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[摘 要] 随着世界资源的快速消耗，以及使用传统能源所带来的环境污染的巨大困扰，世界上大多数国家都把发展新型、无污染、环保、可再生能源作为自己国家的重要研究课题。现在除了生物能源以外，光伏发电技术也在世界上迅猛发展日益受到重视。
[关键词] 光伏发电 原理 应用研究
The principle of photovoltaic technology and applied research Lu Peng
Abstract:With the rapid consumption of world resources, and the use of traditional energy caused by the huge problems of environmental pollution, most of the world regard the development of new, non-polluting, environmentally friendly, renewable energy as an important research topic of their own country. Now in addition to other bio-energy, photovoltaic technology is the rapid development of the world, more and more attention.
Keywords:PV; principle; Research
新时期，人类面临严峻的能源形势，石油、煤矿已经经受不住人类的消耗，人类不得不去发展新型能源，如风能、地热能、潮汐能等等之类的新型能源。而太阳能以其储量巨大具有极为明显的优势，太阳能技术的研究和发展为其应用的推广提供了技术支持。
1、光伏发电的应用原理
法国科学家贝克勒尔发现了光照会使半导体的各个部位发生电位差，利用这个原理，将太阳能转变成为电能的发电形式称作光伏发电。这种理论在1839年就产生，但是真正实现却是等到1954年，在美国贝尔实验室诞生了世界上第一块单晶硅光伏电池，光伏发电技术自此走上进一步发展和研究的历程。
上图是太阳能光伏发电的基本原理示意图。PN是由半导体材料组成，其两侧负载许多电子流，电子流的扩散形成了宽度很狭的电荷区，将之称为W，建立自定义电场Ei。Ei阻挡两边电子流向对方扩散，对于两边的电子流来说，Ei相当于一个势垒，而它的牵引作用，又将拉动少数载流子迅速扩散到对方的区域里头。当这种动态调节趋于平衡的时候，半导体内部稳定，电流难以构成，自然也无法输出电能。但是，一旦半导体材料组成的PN结接触到太阳能的时候，光子会和PN里面的电子发生碰撞，使原来的平衡被破坏，从而产生大量的电子-空穴对，因其处在不平衡的状态，在内建的电场Ei的驱使下，存在于P区的电子就会跑到N区，从而使得P区和N区的电子不平衡，P区会产生大量的空穴，那么在PN的周围便会形成和Ei方向不一样的光电场Eph，并且方向相反。光伏作用产生的电场会抵消掉一些内建电场的作用，并在P区和N区产生不同的电子层，使N型层为负电，而P型层为负电，这样就在两区之间产生了电动势，产生电动势是能够产生电流的前提。在这个时候外接入电路，便能够拥有电能。由此，我们可以推想当这样的光伏电池单元足够多的时候，在太阳能充足的时候，就可以产生足够生产生活使用的电能。数字化技术的发展在现今信息化大潮中变得越来越重要。数字化技术的特性表现出来的就是：第一，数字计算机发展出数字化，并带动了软件技术的发展，也同时增强了智能技术；第二，多媒体技术开发出数字化，丰富了信息社会的内容。变电站原有的信息采集，传输，处理，输出过程都是由模拟信息操作的，现在的变电站由于建立了相适应的通信网络和系统通过数字化技术改造已经全部转换为数字信息。它的数字化改造表现在智能化的设备，网络化的通信模型、统一化的通信协议、自动化的运行管理等诸多方面。通过翠峰变电站的建成投产，并通过全数字化改造工程正式投入运行，我国首座数字化变电站各种数据采集、传输完备，运行可靠，系统平稳安全，技术全国先进，并在发达国际受到好评。
2、光伏发电应用面临的问题
据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80％装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14％，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30％－40％。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
但是就我国而言，目前光伏发电技术的运用和推广主要面临着两大技术难题，第一是光电转换效率不高，难以满足使用的需求。受天气影响大，某些季节和区域阴天、雨天多，使得光电转换的效率难以稳定而高效。第二生产成本高昂。光伏电池技术虽然已经成熟，但是以硅片作为基础使得成本高昂。近年来，对光伏发电研究的深入，出现了以薄膜为基础的光伏电池，电池成本下降。但是即使如此，要大规模推广使用的话，价格仍然是一个很大的制约因素。
