1．光伏發電技術的興起

20世紀90年代后期，世界上興起一股“太陽屋頂”熱。光伏發電技術發展較早的主要是日本、德國和美國，這些國家相繼提出“1萬屋頂”、“10萬屋頂”和“百萬屋頂”計劃。近幾年來，在發達國家已建造了相當發展水平的“零能房屋”，即完全由太陽能光電轉換裝置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清潔、無污染。光伏發電技術代表了21世紀太陽能建筑的發展趨勢，將太陽能建筑的發展推向一個新階段。德國弗賴堡著名的“完全自足太陽房”（圖7.1）就是一座完全依靠太陽能采暖、發電，而不依賴常規能源的零消耗建筑。

2．我國光伏發電技術的發展

粗略估計，我國現有建筑屋頂面積總計約400×108m2，假如1%安裝光伏系統，可安裝光伏發電裝機容量3550×104～6620×104kW，年發電量287×108～543×108kW·h。我國荒漠化土地面積約264×104km2，其中干旱區荒漠化土地面積超過250×104km2，主要分布在光照資源豐富的西北地區。按利用我國戈壁和荒漠面積3%的比例計算，太陽能發電可利用資源潛力可達27×108kW，年發電量可達4.1×1012kW·h。

圖7.1　德國弗賴堡“完全自足太陽房”

中國的光伏產業從20世紀70年代起步，90年代開始穩步發展，太陽能電池板及其組件的產量逐步增加。2000年以后國家電網公司為了加強對電網工程的控制，新發布了很多的管理方法，要求在管理上遵守電網工程建設的統一標準。2007年中國的光伏電池產量首次超過德國和日本，光伏電池的太陽能利用效率也逐步提高。我國2010年太陽光伏累計裝機容量450MW，光伏產業復合成長率已達到38%。

現在，我國的光伏發電市場已經涉及廣電部的村村通工程、產業部的光纜工程、林業部的森林防火通信工程和大漠地區光伏發電工程等眾多領域。國家在“973”和“863”等重大項目中也將太陽能光伏發電的發展放到重要位置，2008年北京綠色奧運、2010年上海世界博覽會的籌辦也對太陽能光伏發電的發展產生了巨大的推動作用。

3．光伏發電系統介紹

太陽能光伏發電系統是一種新型的發電系統，它是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，使太陽光的輻射能直接轉換為電能。太陽能光伏發電系統按照運行方式的不同，可分為獨立運行的光伏發電系統和并網運行的光伏發電系統兩種。獨立運行的光伏發電系統要保持連續供電，需要有蓄電池作為電能的儲存裝置，主要用于電網不能到達的邊遠地區和人口分散地區，相對來說整個系統造價比較高；在有公共電網供電的地區，光伏發電裝置與電網連接并網運行，省去蓄電池，大幅度減少投資，具有更好的運行效率和環保性能。一套基本的光伏發電系統一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池（組）構成。

1）太陽能電池板

太陽能電池板是太陽能光伏發電系統中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉換成電能，供負載使用或存貯于蓄電池內備用。

2）太陽能控制器

太陽能控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩、高效地為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗，盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現象的發生。如果用戶使用的是直流負載，通過太陽能控制器可以為負載提供穩定的直流電（由于天氣的原因，太陽電池方陣發出的直流電的電壓和電流不是很穩定）。

3）逆變器

逆變器的作用就是將太陽能電池陣列和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220V交流電，供給交流負載使用。

4）蓄電池（組）

蓄電池（組）的作用是將太陽能陣列發出的直流電直接儲存起來，供負載使用。在光伏發電系統中，蓄電池處于浮充放電狀態，當日照量大時，除了供給負載用電外，還對蓄電池充電；當日照量小時，這部分儲存的能量將逐步放出。

4．光伏發電系統的應用

目前我國光伏發電系統的應用，一方面以采用戶用光伏發電系統和建設小型光伏電站為主，來解決偏遠地區無電村和無電戶的供電問題，為200萬戶偏遠地區農牧民（即目前我國三分之一的無電人口）提供最基本的生活用電；另一方面，通過借鑒發達國家建設屋頂光伏發電系統的經驗，在經濟較發達、城市現代化水平較高的大中城市，在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公園、車站等公共設施照明系統中推廣使用光伏電源，建設屋頂光伏發電系統。此外，還將建立大型的并網光伏系統，以便于為光伏發電成本下降到一定水平時而開展大型并網光伏系統應用活動做好準備。

1）戶用光伏發電系統和小型光伏電站

戶用光伏系統和小型光伏電站屬于非并網光伏發電系統（獨立系統），多用于我國廣大無電貧困山區和貧困農村。自投入使用以來，運行可靠，發電正常，性能優良。例如，遼寧省建昌縣貧困無電山區已經安裝了353套獨立家用太陽能光伏電源系統，太陽能電池組件總功率可達22650W。

此家用光伏電源系統包括直流系統和交流系統兩大類。直流系統由太陽能電池組件及支架、控制器和蓄電池組三部分組成。交流系統比直流系統多一個逆變器，共由四部分組成。

白天，太陽能電池組件接收太陽光照輸出電能，然后經過防反充二極管向蓄電池組充電；夜晚，直流系統經過控制器將蓄電池組輸出的直流電供直流負載使用，交流系統則經過逆變器把蓄電池組通過控制器輸出的直流電變換為交流電供交流負載使用。在此系統中，太陽能電池組件的功能是將太陽輻射能轉換為電能；蓄電池組的功能是將太陽能電池組件輸出的直流電加以儲存；防反充二極管的功能是用以阻止蓄電池組通過太陽能電池組件放電；控制器的功能是對蓄電池組的過充電和過放電進行保護；逆變器的功能是將蓄電池組輸出的直流電變換為交流電。圖7.2為戶用光伏發電系統。

