測精度，國內外研究機構都在嘗試各種新的預測方法，主要的功率預測方法分類如（圖1）。

時間序列分析是持續預測法中的一種，其認為風速、輻照強度預測值等于最近幾個風速、輻照強度歷史數據的滑動平均值，通常只是簡單地把最近一點的觀測值作為下一點的預測值。該模型的預測誤差較大，且預測結果不穩定。改進的方法有ARMA模型法、卡爾曼濾波法。

人工神經網絡方法被廣泛用來解決非線性問題的建模方法。它由大量簡單元件相互連接而成的復雜網絡，具有高度的非線性，能夠進行復雜的邏輯操作的非線性關系。其具有很多優良性能，如非線性映射能力、自組織性和自適應性能力、記憶聯想能力、容錯能力等。

按照風電或光伏功率預測的時間尺度可分為中長期、短期和超短期預測。對于中長期預測或更長時間尺度，主要用于風光電場或電網的檢修維護計劃安排等的預測。對于30分鐘～72小時的預測，主要用于電力系統的功率平衡和經濟調度、電力市場交易、暫態穩定評估等稱為短期功率預測。一般認為不超過30分鐘的預測為超短期預測。從預測模型建立角度考慮，不同時間尺度的預測有本質區別：0～3小時的預測主要由大氣條件的持續性決定，所以如果不通過數值天氣預報也能得出較好的預測結果，如采用可得到更好結果。對于時間尺度超過3小時的預測，不考慮數值天氣預測無法反應大氣運動的本質，所以難以得到較好的預測結果，所以通常的預測方法都采用數值天氣預報的數據。

基于物理方法的功率預測流程示意圖如下（以風功率預測為例）。首先通過數值天氣預報得到風速、風向等氣象數據，再根據電場周圍的地理信息參數（等高線、粗糙度、障礙物、溫度分層等）采用軟件計算得到風機輪轂高度的風速、風向、氣溫、氣壓等參數，最后根據風機功率曲線計算得到風電場輸出功率。因為在不同的風向和溫度條件下，即使風速相同，風電場輸出功率也不相等，因此風電場功率曲線是一族曲線，同時還應考慮風電機組故障和檢修的情況。對整個區域進行風電功率預測時，可對所有的風電場輸出功率進行預測，然后求和得到區域總功率。

基于統計方法的風電/光伏的功率預測不考慮風速/輻照變化的物理過程，根據歷史統計數據找出天氣狀況與風光電場出力的關系，然后根據實測數據和數值天氣預報數據對電場輸出功率進行預測。

兩種方法各有優缺點。物理方法無需大量的測量數據，但對大氣的物理特性及風/光電場特性的數學描述要求較高，這些描述方程求解困難、計算量大。統計方法無需對求解方程，計算速度快，但需要大量歷史數據，采用機器學習方法對數據進行挖掘與訓練，得到氣象參數與風/光電場輸出功率的關系。目前的趨勢是將兩種方法混合使用，稱之為綜合方法。

3 三種預測方法的對比

通過應用三種統計預測算法于某案例中對其預測精度進行了對比。案例以某島嶼上的分布式風光電站發電量為檢驗對象，該電站由25臺30kw并網光伏逆變器、5臺50kw風機組成，合計1000kw。選取2013年4月份的歷史功率數據和歷史數值天氣預報數據作為模型建立依據，5月份發電量作為預測對象（因為該區域4，5月份天氣變化相對最小），并采用同時段的歷史功率數據對模型的預測結果進行驗證。

3.1 ARMA預測模型

3.1.1 ARMA模型的基本原理

ARMA模型也稱為自回歸滑動平均模型，是研究時間序列的重要方法之一，是由自回歸與滑動平均兩種模型“混合”而成。常用于長期追蹤資料的研究和用于具有季節變動特征數據的預測中，所以可將其應用于風電光伏功率預測領域。

3.1.2 預測結果及誤差分析

運用ARMA模型分別對5月1日9時0分至5月31日18時00分進行預測，得到原始風電光伏總功率和預測功率。預測結果如（圖3、4）所示。

常見的預測誤差的評估方法有平均絕對誤差，均方根誤差，相關系數等。均方根誤差放大了出現較大誤差的點，能更好的反映光伏電站預測模型的準確度，因此本文采用均方根誤差RMSE對模型的誤差進行評估。

其中，N-測試樣本數；P-裝機容量。

通過Matlab的計算，我們得到各項指標結果如表1。

3.2 卡爾曼濾波預測模型

3.2.1 模型基本原理

卡爾曼濾波法運用了濾波的基本思想，利用前一時刻預報誤差的反饋信息及時修正預報方程，以提高下一時刻的預報精度。要實現卡爾曼濾波法預測風光功率，首先必須推導出正確的狀態方程和測量方程。因已通過時間序列分析建立了風電功率時間序列的ARMA模型，故可將ARMA模型轉換到狀態空間，建立卡爾曼濾波的狀態方程和測量方程。

3.2.2 預測結果及誤差分析（如圖5、圖6）

通過Matlab的計算，我們得到各項指標結果如（表2）。

3.3 小波神經網絡預測模型

對于上文的ARMA模型和卡爾曼濾波模型都屬于線性模型，都必須先對模型結構做出假設，然后對模型參數的估計得到預測值。因此，模型結構的合理與否，直接影響到最終預測的精度。由于風光電場功率具有高度的不確定性，因而單一的線性預測模型不足以挖掘其功率數據中的所有信息。而神經網絡具有自學習、自組織和自適應性，可以充分逼近任意復雜的非線性關系，所以本文選擇小波神經網絡方法對風光功率進行非線性預測研究。

3.3.1 小波神經網絡法基本原理

小波神經網絡是一種以BP神經網絡拓撲結構為基礎，把小波基函數作為隱含層節點的傳遞函數，信號前向傳播的同時誤差反向傳播的神經網絡。小波神經網絡的拓撲結構如圖7。

3.3.2 模型建立

首先采集四月份一整月的光伏風電功率數據，每隔15min記錄一個時間點，共有960個時間節點的數據，用前四月份30天的功率數據訓練小波神經網絡，最后用訓練好多的神經網絡預測之后的功率數據。基于小波神經網絡的功率預測算法流程圖如圖8所示。

