迎接太陽(yáng)光伏能源的嶄新黎明

近些年來(lái)，在世界范圍內的政治和經(jīng)濟領(lǐng)域中，人們對可再生能源態(tài)度的關(guān)注日益增加。雖然在去年全球經(jīng)濟危機中，很多可再生能源項目被削減，但是太陽(yáng)能設備未來(lái)幾年的安裝增長(cháng)率預計可能在30%～40%之間（如圖1所示）。

圖1 太陽(yáng)能安裝市場(chǎng)增長(cháng)預期

這種增長(cháng)將包括整個(gè)供電領(lǐng)域，從巨大的兆瓦級中心發(fā)電站到遍及全球的住宅屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統。太陽(yáng)能電池單體和功率電子器件的效率正不斷地攀升。同時(shí)，新型的系統拓撲架構和器件也持續將太陽(yáng)能發(fā)電系統的性能提高到新的水平。

到目前為止，卓越的太陽(yáng)能電池單體材料是單晶硅pn結單體（如圖2所示）。這是可以廣泛獲得的材料，而且能夠在眾多應用領(lǐng)域中取得成本和效率之間的折中。高功率的聚能器系統可以選擇使用效率高達25%的多結單體，但成本比較高。而低端系統可以選擇效率比較低的多晶或薄膜系統，但制造成本卻非常吸引人。

圖2 卓越的太陽(yáng)能電池單體材料是單晶硅pn結

常規太陽(yáng)能電池技術(shù)
典型的太陽(yáng)能發(fā)電系統包括兩個(gè)功率單元（如圖3所示），前端單元是升壓轉換器，可以將太陽(yáng)能面板輸出的電壓提升到直流總線(xiàn)電壓，該電壓必須足夠高以經(jīng)過(guò)逆變器輸出到線(xiàn)路。

圖3 常規太陽(yáng)能發(fā)電系統主要包括兩個(gè)功率單元

這個(gè)系統的輸入電源是太陽(yáng)能電池單體陣列，它可能是一個(gè)平板、一串平板，或并聯(lián)和串聯(lián)在一起的組合平板。每個(gè)平板通常產(chǎn)生50～60V的電壓，然后串聯(lián)到一起來(lái)達到升壓轉換器所期望的直流電壓。

太陽(yáng)能發(fā)電系統也具有一種最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking：MPPT）機制。任何太陽(yáng)能電池單體或串聯(lián)的電池單體都具有功率最大時(shí)的輸出電壓，當輸出電壓降低時(shí)，電流不會(huì )增加以補償功率的恒定，否則，電壓升高時(shí)電流就會(huì )降落得太快。這就需要有一個(gè)計算單元用于計算電壓和電流的乘積，并確定其最大功率點(diǎn)，以此控制輸出電壓達到該值。

在串連的電池單體中，輸出電流是由串聯(lián)鏈路中輸出電流最低的那塊單體決定的。如果光照亮度發(fā)生變化，或者任何一個(gè)電池單體被部分遮擋了或變得透光不強了，所有其他電池單體的輸出電流也都將受到限制，從而使輸出達不到峰值功率。

有許多種方法可以彌補這種情況，完全依賴(lài)太陽(yáng)能發(fā)電系統的設計類(lèi)型。在大型的中心發(fā)電站，電池單體通常排列在沒(méi)有遮擋的開(kāi)放區域，甚至會(huì )追蹤太陽(yáng)在天空的角度，來(lái)在任何時(shí)候都能夠維持最大的直接光照。

然而，在稍微小一些的太陽(yáng)能發(fā)電系統中，太陽(yáng)能電池陣列能夠以不同的角度重新排列來(lái)獲得最大最直接的光照。在這種情況下，整個(gè)陣列被劃分為不同的區域，每個(gè)區域可以獨立工作，它們輸出的直流電壓可以疊加?？刂破髂軌驅㈦娏鬏斎氲捷敵龉β瘦^低的區域來(lái)平衡和優(yōu)化整個(gè)太陽(yáng)能電池陣列的輸出電流。