另外还有几个材料以及市场的问题也是制约因素中比较重要的环节。全国没有一个统一的国家光伏规划，仅有一些部委或地区规划恐怕是不够的。光伏科学的基础研究、材料研究、发展研究、应用研究，产业化研究、市场开发研究；光伏产业的发展规模和原材料供应；光伏市场的培育及建设；促进光伏超速发展的鼓励政策等。生产单位缺少资金、设备陈旧、工艺技术落后、成本高、品种少、缺乏竞争力。原材料如太阳级硅原料、封装材料和浆料等都依赖进口。应用单位得不到廉价的、可靠的、性能优越的光伏产品。中国尚有6千万元电人口。西藏、新疆、内蒙古等许多地方的区域供电都有极大的困难，正好是光伏发电的巨大市场。太阳能光伏的科普教育和人才培养薄弱，中青年光伏人才紧缺。
3、光伏发电的技术运用研究
3.1光伏发电最大功率技术
研究表明，光伏阵列功率输出受到多方面因素的影响，以太阳辐射强度、环境温度等因素的影响尤为突出。如图所示，图中两条曲线分别为光伏阵列电流特性和电压输出特性。我们假定不同太阳辐射强度的光伏阵列输出特性为曲线1和曲线2。A、B代表相应曲线的最大功率输出点，并且假设现在运行到A点。当光照发生变化，则输出的特性将由1上升来到2，这个时候，保持负载1不发生变化，则整个系统就在A’上运转，将达不到对应最大的功率点。那么为了可以达到最大的功率点，负载1就必须变为负载2，让系统可以运行在最大的功率点B上。
要让光电转换效率高，就要实时控制光伏电池以获取最大的功率输出。通过前后功率的比较，舍弃小的数值，在检测之后，再比较，由此使得光伏电池阵列可以维持在最大功率，这就是MPPT技术。、
3.2孤岛效应检查技术
孤岛效应是指供电中断时候，光伏系统仍在发电，并向周围供电。如图所示。
当光伏发电网处在孤岛状态时，会产生诸多难以控制的情况，如电压和频率升高，损坏拥护使用的电器、设备等，如果这时有工作人员正在进行电路维修，会对其生命产生威胁。孤岛效应目前主要的解决办法有频率偏移法。
3.3光伏发电和建筑物集成技术
光伏发电和建筑物集成技术在1991年被正式提出，成为世界光伏技术研究的关注的一个焦点。目前研究的主要成果有两种：一种是在建筑物上安装平面光伏原件，形成光伏阵列后，将其和电网连接在一起，从而实现对用户的供电；另一种办法则是把光伏器件植入建筑物中，例如使用可以光伏发电的幕墙，使光伏器件成为建筑物的构成部分，降低光伏发电的成本。
4.结语
太阳能光伏发电技术已经被摆在可再生能源的第一位。我国与德国、日本等国家相比，在这项技术上面还只是处在初级阶段。从中国人均资源和经济发展迅猛的势头比较来看，不久的未来，中国的资源就无法再支持中国经济的高速发展。中国发展太阳能光伏发电技术已经是刻不容缓，对其应用也应加速研究。■
参 考 文 献
[1]赵争鸣,刘建政,孙晓英,等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005:20-26.
[2]倪萌,MKLeung,KSumathy.太阳能电池研究的新进展[J].可再生能源,2004,114(2):9-11.
[3]狄丹.太阳能光伏发电是理想的可再生能源[J].华中电力,2006,21(5):59-62.
[关键词] 光伏发电 原理 应用研究
The principle of photovoltaic technology and applied research Lu Peng
Abstract:With the rapid consumption of world resources, and the use of traditional energy caused by the huge problems of environmental pollution, most of the world regard the development of new, non-polluting, environmentally friendly, renewable energy as an important research topic of their own country. Now in addition to other bio-energy, photovoltaic technology is the rapid development of the world, more and more attention.
Keywords:PV; principle; Research
新时期，人类面临严峻的能源形势，石油、煤矿已经经受不住人类的消耗，人类不得不去发展新型能源，如风能、地热能、潮汐能等等之类的新型能源。而太阳能以其储量巨大具有极为明显的优势，太阳能技术的研究和发展为其应用的推广提供了技术支持。
1、光伏发电的应用原理
法国科学家贝克勒尔发现了光照会使半导体的各个部位发生电位差，利用这个原理，将太阳能转变成为电能的发电形式称作光伏发电。这种理论在1839年就产生，但是真正实现却是等到1954年，在美国贝尔实验室诞生了世界上第一块单晶硅光伏电池，光伏发电技术自此走上进一步发展和研究的历程。