小波神經網絡的拓撲結構如圖9所示。

小波神經網絡訓練：通過數據訓練小波神經網絡，網絡反復訓練100次。

神經網絡網絡測試：用訓練好的神經網絡預測風光功率，并對預測結果進行分析。

3.3.3 預測結果

利用Matlab處理數據并進行計算，我們得到基于小波神經網絡的功率預測結果（圖10、11）。

預測結果分析：

本文采用了ARMA模型、卡爾曼濾波預測算法和小波神經網絡算法對該島的分布式風光電功率數據樣本進行了預測。分析表1～表3預測效果評價指標，我們得到以下認識：小波神經網絡模型中我們得到預測結果：超短期預測精確度誤差最小達到到7%，短期預測精確度誤差最小達到到9%，表明小波神經網絡的預測結果已經相當精確。對小波神經網絡預測曲線與線性預測模型的預測曲線進行對比，可以看到：神經網絡對于光伏風電功率的描繪更加平緩。

4 結論與展望

在對國內外文獻廣泛調研的基礎上，較為全面地論述了風電、光伏功率預測技術的研究現狀和最新動態，對當前功率預測技術方法進行了總結歸納，建立了針對某島嶼分布式風光互補示范工程的高精度發電功率預測模型，成功實現了分布式電源總輸出（光伏風電）的精確預測，實驗運行結果表明：該系統能夠準確預測次日短期和未來4小時超短期光伏發電出力，短期和超短期預測的月平均均方根誤差分別為9%和7%。

為了進一步提高功率預測精度還需要提高數值天氣預報質量，從而得到精度更高更豐富的區域氣象數據。因此需要盡快建立我國數值天氣預報商業化服務，進一步完善風電光伏功率預測系統，提高預測精度。

參考文獻：

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第4篇：光伏發電的基本原理范文

關鍵詞：光伏組件；太陽電池；光伏充電；汽車空調設備

0 引言

研發以太陽能供電的汽車空調系統，能把太陽能光伏電源儲存于電池內， 即將太陽的光能轉化為太陽能電池的電能加以利用并將多余的電能存儲起來供汽車空調系統使用。電流經過MPPT和控制系統進入蓄電池或者直接驅動電動機，也可以以二者結合的方式進行。在一定的陽光照射下，電能將直接進入蓄電池，進而將電能主要供給空調使用，調節汽車內的溫度，特別適合在炎熱的夏天使用，解決了夏天中午出入汽車內就像“蒸籠”的問題，持續供有冷氣輸入，使汽車內始終保持恒溫狀態。并且平日里多余的電還可以用來汽車照明、播放MP3、以及充當移動式電源等。該方法每年能使每輛汽車減少四噸二氧化碳的排放量，為建設環保節約型社會創造了良好的條件。

1 太陽能光伏發電原理與系統

1.1 硅太陽能電池工作原理

太陽能電池發電的原理主要是半導體的光電效應。半導體具有熱敏性，光敏性和摻雜性。表現為半導體在環境溫度上升，受到的光照強度增強，純凈的半導體中摻入雜質的情況下，半導體的導電能力會顯著增強。本征半導體半導體主要為高純度的硅和鍺，為正四棱錐結構，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當硅晶體中摻入微量3價元素如摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖1：

圖中，正電荷為Si，負電荷為Si周圍的4個價電子。硼原子最外層有3個價電子，這3個價電子與周圍4個Si原子形成共價鍵時缺少一個電子，即共價鍵結構中產生一個空穴，Si原子周圍的電子很容易填補這個空穴，因此在原來的位置上產生新的空穴，而此時硼原子變為負離子。形成P型半導體。同樣的道理，在Si中摻入5價的磷原子以后，因為磷原子周圍有五個價電子，其中4個與硅原子形成4個共價鍵，多余的一個自由電子，形成N型半導體，多子為自由電子。N型半導體中的多子為空穴，這樣，P型和N型半導體結合在一起，空穴和電子相遇復合而消失，就會在接觸面形成電勢差產生內電廠，這就是PN結。

當半導體接受光照后，在PN結中，N型半導體的多子（空穴）的擴散運動加強，而P型區中的多子（自由電子）往N型區移動，從而形成從N型區到P型區的電流結中形成電流。

1.2 太陽能發電系統組成部分

一般地，太陽能發電系統由電池組、太陽能控制器以及蓄電池組成。其各自作用如下：

（1）太陽能電池板：太陽能電池板是本裝置中的核心部分，其作用是將太陽的光能轉化為蓄電池的電能，并存儲到蓄電池中，實現光電轉換。在當今傳統能源日漸枯竭的形勢下，這是一種非常清潔的能源利用方式。而太陽能電池板吸收光能的效率也對此系統起到了決定性的作用。

（2）控制器：控制器的作用顧名思義是對整個系統起到控制的作用。例如當蓄電池過充電或過放電時可以及時的起到保護作用。而當太陽能電池板處于溫差較大的工作狀態時，控制器也可以及時進行溫度補償，除此之外，控制器還可以在安裝光控開關或時控開關時可以自動控制系統的工作與否，時整個系統不可缺少的一部分。

（3）蓄電池：時起到存儲電能的作用，將有光照時產生的電能存儲起來，供系統隨時使用。

（4）逆變器：將太陽能電池板產生的直流電轉換為交流電供空調系統使用。

2 汽車空調特點與現況

汽車空調原理大致和家用空調原理差不多，按動力來源分，可分為獨立式空調和非獨立式空調。由圖3可知，非獨立式空調和發電機綁定在一起運轉空調。在此基礎上會消耗發動機10%-15%的動力來源，這將直接對汽車的加速和爬坡能力有很大的影響，使我們所不愿看到和避免的。而且汽車不能保證在停止運行時還能繼續供給空調電力。

然而，對于獨立式空調，需要具備專門的動力源來驅動整個空調系統的運作，打比方，獨立式空調可能需要兩臺發動機，占用一定的空間，燃油用量巨大，成本難以控制，且難以維護。

