太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與綠色照明

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與綠色照明摘要：本文講述述了太陽(yáng)能發(fā)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)和工作原原理。太陽(yáng)能能發(fā)電系統(tǒng)在在廣大無(wú)電地地區(qū)或供電嚴(yán)嚴(yán)重不足地區(qū)區(qū)應(yīng)用，可有效效地解決居民民照明及生活活用電的困難難。文中提出出充分利用太太陽(yáng)能，研究究開發(fā)推廣節(jié)節(jié)能型的綠色色光源，是實(shí)實(shí)現(xiàn)建筑綠色色照明，實(shí)施施國(guó)家"綠色照明工工程"的重要措施施。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能能發(fā)電綠色色照明一體體化太陽(yáng)能發(fā)電電是利用電池池組件將太陽(yáng)陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變變?yōu)殡娔艿难b裝置。太陽(yáng)能能電池組件(Solaarcellls)是利用半導(dǎo)導(dǎo)體材料的電電子學(xué)特性實(shí)實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體體裝置，在廣廣大的無(wú)電力力網(wǎng)地區(qū)，該該裝置可以方方便地實(shí)現(xiàn)為為用戶照明及及生活供電，一一些發(fā)達(dá)國(guó)家家還可與區(qū)域域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。目目前從民用的的角度，在國(guó)國(guó)外技術(shù)研究究趨于成熟且且初具產(chǎn)業(yè)化化的是"光伏--建筑(照明)一體化"技術(shù)，而國(guó)國(guó)內(nèi)主要研究究生產(chǎn)適用于于無(wú)電地區(qū)家家庭照明用的的小型太陽(yáng)能能發(fā)電系統(tǒng)。1太陽(yáng)能發(fā)電電原理太陽(yáng)能發(fā)電電系統(tǒng)主要包包括：太陽(yáng)能能電池組件(陣列)、控制器、蓄蓄電池、逆變變器、用戶即即照明負(fù)載等等組成。其中中，太陽(yáng)能電電池組件和蓄蓄電池為電源源系統(tǒng)，控制制器和逆變器器為控制保護(hù)護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載載為系統(tǒng)終端端。1.1太陽(yáng)能能電源系統(tǒng)太陽(yáng)能電池池與蓄電池組組成系統(tǒng)的電電源單元，因因此蓄電池性性能直接影響響著系統(tǒng)工作作特性。(1)電池單單元：由于技術(shù)和和材料原因，單單一電池的發(fā)發(fā)電量是十分分有限的，實(shí)實(shí)用中的太陽(yáng)陽(yáng)能電池是單單一電池經(jīng)串串、并聯(lián)組成成的電池系統(tǒng)統(tǒng)，稱為電池池組件(陣列)。單一電池池是一只硅晶晶體二極管，根根據(jù)半導(dǎo)體材材料的電子學(xué)學(xué)特性，當(dāng)太太陽(yáng)光照射到到由P型和N型兩種不同同導(dǎo)電類型的的同質(zhì)半導(dǎo)體體材料構(gòu)成的的P-N結(jié)上時(shí)，在在一定的條件件下，太陽(yáng)能能輻射被半導(dǎo)導(dǎo)體材料吸收收，在導(dǎo)帶和和價(jià)帶中產(chǎn)生生非平衡載流流子即電子和和空穴。同于于P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)存存在著較強(qiáng)的的內(nèi)建靜電場(chǎng)場(chǎng)，因而能在在光照下形成成電流密度J，短路電流Isc，開路電電壓Uoc。若在內(nèi)建電電場(chǎng)的兩側(cè)面面引出電極并并接上負(fù)載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負(fù)載形成的回路，就有"光生電流"流過(guò)，太陽(yáng)能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的功率P輸出。