太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與綠色照明

太陽(yáng)能發(fā)電是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置。太陽(yáng)能電池組件（Solar cells）是利用半導體材料的電子學(xué)特性實(shí)現P-V轉換的固體裝置，在廣大的無(wú)電力網(wǎng)地區，該裝置可以方便地實(shí)現為用戶(hù)照明及生活供電，一些發(fā)達國家還可與區域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現互補。目前從民用的角度，在國外技術(shù)研究趨于成熟且初具產(chǎn)業(yè)化的是“光伏--建筑（照明）一體化”技術(shù)，而國內主要研究生產(chǎn)適用于無(wú)電地區家庭照明用的小型太陽(yáng)能發(fā)電系統。

　　1　太陽(yáng)能發(fā)電原理

　　太陽(yáng)能發(fā)電系統主要包括：太陽(yáng)能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶(hù)即照明負載等組成。其中，太陽(yáng)能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。

　　1.1　太陽(yáng)能電源系統

　　太陽(yáng)能電池與蓄電池組成系統的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著(zhù)系統工作特性。

　?。?）　電池單元：

　　由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中的太陽(yáng)能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統，稱(chēng)為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學(xué)特性，當太陽(yáng)光照射到由P型和N型兩種不同導電類(lèi)型的同質(zhì)半導體材料構成的P-N結上時(shí)，在一定的條件下，太陽(yáng)能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著(zhù)較強的內建靜電場(chǎng)，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開(kāi)路電壓Uoc。若在內建電場(chǎng)的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，就有“光生電流”流過(guò)，太陽(yáng)能電池組件就實(shí)現了對負載的功率P輸出。

　　理論研究表明，太陽(yáng)能電池組件的峰值功率Pk，由當地的太陽(yáng)平均輻射強度與末端的用電負荷（需電量）決定。

　?。?）　電能儲存單元：

　　太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著(zhù)系統的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時(shí)間（發(fā)電時(shí)間）的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預定的連續無(wú)日照時(shí)間決定。

　　1.2　控制器

　　控制器的主要功能是使太陽(yáng)能發(fā)電系統始終處于發(fā)電的最大功率點(diǎn)附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術(shù)即PWM控制方式，使整個(gè)系統始終運行于最大功率點(diǎn)Pm附近區域。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障，如電池開(kāi)路或接反時(shí)切斷開(kāi)關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調控點(diǎn)Pm，又能跟蹤太陽(yáng)移動(dòng)參數的“向日葵”式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

　　1.3　DC-AC逆變器：

　　逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過(guò)全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過(guò)調制、濾波、升壓等，得到與照明負載頻率f，額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統終端用戶(hù)使用。

　　2　太陽(yáng)能發(fā)電系統的效率

　　在太陽(yáng)能發(fā)電系統中，系統的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽(yáng)能電池技術(shù)來(lái)講，要比控制器、