3 太陽能光伏發電供給汽車空調用電裝置可行性分析

首先了解并掌握好太陽能光伏發電原理和空調運作的基本原理，其次考慮將上述兩樣完美地嵌在汽車內，進而保持良好的運作。

設計太陽能電池板在汽車車頂上的安裝，將太陽能的光能轉化為電能，將電能與汽車內的獨立空調相連，主要由太陽能發電供給空調用電。同時將一部分太陽能另一部分電力接入汽車內其他用電設備，在汽車內電力不足時供給上足夠的電能。

光伏充電系統運作時間從早上8：00開始，到晚上21：00結束，充電時間主要為8：00-18：00，夜晚18：00-21：00只放電，不充電。考慮到晴雨天氣，晴天多余的電量儲備在蓄電池內，雨天也可以繼續放電。

4 市場效益分析

太陽能汽車取代了一部分燃料汽車，一方面節約了能源，一方面減少了污染，既緩解了能源危機，又減緩了溫室效應。由于市場廣泛，本裝置的實用性和創意性會讓其擁有不錯經濟效益。本裝置安裝在汽車車頂，主要利用太陽能發電供給空調用電，同時給汽車其他用電設備供電，經濟效益高，減少了汽車對于汽油的依賴。由于在汽車內設置獨立式空調，不用發動機供給動力，增加了安全性和舒適性。特別是在炎炎夏日，不用擔心不用車時車內氣溫的上升問題，長期的恒溫空調為暢享一個舒適涼爽的夏天創造了很好的條件。

參考文獻：

[1]太陽光電協會編，寧亞東譯.太陽能光伏發電系統的設計與施工（日）[M].科學出版社，2006（04）.

[2]呂芳主編.太陽能發電[M].化學工業出版社，2009（09）.

[3]馮垛生，王飛編著.太陽能光伏發電技術圖解指南[M].人民郵電出版社，2011（05）.

第5篇：光伏發電的基本原理范文

本文首先綜述了國內外風光互補發電系統的研究現狀和發展趨勢；論述了小型風光互補發電系統的組成及工作原理；其次，詳細介紹了風能和太陽能的各自原理，并對風光互補發電系統控制技術進行了說明。

[關鍵詞]風力發電原理 太陽能發電原理 風光互補系統

中圖分類號：S214.4 文獻標識碼：S 文章編號：1009914X（2013）34003301

1風力發電和太陽能發電情況概述

進入二十一世紀，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，而能源問題日益嚴重，一方面是常規能源的匱乏，另一方面石油等常規能源的開發帶來一系列的問題，如環境污染、溫室效應等。人類需要解決能源問題，實現可持續發展，只能依靠科技進步，大規模開發利用可再生能源和新能源。而太陽能和風能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級利用太陽能發電和風力發電技術受到世界各國的高度重視。由于風力發電和太陽能發電系統均受到外部條件的影響，光靠獨立的風力或太陽能發電系統經常會難以保證系統供電的連續性和穩定性，因此，在采用風光互補的混合發電系統來進行相互補充，實現連續、穩定地供電。

2 風力發電系統的基本原理

2.1 系統組成與分類

風力發電系統主要由風力機、發電機、齒輪箱、變頻器、調向機構、制動機構和塔架等組成。風力機把風能轉換為機械能，發電機把機械能轉換為電能。目前，世界上大中型風力發電機組主要有兩種類型：一類是恒速恒頻，這類風電機組并網后捕獲風能的效率低；另一類就是變速恒頻，相比之下，變速恒頻風力發電機具有不可比擬的優勢。

變速恒頻風力發電系統根據其中不同類型發電機，如異步感應發電機、雙饋感應發電機、永磁同步發電機等，有多種拓補結構，以其特點適用于各種不同場合，這里主要介紹雙饋感應發電機組型。

3 太陽能光伏發電系統概述

3.1太陽能發電原理

太陽能光伏電池（簡稱光伏電池）用于把太陽的光能直接轉化為電能。目前世界各國正在研究的太陽電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽電池。在能量轉換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉換效率略低，但價格更便宜。另外，還有其它類型的太陽電池[5]。

當入射太陽光的能量大于硅半導體的禁帶能量時，太陽光子照射入半導體內，把電子從價電帶激發到導電帶，從而在半導體內部產生了許多“電子-空穴”對，在內建電場的作用下，電子向N型區移動，空穴向P型區移動，這樣，N區有很多電子，P區有很多空穴，在P-N結附近就形成了與內建電場方向相反的光生電場，它的一部分抵消了內建電場，其余部分則使P區帶正電，N區帶負電，于是在N區與P區之間產生了光生伏打電動勢，這就是所謂的“光生伏打效應”。

3.2 光伏陣列的最大功率點跟蹤方法

所有光伏系統都希望光伏電池陣列在同樣日照、溫度的條件下輸出盡可能多的電能，這也就在理論上和實踐上提出了太陽電池陣列的最大功率點跟蹤（MPPT-Maximum Power Point Tracking）問題。太陽能光伏應用的日益普及、太陽電池的高度非線性和價格仍相對昂貴更加速了人們對這一問題的研究。

太陽能電池在陽光照射下，具有特殊電性能的半導體內產生自由電荷，這些自由電荷定向移動并積累，從而在其兩端形成電動勢，當用導體將其兩端閉合時便產生電流。這種現象被稱為“光生伏打效應”，簡稱“光伏效應”。光伏效應在液體和固體物質中都會發生。但是，只有在固體中，尤其是在半導體中，才有較高的能量轉換效率。所以，人們常把太陽能電池稱為半導體太陽能電池。

太陽能電池的基本原理和二極管類似，可用簡單的PN結來說明。電池單元是光電轉換的最小單元，一般不單獨作為電源使用。將太陽能單元進行串、并聯并封裝后就成為太陽能電池組件，功率一般為幾瓦、幾十瓦甚至數百瓦，眾多太陽能電池組件需要再進行串、并聯后形成太陽能電池陣列。

