光伏发电技术系列讲座（1） 光伏发电原理及发展现状.docxVIP

·技术讲座 · 王宏华 ·光伏发电原理及发展现状 光伏发电技术系列讲座(1) 光伏发电原理及发展现状 王宏华 (河海大学自动化工程系，江苏南京210098) 摘 要：阐述了太阳能光伏发电系统的基本结构和工作原理，综述了国内外光伏发电技术的发 展现状及发展趋势。 关键词：太阳能；光伏电池；光伏阵列；光伏发电系统 中图分类号：TK51 文献标志码： A 文章编号：1671-5276(2010)04-0186-04 The Series of Lectures on Photovoltaic Power Technology(Part 1) Principle and Development of Photovoltaic Power WANG Hong-hua (Department of Automation Engineering, Hohai University, Nanjing 210098,China) Abstract: This paper describes the principle and structure of photovoltaic power system, and presents the latest development trend and research progress of photovoltaic power technologies. Key words:solar energy; solar cell; photovoltaic array; photovoltaic power system 0 引 言 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁 可再生能源，每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万 桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用正逐步成为各 国政府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用 的两种重要形式。“光伏发电”是利用光伏电池的光伏效 应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染 的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部 分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世 界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏 发电系统的基本结构和工作原理，综述了国内外光伏发电 技术的发展现状及发展趋势。 1 光伏电池的原理及发展现状 1839年，法国的 Edmond Becquerel 发现了“光伏效 应,即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变 化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体 P-N 结 接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能 量转换器。1954年，美国 Bell 实验室的G.Pearson 等发 明了单晶硅光伏电池，其原理如图1所示。 图1中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一 定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子-空穴 对；在 P-N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向 N,P 区，从而在P-N 结附近形成与内建电场方向相反的光 生电场；光生电场抵消 P-N 结内建电场后的多余部分使 图 1 单晶硅光伏电池发电原理 P,N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生 电动势；当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从 N 区流入光伏电池。 图2为光伏电池等效电路，其中，I 为与光伏电池面 积、入射光辐照度成正比的光生电流(1 cm2 硅光伏电池 的/值为16～30 mA(↑);Io,L 分别为P-N 结的正向电 流、漏电流；串联电阻 Rs 主要由电池体电阻、电极导体电 阻等组成(Rs 一般1Ω);旁漏电阻R 由硅片边缘不清 洁或体内缺陷所致(R 一般为几kΩ);RL 为外接负载电 阻，L,U。 分别为光伏电池输出电压、电流；当负载开路 (R?=?) 时，U。 即为开路电压 U, 其与环境温度成反 比、与电池面积无关(在100mW/cm2 的光谱辐照度下，硅 光伏电池的U. 一般为450～600mV()。 与图2对应的光伏电池解析模型为]: 作者简介：王宏华(1963一 ),男，江苏泰州人，博士，现为河海大学教授、博士生导师。研究方向为新型交直流电力传动等。 ·186 · http://ZZHD.chinajourmnal. E-mail:ZZHD@ 《机械制造与自动化》 ·技术讲座 · 王宏华 ·光伏发电原理及发展现状 输出功率/W输出电流/A输出功率/w 输出功率/W 输出电流/A 输出功率/w 图2 光伏电池等效电路 L=1m-Io- 1 上式中，1.为RL=0 时的短路电流(A);T 为环境温度 (K);T