理論研究表表明，太陽(yáng)能能電池組件的的峰值功率Pk，由當(dāng)?shù)氐牡奶?yáng)平均輻輻射強(qiáng)度與末末端的用電負(fù)負(fù)荷(需電量)決定。(2)電能儲(chǔ)儲(chǔ)存單元：太陽(yáng)能電池池產(chǎn)生的直流流電先進(jìn)入蓄蓄電池儲(chǔ)存，蓄蓄電池的特性性影響著系統(tǒng)統(tǒng)的工作效率率和特性。蓄蓄電池技術(shù)是是十分成熟的的，但其容量量要受到末端端需電量，日日照時(shí)間(發(fā)電時(shí)間)的影響。因因此蓄電池瓦瓦時(shí)容量和安安時(shí)容量由預(yù)預(yù)定的連續(xù)無(wú)無(wú)日照時(shí)間決決定。1.2控制器器控制器的主主要功能是使使太陽(yáng)能發(fā)電電系統(tǒng)始終處處于發(fā)電的最最大功率點(diǎn)附附近，以獲得得最高效率。而而充電控制通通常采用脈沖沖寬度調(diào)制技技術(shù)即PWM控制方式，使使整個(gè)系統(tǒng)始始終運(yùn)行于最最大功率點(diǎn)Pm附近區(qū)域。放放電控制主要要是指當(dāng)電池池缺電、系統(tǒng)統(tǒng)故障，如電電池開路或接接反時(shí)切斷開開關(guān)。目前日日立公司研制制出了既能跟跟蹤調(diào)控點(diǎn)Pm，又能跟蹤蹤太陽(yáng)移動(dòng)參參數(shù)的"向日葵"式控制器，將將固定電池組組件的效率提提高了50%左右。1.3DC--AC逆變器逆變器按激激勵(lì)方式，可可分為自激式式振蕩逆變和和他激式振蕩蕩逆變。主要要功能是將蓄蓄電池的直流流電逆變成交交流電。通過(guò)過(guò)全橋電路，一一般采用SPWM處理器經(jīng)過(guò)過(guò)調(diào)制、濾波波、升壓等，得得到與照明負(fù)載頻率率f，額定電壓UN等匹配的正正弦交流電供供系統(tǒng)終端用用戶使用。2太陽(yáng)能發(fā)電電系統(tǒng)的效率率在太陽(yáng)能發(fā)發(fā)電系統(tǒng)中，系系統(tǒng)的總效率率ηese由電池池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控控制器效率、蓄蓄電池效率、逆逆變器效率及及負(fù)載的效率率等組成。但但相對(duì)于太陽(yáng)陽(yáng)能電池技術(shù)術(shù)來(lái)講，要比比控制器、逆逆變器及照明明負(fù)載等其它它單元的技術(shù)術(shù)及生產(chǎn)水平平要成熟得多多，而且目前前系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換換率只有17%左右。因此此提高電池組組件的轉(zhuǎn)換率率，降低單位位功率造價(jià)是是太陽(yáng)能發(fā)電電產(chǎn)業(yè)化的重重點(diǎn)和難點(diǎn)。太太陽(yáng)能電池問問世以來(lái)，晶晶體硅作為主主角材料保持持著統(tǒng)治地位位。目前對(duì)硅硅電池轉(zhuǎn)換率率的研究，主要圍圍繞著加大吸吸能面，如雙雙面電池，減減小反射；運(yùn)運(yùn)用吸雜技術(shù)術(shù)減小半導(dǎo)體體材料的復(fù)合合；電池超薄薄型化；改進(jìn)進(jìn)理論，建立新新模型；聚光光電池等。幾幾種太陽(yáng)能電電池的轉(zhuǎn)換效效率見表1。表1幾種太陽(yáng)陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率實(shí)驗(yàn)室典型電池池商品薄膜電池各種太陽(yáng)能電池池ηmax(%))各種太陽(yáng)能電池池η(%)單晶硅24.4多晶硅16.6多晶硅18.6銅銦鎵硒18.8GaAs(單結(jié)結(jié))25.7碲化鎘16.0a-si(單結(jié)結(jié))13銅銦硒14.1充分利用太太陽(yáng)能是綠色色照明的重要要內(nèi)容之一。而而真正意義上上的綠色照明明至少還包括括：照明系統(tǒng)統(tǒng)的高效率，高高穩(wěn)定性，高高效節(jié)能的綠綠色光源等。