4 基于DSP風光互補發電設系統計

4.1風光互補發電系統的組成及總體框圖

風光互補.發電總體結構系統主要由電補發電系統總體結構如圖4-1所示，電能產生環節、電能變換控制環節和電能存儲消耗環節3部分組成。

電能產生環節包括風力發電和太陽能發電兩部分。風力發電部分可通過直流風機或交流風初獲取風能轉化為電能；太陽能發電部分通過太陽能電池板獲取光能轉化為電能。

電能變換控制環節由DC/DC變換器、主攔制電路等部分構成，是發電系統的核心環節。交流風機輸出的三相交流電需經整流后進入DC/DC變換器，直流風機輸出直流電經過穩壓后直接送入DC/DC變換器；太陽能電池板輸出指到的直流電通常要通過1個防反二極管后，再送入DC/DC變換器。

主控制電路采用TMS320F2812控制芯片，通過控制DC/DC變換器實現功率變換，同時還可對各種信自，、參數進行數據采集、處理，從而實現設備保護、風險預警等功能。

電能存儲消耗環節包括存儲和消耗兩部分。電能的存儲部分由蓄電池承擔，用來消除由于天氣等原因引起的能量供需的不平衡，在整個系統中起到電能調節和平衡負載的作用。電能的消耗部分主要由直流負載、交流負載組成。直流負載可由蓄電池直接引入，也可通過1個升壓或降壓直流變換電路提供所需要的直流電壓；對于交流負載則需將蓄電池輸出的直流電變為交流電。

5結論與建議

所謂風光互補，簡而言之，是指將風力發電和光伏發電組合起來構成發電系統。利用太陽能電池將太陽能轉換成電能的光伏發電系統，雖然清潔，但造價相對高，且受日照時間影響；而風電系統雖然系統造價低，運行維護成本低，但質量可靠性也相對較差。將兩者結合，就能互補所短，各揚所長。

本文以“新能源發電技術"為課題研究方向，根據太陽能、風能的特點，給出了風光互補控制器的設計方案。風光互補發電系統的特點如下所示：

（1）風光互補發電系統的最大功率點追蹤控制。智能化最大功率跟蹤，確保電能最高利用率。采用升降壓DC/DC變換技術控制其輸出電壓就可以實現控制風力發電機、太陽能電池陣列的輸出電流，通過調節輸出電流使風光互補發電系統始終工作在最大功率點，即所謂的最大功率點追蹤控制（MPPT）。

（2）風力發電控制部分采用TMS320F2812 DSP和PWM脈沖寬調制充電方式，高效率地實現對蓄電池的充電，同時具備了完善的蓄電池電壓監控、手動停風機和充電指示等功能。

（3）光伏發電控制部分采用TMS320F2812 DSP做主控制器，通過對蓄電池電壓、環境溫度、太陽能板的電壓等參數的檢測判定，以實現各種控制和保護功能。

（4）風光互補發電系統采用交錯并聯控制，由DSP對兩個交換器進行分別控制，其輸出電壓的PWM脈沖相位相差180度。其電流波動幅度和電磁干擾與傳統控制方式相比均能夠降低。

總之，相信隨著設備材料成本的降低、科技的發展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環保的新能源發電系統將會得到更加廣泛的應用。

第6篇：光伏發電的基本原理范文

關鍵詞：新能源；電力系統；課程建設；教學方法

作者簡介：趙晶晶（1980-），女，重慶人，上海電力學院電氣工程學院，副教授；李東東（1976-），男，安徽阜陽人，上海電力學院電氣工程學院，教授。（上海 200090）

中圖分類號：G643.2     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2014）14-0077-02

21世紀人類面臨的兩大基本問題是能源問題與環境問題，發展新能源是解決這兩大問題的必由之路。新能源是相對于常規能源而言的，是指采用新技術和新材料或在新技術基礎上系統地開發利用的能源，如太陽能、風能、地熱能、海洋能等，大部分新能源被轉換成電能接入電力系統中。新能源在地理位置上高度分散、受氣候影響大，因此新能源發電的控制方式比傳統石化燃料發電復雜。要將大量新能源電能接入現有電力系統，需要電網在規劃、運行及控制等諸多方面作出調整，以便能更好地適應新能源隨機性、波動性對電力系統電壓、頻率、穩定性等方面帶來的影響。

2013年，為促進上海電力學院電力系統及其自動化專業研究生適應新能源大量并網后電力系統發展的需要，上海電力學院電氣工程學院新開設了“新能源與電力系統”研究生專業選修課程。該課程旨在使學生對新能源發電技術的基本原理、風力與光伏發電等可再生能源并網后電力系統的運行特點有一個全面的了解，并能夠利用電力系統專業分析方法解決新能源并網給電力系統帶來的新問題，為進一步分析和研究新能源并網后電力系統的規劃、設計、運行打下良好基礎。

一、課程結構與教學內容的設計

“新能源與電力系統”課程的內容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學科領域，其中新能源發電技術主要包括太陽能發電、風能發電、生物質能發電、氫能發電、天然氣、燃氣發電、小水力發電、地熱能發電和海洋能發電等多種發電技術。新能源發電并網后對電力系統的影響包括規劃、運行、控制等諸多方面。該課程涉及“新能源發電技術”與“電力系統分析”兩部分內容，概念多、知識面廣、工程應用性強。但授課學時僅為36學時，內容多，課時少，要在有限的課堂教學時間內使學生有效掌握重要知識，需要合理設置課程結構，并對教學內容進行篩選。

在過去10年中，世界風電裝機容量以平均每年30%累計速度迅速增長。截止到2013年，中國風電累計裝機已突破90GW，全球總裝機容量達到318GW。中國光伏發電累計裝機容量達到17.16GW，其中，大規模光伏電站累計裝機容量達到11.18GW，分布式光伏發電累計裝機容量達到5.98GW。風力發電和太陽發電占據新能源發電總裝機容量的91.5%，是新能源利用的主力軍。生物質能、海洋能、地熱源等其他新能源發電技術還處于實驗研究或商業探索階段，市場份額較小。