圖7.2　戶用光伏發電系統

此外，我國在西北偏遠地區（如青海、西藏、新疆、甘肅等地）還建立了一些小型光伏電站。由于特殊的地緣，光伏電站特別適合西部特殊的居住環境，特別是在青藏高原有著得天獨厚的地理環境優勢，大力開發利用太陽能新能源，將其轉換為電能，既解決了部分無電人口的供電問題，又解決了邊遠地區的通信問題，促進了西部地區脫貧致富，使經濟和生態環境協調發展。其中西藏成為我國光伏電站、光伏電池裝機容量最大的省區，有效地改善了當地牧民們的用電緊缺現象，而在通信方面，微波通信中繼站應用光伏電源達到700kW以上，小型光伏電站有1300個。

2）屋頂光伏發電系統

隨著光伏應用技術的發展，世界各國普遍推出了相應的屋頂光伏計劃。“九五”期間，我國國家科學技術委員會也開始將太陽能屋頂系統列入國家科技攻關計劃。圖7.3為屋頂光伏發電系統。太陽能光伏發電系統與建筑物相結合，備受世界重視的原因是它存在以下幾方面優點：

（1）不占用土地資源，這對于土地昂貴的城市尤為重要。

（2）可以原地發電，原地使用，減少了電力輸送的線路損耗。

（3）降低了墻面及屋頂的溫升，減輕了建筑物的空調負荷，降低了空調的能耗。

（4）取代和節約了昂貴的外飾材料（如玻璃幕墻等），使建筑物的外觀統一協調，美化建筑環境。

（5）舒緩了高峰電力的需求，配備蓄電池后，還滿足了安全用電設施的不斷電要求。

圖7.3　屋頂光伏發電系統

2008年奧運會的申辦成功為太陽能利用提供了新的契機，國家計劃將太陽能光伏發電融入奧運會建筑中，各奧運會建筑將大范圍采用太陽能等綠色能源利用技術，我國政府對在奧運村及奧運會場館中太陽能利用和建筑設計相結合進行了研究，并在奧運場館及奧運村中應用，降低了建筑能耗，提升了城市的整體形象。

當今，諸多城市積極利用小型太陽能光伏電源，于道路、公園、車站甚至家庭安裝了太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能路燈、市政交通及車位標識燈，這些燈造型新穎、美觀大方、變化多樣，而且經久耐用，融觀賞性與實用性于一體，既不用拉電線、占用空間，還具有節能、環保、維護方便等優點，成為城市一道亮麗的風景線，為城市美化增添色彩。

3）大型并網光伏發電系統

并網光伏發電系統是光伏技術進步的重要標志，是未來太陽能光伏發電的趨勢。光伏系統步入大規模發電階段，意味著現在的能源結構將發生根本的變化，是人類社會利用能源的一場革命。圖7.4為太陽能光伏電站。

圖7.4　太陽能光伏電站

目前，在世界范圍內，如美國、德國等發達國家已經開始建設了一批千瓦級并網光伏發電系統，又正在建設一批兆瓦級的光伏并網發電系統，甚至印度、菲律賓及非洲一些國家也開始建設大型并網光伏發電系統。

我國的并網光伏發電系統起步較晚，與上述國家相比，還有一段很大的差距。但我國已在深圳國際園林花卉博覽園內建成了亞洲最大的太陽能并網光伏電站（圖7.5），它在綜合展館、花卉展館、管理中心、南區游客服務中心和北區東山坡都安裝了太陽能光伏電站，電站總容量達1MW，并網光伏電站的年發電能力約為100×104kW·h，相當于每年可節省標準煤超過384t，減排粉塵約48t，減排灰渣約101t，減排二氧化碳超過170t，減排二氧化硫約768t，是真正的無污染的綠色能源。深圳國際園林花卉博覽園1MWp太陽能并網光伏電站建成后，成為目前亞洲和我國總容量第一的并網光伏電站，同時也是世界上為數不多的兆瓦級大型太陽能光伏電站之一，填補了我國在大型并網光伏電站設計和建設上的空白，將成為我國并網太陽能發電史上的里程碑。

圖7.5　深圳國際園林花卉博覽園1MWp太陽能并網光伏電站

你好，太陽能光伏發電主要運用光生伏打效應，利用吸收太陽光來產生電能，光伏板吸收太陽能轉化為直流電，然后通過逆變器轉化為可使用的交流電供家庭使用。

目前國內比較普遍的是家庭屋頂光伏發電。光伏電站安裝在屋頂上，產生的電力供家庭使用，用不完的電并入國家電網，換取一定的收益。

還有一種是工商業屋頂的光伏電站以及大型的地面電站，都是光伏發電的實際生活應用。

目前國家也在大力推動光伏發電產品在農村市場的應用，安裝光伏發電還有度電補貼，今年安裝是有8分錢的補貼，明年就沒有了，所以安裝一定要盡早！

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