3.1發(fā)電---建筑照明一一體化目前成功地地把太陽(yáng)能組組件和建筑構(gòu)構(gòu)件加以整合合，如太陽(yáng)能能屋面(頂)、墻壁及門門窗等，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了"光伏--建筑照明一一體化(BIPVV)"。1997年6月，美國(guó)宣宣布了以總統(tǒng)統(tǒng)命名的"太陽(yáng)能百萬(wàn)萬(wàn)屋頂計(jì)劃"，在2010年以前為100萬(wàn)座住宅實(shí)實(shí)施太陽(yáng)能發(fā)發(fā)電系統(tǒng)。日日本"新陽(yáng)光計(jì)劃"已在2000年以前將光光伏建筑組件件裝機(jī)成本降降到170～210日元/W，太陽(yáng)能電電池年產(chǎn)量達(dá)達(dá)10MW，電池成本降降到25～30日元/W。1999年5月14日，德國(guó)僅僅用一年兩個(gè)個(gè)月建成了全全球首座零排排放太陽(yáng)能電電池組件廠，完完全用可再生生能源提供電電力，生產(chǎn)中中不排放CO2。工廠的南南墻面為約10m高的PV陣列玻璃幕幕墻，包括屋屋頂PV組件，整個(gè)個(gè)工廠建筑裝裝有575m2的太陽(yáng)能電電池組件，僅僅此可為該建建筑提供三分分之一以上的的電能，其墻墻面和屋頂PV組件造型、色色彩、建筑風(fēng)風(fēng)格與建筑物物的結(jié)合，與與周圍的自然然環(huán)境的整合合達(dá)到了十分分完美的協(xié)調(diào)調(diào)。該建筑另另有約45kW容量，由以以自然狀態(tài)的的菜子油作燃燃料的熱電廠廠提供，經(jīng)設(shè)設(shè)計(jì)燃燒菜子子油時(shí)產(chǎn)生的的CO2與油菜生長(zhǎng)長(zhǎng)所需的CO2基本平衡，是是一座真正意意義上的零排排放工廠。BIPV還注重建筑筑裝飾藝術(shù)方面的研研究，在捷克克由德國(guó)WIP公司和捷克克合作，建成成了世界第一一面彩色PV幕墻。印度度西孟加拉邦邦為一無(wú)電島島117家村民安裝裝了12.5kkW的BIPV。國(guó)內(nèi)常州州天合鋁板幕幕墻制造有限限公司研制成成功一種"太陽(yáng)房"，把發(fā)電、節(jié)節(jié)能、環(huán)保、增增值融于一房房，成功地把把光電技術(shù)與與建筑技術(shù)結(jié)結(jié)合起來(lái)，稱稱為太陽(yáng)能建建筑系統(tǒng)(SPBSS)，SPBS已于2000年9月20日通過(guò)專家家論證。近日日在上海浦東東建成了國(guó)內(nèi)內(nèi)首座太陽(yáng)能能--照明一體化化的公廁，所所有用電由屋屋頂太陽(yáng)能電電池提供。這這將有力地推推動(dòng)太陽(yáng)能建建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)業(yè)化與市場(chǎng)化化的進(jìn)程。3.2綠色照照明光源研究究綠色照明系系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)，要求低能能耗下獲得高高的光效輸出出，并延長(zhǎng)燈燈的使用壽命命。因此DC-AC逆變器設(shè)計(jì)計(jì)，應(yīng)獲得合合理的燈絲預(yù)預(yù)熱時(shí)間和激激勵(lì)燈管的電電壓和電流波波形。目前處處在研究開發(fā)發(fā)中的太陽(yáng)能能照明光源激激勵(lì)方式有四四種典型電路路：①自激推挽振振蕩電路，通通過(guò)燈絲串聯(lián)聯(lián)啟輝器預(yù)熱熱啟動(dòng)。該光光源系統(tǒng)的主主要參數(shù)是：：輸入電壓DC＝12V，輸出光效效＞495Lmm/支，燈管額額定效率9W，有效壽命3200hh,連續(xù)開啟次次數(shù)＞1000次。②自激推挽振振蕩(簡(jiǎn)單式)電路，該光光源系統(tǒng)的主主要參數(shù)是：：輸入電壓DC＝12V，燈管功率9W，輸出光效315Lmm/支，連續(xù)啟啟動(dòng)次數(shù)＞1500次。③自激單管振振蕩電路，燈燈絲串聯(lián)繼電電器預(yù)熱啟動(dòng)動(dòng)方式。④自激單管振振蕩(簡(jiǎn)單式)電路等方式式的高效節(jié)能能綠色光源。4結(jié)束語(yǔ)綠色能源和和可持續(xù)發(fā)展展問題是本世世紀(jì)人類面臨臨的重大課題題，開發(fā)新