大量隨機性、波動性的風電和光伏發電并網后對電力系統運行帶來較大的影響，特別是中國部分北方地區千萬千瓦級風電場集中接入當地110kV或220kV電網，對風電接入地區電力系統的運行與控制產生了相當大的影響。因此，該課程將風力發電并網后對電力系統的影響作為課程主要講授內容之一。而太陽能光伏發電裝機容量較小，大型的光伏電站裝機容量一般在幾兆瓦以內，如果直接接入當地110kV或220kV電網，對電網影響不大。但大量的分布式光伏發電并入配電網后對配電網的影響卻不可忽視，因此該課程將光伏發電并網后對配電網的影響也作為課程主要講授內容之一。其他新能源發電形式由于裝機容量均較小，對電力系統影響并不大，則用較少的課時泛講。新能源并網后對電力系統的影響包含對電壓、頻率穩定、調度、規劃、控制等諸多方面，因此課程安排了較多的課時對新能源并網后的電力系統分析進行講授，具體課時安排如下：新能源發電及并網技術基礎知識2學時，風力、太陽能光伏發電6學時，生物質能發電、氫能發電、天然氣/燃氣發電、地熱能發電和海洋能發電共2學時，風電、光伏功率預測2學時，新能源并網的經濟性2學時，海上風電2學時，新能源并網對電力系統的影響共20學時（主要包括新能源并網后的消納、電力系統優化調度、電力系統有功平衡與頻率控制、電力系統無功電壓控制、電力系統穩定性分析等）。

二、教學方法和手段優化

“新能源與電力系統”課程教學中需要積極探索、發掘與課程特點相匹配的教學方法和手段；強調知識的系統性、完整性；注重理論與實際、知識深度與廣度的結合；重視科研動態的傳遞及科研方法的引導；加強對學生實踐環節的培養。

1.課程深度與廣度相協調

課程內容在滿足廣度的基礎上還應保證一定的深度。課程內容應包括各種新能源發電技術基本原理、電力系統分析方法等基礎知識，在新能源發電控制技術，電力系統運行、調度、控制等方面還應具有一定深度，從而使得學生掌握分析新能源發電并網對電力系統影響的方法。

2.經典理論與科研前沿技術并重

傳統的“電力系統分析”課程由于理論較深、涉及面廣、工程性強，歷來被視為電氣專業難教、難學的一門課程。新能源發電并網后，對電力系統的分析仍是建立在傳統電力系統分析方法的基礎上，但又存在傳統分析方法不能解決的新問題。由于新能源發電發展時間不長，上述許多新問題還未得到全面解決，因此，在教學上應重視對科研前沿研究成果的呈現。通過對新能源并網技術方面最新科研成果的介紹、高水平學術期刊的查閱、電力系統運行中實際問題的調研，培養學生檢索文獻、查閱資料的能力，引導學生掌握提出問題并分析問題的能力。

3.教學案例的分析與討論

課程教學過程中還應設置少量教學案例分析與討論環節。學生通過具體案例分析，課堂上以討論的形式讓學生將自己的觀點表述出來，不但鍛煉了學生分析和歸納總結的能力，同時也加深了他們對所學內容的理解和掌握。例如，可讓學生對采用不同風電機組類型、不同安裝容量，接入不同地區的實際風電接入案例進行分析，以了解風電場并網后對接入地區電力系統的電壓的影響。教學案例的分析與討論比課本上教條的說詞更能引導學生充分認識到所學知識的實際價值，明確學習目標，從而激發學生的興趣，引領學生去深入理解課程內容。

三、實踐環節建設

實踐教學內容對課程理論的理解幫助較大。在實驗教學方面，課程應設置一些新能源并網后電力系統分析的綜合性實驗，如新能源并網后電力系統的潮流計算、暫態穩定性分析、無功電壓控制等。學生以實驗小組為單位，實驗方案設計、參數調整計算、電網接線到數據整理、實驗結果分析和撰寫實驗報告等一整套工作都由實驗小組通過合作來完成。通過新能源并網實際案例的仿真分析實踐環節，能加深學生對理論知識的認識，有效加強學生的動手實踐能力和綜合科研能力。

四、教學團隊的建設

本課程內容涉及電氣、動力、機械、控制等許多學科領域，因此教學團隊應老中青搭配，從而達到專業職務和知識結構合理的效果。課程負責人應為具有較深的學術造詣和創新性學術思想的本學科的專家，同時要具有團結、協作精神和較好的組織、管理和領導能力。主講教師知識結構最好能覆蓋電力系統、控制等多個領域，這樣才能準確把握課程內容的廣度和深度。

五、結論

本文對上海電力學院“新能源與電力系統”研究生課程建設的方案進行了探析。通過對上海電力學院電力系統自動化專業建設、新能源技術在電力行業的發展態勢等方面的分析，制訂了合理的課程結構與教學內容，并發掘了與課程特點相匹配的教學方法和手段。課程建設注重理論與實際的有效結合，提出加強課程實踐環節建設的思想。通過開展課程建設，找出了該課程教學的薄弱環節，制訂了符合電力專業的建設目標和滿足電力企業對上海電力學院研究生專業能力要求的切實可行的課程建設發展規劃。

參考文獻：

[1]樊艷芳.“電力系統分析”精品課程的調查分析與思考[J].中國電力教育,2010,(9):105-107.

第7篇：光伏發電的基本原理范文

太陽能與建筑，曾經是兩個相去甚遠的話題，但今天，太陽能建筑卻被業界認為將成為現代建筑的發展趨勢。太陽能建筑是指用太陽能代替部分常規能源，為建筑物提供采暖、熱水、空調、照明、通風、動力等一系列功能，以滿足（或部分滿足）人們生活和生產需要的建筑。

關鍵詞：太陽能太陽能采暖太陽能熱水節能建筑

一太陽能簡介

太陽能是最重要的基本能源，生物質能、風能、潮汐能、水能等都來自太陽能，太陽內部進行著由氫聚變反應，不停地釋放出巨大的能量，不斷地向宇宙空間輻射能量，這就是太陽能。太陽內部的這種核聚變反應可以維持很長時間，據估計約有幾十億至幾百億年，相對于人類的有限生存時間而言，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭的。

太陽能在建筑中的運用主要為太陽能采暖，太陽能熱水系統，太陽能光伏發電

太陽能采暖系統

太陽能采暖系統是利用蓄熱體吸收太陽輻射給建筑加熱的系統。根據媒介的不同，分為空氣采暖系統和熱水采暖系統。

太陽能空氣采暖系統：

根據是否利用機械的方式獲取太陽能，把通過適當的建筑設計無需機械設施獲取太陽能的空氣采暖技術稱為被動式太陽能采暖設計；而需要機械設備獲取太陽能的空氣采暖技術稱為主動式太陽能采暖設計。