上图是太阳能光伏发电的基本原理示意图。PN是由半导体材料组成，其两侧负载许多电子流，电子流的扩散形成了宽度很狭的电荷区，将之称为W，建立自定义电场Ei。Ei阻挡两边电子流向对方扩散，对于两边的电子流来说，Ei相当于一个势垒，而它的牵引作用，又将拉动少数载流子迅速扩散到对方的区域里头。当这种动态调节趋于平衡的时候，半导体内部稳定，电流难以构成，自然也无法输出电能。但是，一旦半导体材料组成的PN结接触到太阳能的时候，光子会和PN里面的电子发生碰撞，使原来的平衡被破坏，从而产生大量的电子-空穴对，因其处在不平衡的状态，在内建的电场Ei的驱使下，存在于P区的电子就会跑到N区，从而使得P区和N区的电子不平衡，P区会产生大量的空穴，那么在PN的周围便会形成和Ei方向不一样的光电场Eph，并且方向相反。光伏作用产生的电场会抵消掉一些内建电场的作用，并在P区和N区产生不同的电子层，使N型层为负电，而P型层为负电，这样就在两区之间产生了电动势，产生电动势是能够产生电流的前提。在这个时候外接入电路，便能够拥有电能。由此，我们可以推想当这样的光伏电池单元足够多的时候，在太阳能充足的时候，就可以产生足够生产生活使用的电能。数字化技术的发展在现今信息化大潮中变得越来越重要。数字化技术的特性表现出来的就是：第一，数字计算机发展出数字化，并带动了软件技术的发展，也同时增强了智能技术；第二，多媒体技术开发出数字化，丰富了信息社会的内容。变电站原有的信息采集，传输，处理，输出过程都是由模拟信息操作的，现在的变电站由于建立了相适应的通信网络和系统通过数字化技术改造已经全部转换为数字信息。它的数字化改造表现在智能化的设备，网络化的通信模型、统一化的通信协议、自动化的运行管理等诸多方面。通过翠峰变电站的建成投产，并通过全数字化改造工程正式投入运行，我国首座数字化变电站各种数据采集、传输完备，运行可靠，系统平稳安全，技术全国先进，并在发达国际受到好评。
2、光伏发电应用面临的问题
据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80％装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14％，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30％－40％。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
但是就我国而言，目前光伏发电技术的运用和推广主要面临着两大技术难题，第一是光电转换效率不高，难以满足使用的需求。受天气影响大，某些季节和区域阴天、雨天多，使得光电转换的效率难以稳定而高效。第二生产成本高昂。光伏电池技术虽然已经成熟，但是以硅片作为基础使得成本高昂。近年来，对光伏发电研究的深入，出现了以薄膜为基础的光伏电池，电池成本下降。但是即使如此，要大规模推广使用的话，价格仍然是一个很大的制约因素。
另外还有几个材料以及市场的问题也是制约因素中比较重要的环节。全国没有一个统一的国家光伏规划，仅有一些部委或地区规划恐怕是不够的。光伏科学的基础研究、材料研究、发展研究、应用研究，产业化研究、市场开发研究；光伏产业的发展规模和原材料供应；光伏市场的培育及建设；促进光伏超速发展的鼓励政策等。生产单位缺少资金、设备陈旧、工艺技术落后、成本高、品种少、缺乏竞争力。原材料如太阳级硅原料、封装材料和浆料等都依赖进口。应用单位得不到廉价的、可靠的、性能优越的光伏产品。中国尚有6千万元电人口。西藏、新疆、内蒙古等许多地方的区域供电都有极大的困难，正好是光伏发电的巨大市场。太阳能光伏的科普教育和人才培养薄弱，中青年光伏人才紧缺。
3、光伏发电的技术运用研究
3.1光伏发电最大功率技术
研究表明，光伏阵列功率输出受到多方面因素的影响，以太阳辐射强度、环境温度等因素的影响尤为突出。如图所示，图中两条曲线分别为光伏阵列电流特性和电压输出特性。我们假定不同太阳辐射强度的光伏阵列输出特性为曲线1和曲线2。A、B代表相应曲线的最大功率输出点，并且假设现在运行到A点。当光照发生变化，则输出的特性将由1上升来到2，这个时候，保持负载1不发生变化，则整个系统就在A’上运转，将达不到对应最大的功率点。那么为了可以达到最大的功率点，负载1就必须变为负载2，让系统可以运行在最大的功率点B上。
要让光电转换效率高，就要实时控制光伏电池以获取最大的功率输出。通过前后功率的比较，舍弃小的数值，在检测之后，再比较，由此使得光伏电池阵列可以维持在最大功率，这就是MPPT技术。、
3.2孤岛效应检查技术
孤岛效应是指供电中断时候，光伏系统仍在发电，并向周围供电。如图所示。
当光伏发电网处在孤岛状态时，会产生诸多难以控制的情况，如电压和频率升高，损坏拥护使用的电器、设备等，如果这时有工作人员正在进行电路维修，会对其生命产生威胁。孤岛效应目前主要的解决办法有频率偏移法。
3.3光伏发电和建筑物集成技术
光伏发电和建筑物集成技术在1991年被正式提出，成为世界光伏技术研究的关注的一个焦点。目前研究的主要成果有两种：一种是在建筑物上安装平面光伏原件，形成光伏阵列后，将其和电网连接在一起，从而实现对用户的供电；另一种办法则是把光伏器件植入建筑物中，例如使用可以光伏发电的幕墙，使光伏器件成为建筑物的构成部分，降低光伏发电的成本。
4.结语
太阳能光伏发电技术已经被摆在可再生能源的第一位。我国与德国、日本等国家相比，在这项技术上面还只是处在初级阶段。从中国人均资源和经济发展迅猛的势头比较来看，不久的未来，中国的资源就无法再支持中国经济的高速发展。中国发展太阳能光伏发电技术已经是刻不容缓，对其应用也应加速研究。■
参 考 文 献
[1]赵争鸣,刘建政,孙晓英,等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005:20-26.
[2]倪萌,MKLeung,KSumathy.太阳能电池研究的新进展[J].可再生能源,2004,114(2):9-11.
[3]狄丹.太阳能光伏发电是理想的可再生能源[J].华中电力,2006,21(5):59-62.