被動式采暖設計，是通過建筑朝向和周圍環境的合理分布、內部空間和外部形體的巧妙處理、以及建筑材料和結構構造的恰當選擇，使其在冬季能集取、保持、儲存、分布太陽熱能，從而解決建筑物的采暖問題。被動式太陽能建筑設計的基本思想是控制陽光和空氣在恰當的時間進入建筑并儲存和分配熱空氣。其設計原則是要有有效的絕熱外殼和足夠大的集熱表面，室內布置盡可能多的儲熱體，以及主次房間的平面位置合理。

被動式太陽房集熱方式分為直接受益式和集熱蓄熱墻式。直接受益式是較早采用的一種太陽房南立面是單層或多層玻璃的直接受益窗，利用地板和側墻蓄熱。也就是說，房間本身是一個集熱儲熱體，在日照階段，太陽光透過南向玻璃窗進入室內，地面和墻體吸收熱量，表面溫度升高，所吸收的熱量一部分以對流的方式供給室內空氣，另一部分以輻射的方式與其他圍護結構內表面進行熱交換，第三部分則由地板和墻體的導熱作用把熱量傳入內部蓄存起來。當沒有日照時，被吸收的熱量釋放出來，主要加熱室內空氣，維持室溫。在直接受益式太陽窗的后而筑起一道重型結構墻。利用重型結構墻的蓄熱能力和延遲傳熱的特性獲取太陽的輻射熱。陽光透過玻璃照射在集熱墻上，集熱墻外表面涂有吸收涂層以增強吸熱能力，其頂部和底部分別開有通風孔，并設有可開啟活門。在這種被動式太陽房中，透過透明蓋板的陽光照射在重型集熱墻上，墻的外表面溫度升高，墻體吸收太陽輻射熱，一部分通過透明蓋層向室外損失；另一部分加熱夾層內的空氣從而使夾層內的空氣與室內空氣密度不同，通過上下通風口形成對流，由通風口將熱空氣送進室內；第三部分則通過集熱蓄熱墻體向室內輻射熱量，同時加熱墻內表面空氣，通過對流使室內升溫。

太陽能熱水采暖系統

太陽能熱水采暖通常是指以太陽能為熱源，通過集熱器吸收太陽能，以水為熱媒，進行采暖的技術。它與太陽能空氣采暖的最主要區別是熱媒不同。近年來，為彌補太陽能不穩定的缺點，太陽能熱泵等新型太陽能技術也逐漸發展起來。

太陽能熱水輻射采暖的熱媒是溫度為30~60℃的低溫熱水，這就使利用太陽能作為熱源成為可能。按照使用部位的不同，可分為太陽能頂棚輻射采暖、太陽能地板輻射采暖等幾類，太陽能地板輻射采暖是目前使用較為普遍的。

太陽能地板輻射采暖是一種將集熱器采集的太陽能作為熱源，通過敷設于地板中的盤管加熱地面進行采暖的系統，該系統是以整個地面作為散熱面，傳熱方式以輻射散熱為主，其輻射換熱量約占總換熱量的60%以上。典型的太陽能地板輻射采暖系統由太陽能集熱器、控制器、集熱泵、蓄熱水箱、輔助熱源、供回水管、止回閥若干、三通閥、過濾器、循環泵、溫度計、分水器、加熱器組成。當集熱器輸出溫度大于50℃時，控制器就啟動水泵，水進入集熱器進行加熱，并將集熱器的熱水壓入水箱，水箱上部溫度高，下部溫度低，下部冷水再進入集熱器加熱，構成一個循環。當集熱器輸出溫度小于40℃時，水泵停止工作，為防止反向循環及由此產生的集熱器的夜間熱損失，則需要一個止回閥。

二太陽能熱水系統

在諸多太陽能熱利用技術中，技術最成熟、應用最廣泛的是太陽能熱水器。在國內已有近二十年的發展歷史，具備了規模化推廣應用的初步條件，并已步入了產業化生產的階段。所謂太陽能熱水器建筑一體化，概括起來說就是指太陽能熱水器與建筑充分結合并實現功能和外觀的和諧統一。太陽能熱水器的工作原理：由太陽能集熱元件(平板集熱器、玻璃真空管、熱管真空管及其他形式的集熱元件)、蓄熱容器(各種形式水箱、罐)、控制系統(溫感器、光感器、水位控制、電熱元件、電氣元件組合及顯示器或供熱性能程序電腦)以及完善的管道保溫、防腐部分等有機地組合在一起的。在陽光的照射下，使太陽的光能充分轉化為熱能，輔以電力和燃氣能源，就成為非常穩定的能源設備，提供中溫熱水供人們使用。

在住宅建筑中應有效利用屋面、墻面、陽臺欄板，合理安排管線，充分發揮設備功效，使太陽能集熱器與屋面形成一個整體；應盡量采用水箱和集熱器分開的分體式系統。集熱器與屋面結合，可以利用坡屋頂形成的三角形空間作為設備間，安置水箱和循環泵等設備，這樣可以減少管路的長度，減少熱損失，同時使整個系統處于隱蔽環境，對建筑外觀沒有任何影響；在居住建筑中，要擯棄每家一套熱水器的安裝方式，改用集中式熱水系統供水，每戶安裝熱水表進行計量收費

三太陽能光伏電池板

太陽能光伏發電的基本原理

太陽光發電是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電方式。它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電。光伏發電是利用太陽能半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發電方式，是當今太陽光發電的主流。時下，人們通常所說的太陽光發電就是太陽能光伏發電，亦稱太陽能電池發電。太陽電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏打效應，就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化面產生電動勢和電流的一種效應。即當太陽光或其他光照射半導件的PN結時，就會在PN結的兩邊出現電壓，叫做光生電壓，使PN結短路，就會產生電流。

太陽能光伏發電系統與建筑相結合

光伏與建筑相結合有兩種形式:一種是建筑與光伏系統相結合；另一種是建筑與光伏器件相結合。建筑與光伏系統相結合(BAPV)，把封裝好的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負載等裝置相聯。光伏系統還可以通過一定的裝置與公共電網聯接。建筑與光伏器件結合，將太陽能電池與建筑屋頂、墻壁和窗戶相結合，可以充分利用太陽能發電，出現了所謂“太陽能電池瓦”、“太陽能電池幕墻”、“太陽能電池窗戶”和“太陽能電池遮陽篷”等新型建筑材料和構件。

通過與整棟建筑的一體化設計，光電系統可以改善建筑的外觀，整體風格的一致最佳效果。光電板外墻和屋頂可以給建筑帶來強烈的視覺沖擊，新穎的光電板房頂可以有效地改善舊建筑的頂層設計，使之充滿現代感，這樣可以大大增強建筑的視覺美感，為其市場價值帶來有利的影響，使用充滿現代感的藍色光電板屋頂系統，完美的將水天連成一體。

四結語

充分利用太陽能，考慮太陽能利用與建筑設計相結合，以滿足建筑的能源供應和健康境的要求，降低建筑能耗在社會總能耗中的比例，是未來節能設計所必須的考慮。

參考文獻

[1]喜文華.被動式太陽房的設計與建造〔M].北京:化學工業出版社，2007.

[2]王崇杰，薛一冰等。太陽能建筑設計「M].北京:中國建筑工業出版社，2007.

[3]王君一，徐任學，孫品，張茂.農村太陽能實用技術[M].北京:金盾出版社， 1993.

第8篇：光伏發電的基本原理范文

關鍵詞：電動掃地車 太陽能 供電系統 太陽能電池 控制系統

0 引言

面對日益嚴峻的能源短缺、燃油汽車環境污染等問題，促進了包括太陽能利用在內的新能源機車的應用。發展新能源機車、實現交通能源轉型，將有效減少全球對不可再生能源的依賴，有效降低全球環境污染，成為實現汽車行業可持續發展的重要途徑。發展新能源機車已經成為很多發達國家的能源戰略。

我國太陽能汽車事業起步較晚，多數太陽能汽車的研制工作主要由各院校和科研所進行。目前太陽能只是應用于汽車或者是摩托車上，至今尚無太陽能應用于電動車的專利、相關報道和產品，因此針對于太陽能電動車，目前尚屬空白。[1]

2011～2020年我國《汽車與新能源汽車產業發展規劃》明確提出，到2020年，中國新能源汽車市場規模要達到世界第一，新能源車保有量達到500萬量，節能型混合動力汽車銷量要達到世界第一。規劃明確提出將以純電動車作為“主要戰略取向”，優先發展電動車，推進純電動車和混合動力車的產業發展。降低傳統不可再生燃油消耗是我們改造汽車產業的主要目的之一，但是減少對不可再生資源的開掘和依賴、降低二氧化碳的排放，才是我們發展新能源產業的終極目標。電動車固然不再燒油，但還得充電，電從何來？在中國這個電力仍然90%得依靠燒煤來獲得的國度，我們提供給充電站的每一度電仍然來自火電發電廠，單火電廠為一輛純電動車跑100公里生產電力時產生的二氧化碳就可能已經等同甚至超過跑同樣路程汽油車的排放。

1 太陽能掃地車的基本原理

太陽能電動車以光電代化石油料能源，可節約有限的石油資源。白天，太陽能電池把光能轉換為電能自動存儲在動力電池中，在晚間還可以利用低谷電（220V）充電。太陽能電動車不會排放污染大氣的有害氣體，也沒有內燃機產生的轟鳴噪音。燃油機車在等候交通信號燈，內燃機不能停止運轉，既造成了能源浪費，又加重了空氣污染，而使用太陽能電動車，減速停車時，可以不讓電動機空轉，大大提高了能源使用效率和減少了空氣污染。因此電動機車與燃油機車相比有十分突出的節能減排優勢。[2]

本文所述的太陽能電動掃地機是在該公司目前的電動掃地車產品基礎上進行二次開發，關鍵是解決如何提高太陽能轉化為電能的效率，并對蓄電池進行合理智能管理兩大問題。圖1是電動掃地車上太陽能電池陣列面板安裝示意圖。

太陽能掃地機基本原理示意圖如圖2。陽光照射到車頂太陽能電池陣列面板上，就產生電流。電流經過MPPT和控制系統進入蓄電池或者直接驅動電動機，也可以二者結合的方式進行。當車輛停止行駛時，電能將直接進入蓄電池。具體過程如下：①當車輛運動并有充足的陽光照射時，且車處于停車狀態，此時產生的電能通過反饋系統反饋給控制系統，控制系統就會將這部分電能分配給蓄電池儲存起來，以供以后使用；②當太陽能汽車在行駛過程中由于太陽能電池板提供的電能不足以驅動其行駛，控制系統將從蓄電池中的電能提取出來，與太陽能電池板提供的電能一并供電機使用；③當為陰天或者晚上，蓄電池儲能不夠時，也可以將蓄電池與220V的交流電連接，進行充電。

2 供電系統

2.1 太陽能電池的選用 太陽能電池組件（也叫太陽能電池板）是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中最重要的部分，其作用是將太陽能轉化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。[3]

目前，太陽能電池主要分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池兩種類型，而應用較多的是晶體硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池包括單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。我國大規模生產的單晶硅太陽能電池的光電轉換效率平均達到16.5%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本高，導致它還不能被普遍的使用。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率比單晶硅太陽能電池要低，工業規模生產的光電轉換效率約14%左右。但是多晶硅太陽能電池制造成本低，生產周期短，因此得到大量發展。非晶硅太陽電池是1976年出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不一樣，工藝過程簡化，硅材料消耗的也比較少，電耗更低，它的優點就是在弱光條件下也能發電。但非晶硅太陽電池的光電轉換效率偏低，國際先進水平可以達到10%左右，而且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。[4]

綜上所述，考慮成本問題，多晶硅太陽能電池的性價比較好，故選用多晶硅太陽能電池。

第9篇：光伏發電的基本原理范文

關鍵詞：功能型 建筑陶瓷 導電釉

中圖分類號：TU5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0126-02

建筑陶瓷本身存在的意義就是對墻面、地面起到保護的作用，避免其受到污染、損壞，作為裝飾物，為建筑增添美感。科技的進步，生活水平的提升，人們對居住環境的要求越來越高，同時對待細節性的建筑陶瓷標準也逐漸提高，功能型陶瓷就此誕生。各品牌、各樣式、各功能，為了滿足市場需要，層出不窮。下面介紹一下太陽能、紅外線、發光、防靜電4種功能型陶瓷及其他功能型陶瓷應用。

1 太陽能陶瓷

1.1 發電瓷磚

主要產品：太陽能光伏電池瓷磚，就是在瓷磚自身的釉層中添加氧化錫、氧化鈷這類化學成分，從而形成一層電極層；在釉層表面進行光伏電池的復合以及添加透明的保護層，也可以在坯體表面進行多層有機硅的復合，反復添加透明的導電膜、保護膜等，起到防反射作用，一接通線路，太陽能光伏電池瓷磚就能進行發電。在德國某高速公路上早已對光伏電池瓷磚實施應用。

1.2 黑色瓷磚

眾所周知，黑色是最吸熱的顏色，黑色物體的特性就是光熱吸收強、轉換效率高。要想將陶瓷顏色制成偏黑色，就可以在制作瓷磚的原料里加一定量含鈦、釩等元素的物質，確保對陽光吸收率直接大于90%，這樣的話，制成的黑色瓷磚才能將光能更高效率地轉換成熱能，通常這類黑色瓷磚是較多應用于太陽能的屋頂，可以利用太陽能將水加熱，還有暖氣片的制作等。現代化科技正逐步考慮將它應用于太陽能發電方面。

2 紅外輻射陶瓷

遠紅外線自身就具有消毒滅菌、活化等功能，大多數發達國家，早已廣泛應用遠紅外保健產品。一般情況下，將紅外輻射的制作材料添加進制陶的釉料中，就能加工成為紅外輻射瓷磚。

紅外輻射瓷磚不光可以消毒、抗菌，還具有促進新陳代謝、活化生物、提高免疫力等應用功能。針對紅外輻射功能型的瓷磚來說，首要的就是選擇的紅外輻射粉體性能要高。紅外輻射粉體直接吸收周圍環境所散發的熱量，并轉化輸出遠紅外能量，基本原理就是材料的分子偶極矩的變化與光的振蕩電場兩者間產生相互作用的結果。在振蕩過程里，多離子體系改變分子本身的對稱性質，讓偶極距發生改變，就能較大程度地提高紅外線的吸收能力、發射能力。現階段的研究熱點、難點就是提純問題，如何提取純粹的沒有任何雜質的尖晶石多離子成為目前所需要深入研究、積極解決的問題。研究表明，將一定量遠紅外粉體摻進瓷磚釉料中，將釉漿施于坯體上，高溫燒制成紅外線陶瓷，確保具有反射遠紅外線的功能。輻射性能的強弱隨著陶瓷含遠紅外粉體量的多少而變化，越多越強，光澤度也變得更亮，除了釉白度稍微減弱外，對整體美觀度沒有任何影響。

3 發光陶瓷

發光陶瓷應該屬于最常見的一種功能型陶瓷，直接將發光粉添加在陶瓷釉料里，制成好的陶瓷產品只要經過陽光照射就能吸收、保存光能。即使光照消失，陶瓷表面在一定時間內還是會發光。就目前科技化學水平來說，發光粉其實就是稀土離子激活后的硅酸鹽、鋁酸鹽等成分，特性發光時間持久、亮度高、耐抗高溫、沒有受到任何輻射，所以此類發光粉應用范圍極寬泛。因此，如果想要制作優質發光陶瓷的話，就要調好配方釉料的比例，控制燒陶的火候、溫度，制成高標準的成品，發光粉加入比例越高，成品發光性能就會隨之增強，可如果添加發光粉比例過多的話，不光成本高，還會破壞釉的結構，使之不能更好地融入釉料中。經驗所得，發光粉占三分，即為最適當的配料比例。

4 防靜電瓷磚

在日常生活中，靜電現象無處不在，或多或少帶給我們生活上、工作上一些威脅，很多面粉工廠、煙花爆竹工廠，都會因為小小的靜電給人們帶來巨大的生命、財產損失。還會引起電子產品發生爆炸、人體受到不明電力影響迫害等。因此，制作防靜電的功能型陶瓷是順應市場需求發展。其制作原理就是在釉料層或坯體里添加帶有導電性質的材料，這樣就能防止靜電，并且功效時間持久、耐磨性能強、裝飾效果優。

另一方面，從導電釉的本質來說防靜電陶瓷，就是將導電因子融合于陶瓷，讓導電因子存在于陶瓷中，形成連續導電的規則通道，這樣離子轉換位置就會相對容易，并且陶瓷自身電阻下降至一定數值時，就會提高釋放離子的速度，防靜電效果更佳。研究結果表明，透明釉防靜電性能良好，而鋯乳濁釉陶瓷內含鋯英石晶則不適合用來制作防靜電陶瓷，因此可知，陶瓷材|很重要。

5 其他功能型瓷磚

功能型建筑陶瓷除了上述提及較為常見的幾種外，還有一些特殊功能的建筑陶瓷。根據陶瓷材質、特性不同，功能各有所長。譬如，在陶瓷釉料里添加一定量的金屬粉末富含軟性鐵氧體就能制成可吸收電磁波的陶瓷成品。就目前建筑陶瓷行業來看，生產成本逐漸增加，遇到的問題也越來越多、越來越難以解決。因此，要根據市場的實際需求、自身生產實況來做出生產調整，盡可能地提高企業經濟效益。并且在調整的階段內，不管是從技術方面，還是原材料配方方面，或是生產機器設備方面，都要從實際情況的角度去考慮，合理、科學地安排生產方案，設計陶瓷功能。這樣的話，各類功能型陶瓷就能適應各種時間、空間，滿足客戶的各種需要，為市場發展、居民生活提供便利。

6 結語

隨著科技的發展，經濟水平的提高，人們對生活質量的要求也越來越高，建筑陶瓷的發展、應用直接影響人們的居住環境。因此，目前越來越多的建筑陶瓷行業開發功能型的陶瓷，提高企業自身的市場競爭地位，積極研究開發更滿足大眾需求的功能型陶瓷。

參考文獻