[关键词]太阳能 光伏发电 逆变 并网
中图分类号：TK511 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0363-01
1 概述
2013年年初，京津冀地区遭遇严重雾霾天气； 10月份以后，大范围雾霾污染又蔓延至哈尔滨、苏州、上海、甚至三亚等地，全国范围从北到南无一幸免。
据相关部门统计， 2013年的雾霾天数是中国近52年来的最多，创下历史纪录。
环保专家指出，导致空气质量下降的污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物、臭氧等。在一些地区，尤其是大城市，工业生产、机动车尾气、建筑施工、冬季取暖烧煤等排放的有害物质难以扩散，导致空气质量显著下降。面对越来越严峻空气污染形势，寻找新能源成为当前面临的迫切课题。照射在地球上的太阳能非常巨大，而且太阳能发电绝对干净，不产生污染。所以太阳能被誉为是理想的能源。随着太阳能光伏发电技术的发展，光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。
本文主要讨论太阳能光伏发电系统中电力电子技术的应用；介绍并网系统的组成特点；根据不同的电路拓扑，讨论太阳能最大功率点跟踪技术的实现方法。
2 太阳能光伏系统的组成
太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。
与独立供电的光伏系统相比，并网系统一般都没有储能环节，直接由并网逆变器接太阳能电池和电网。并网逆变器的基本功能是相同的。那就是，在太阳能电池输出较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。
3 太阳能光伏系统的最大功率点跟踪技术
实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，实质上是一个自寻优过程。通过对光伏阵列当前时刻输出电压与电流的检测，得到当前时刻光伏阵列输出功率，再与已存储的前一时刻光伏阵列功率值比较，舍小存大，再检测，再相比较，如此不停地周而复始，便可使光伏阵列动态地工作在最大功率点上。
在一定温度时，不同光照强度下太阳能电池的输出特性曲线不同。每条曲线都存在着一个最大功率输出点，并且这个点在当前的光照条件下是唯一的。在太阳能光伏系统中采用较多的一阶MPPT正是利用了最大功率点的dp/dv为零的特性。先对太阳能电池的输出电压和电流进行连续的采样，并将每次采样的一组电压电流数据相乘折合成功率值，然后减掉上一次采样得到的功率值，即为功率差分值。当功率达到最大值时满足式（1），同时还可以推得式（2）。
dP/dU=dUI/dU=UdI/dU+IdU/dI=0 （1）
UdI+IdU=0 （2）
令
ΔI=UdI （3）
ΔU=-IdU （4）
则当ΔU=ΔI时，即可近似认为达到最大功率点，这样就构成了最经典的一阶差分算法。
4 并网供电的太阳能光伏系统中的逆变器
光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能，如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。现在常用的逆变器有以下几种。
1）方波逆变器
此逆变器输出的电压波形为方波，逆变器线路简单，价格便宜，实现较为容易。缺点是方波电压中含有大量的高次谐波成分，在负载中会产生附加的损耗，并对通信等设备产生较大的干扰，需要外加额外的滤波器。此类逆变器多见于早期，设计功率不超过几百瓦的小容量逆交器。
2）阶梯波逆变器
阶梯波逆变器输出的电压波形为阶梯波形，阶梯波逆变器的优点是输出波形接近正弦波，比方波有明显的改善，高次谐波含量减少。但此逆变器往往需要多组直流电源供电，需要的功率开关管也较多，给光伏阵列分组和蓄电池分组带来不便。
3）正弦波PWM逆变器
正弦波逆变器的优点是输出波形基本为正弦波，在负载中只有很少的谐波损耗，对通信设备干扰小，整机效率高。缺点是设备复杂、价格高。
5 双模式逆变器
为了方便应用，可以设计一种既可独立运行，又可并网运行的光伏发电系统。该系统中的逆变器可以自由切换并网运行和独立运行，并且保证在切换过程中对负载和逆变器无冲击，实现平滑切换。可以采用了快速检测并网开关和抑制电流突变的过渡算法，以实现三相系统并网/独立的平滑切换。这种系统称为三相双模式逆变器发电系统。此系统中太阳能电池板组成光伏阵列，输出不稳定的直流电。DC/DC 充电控制器连接电池板和蓄电池组，实现最大功率向蓄电池充电。 蓄电池可以在太阳辐照度变化和无太阳光时持续向逆变器供给直流电。三相逆变器的输入级连接到蓄电池的直流母线上， 输出接在带有中心抽头的变压器上。这样可以带三相或单相负载运行。并网开关可以实现电网与负载、 逆变器的连接和断开。当电网无电时，并网开关断开，逆变器给负载供电。当电网有电时，并网开关闭合，负载由电网和逆变器共同供电，逆变器还可以将太阳能电池板发出的多余电能输入到电网中，也可以利用电网给蓄电池充电。
6 结论
本文对太阳能光伏系统中的最大功率点跟踪和逆变技术进行了讨论。通过对并网光伏系统进行系统组成分析，比较其构成特点和电路拓扑，讨论得出了各自适用的控制方法。文章最后介绍了一种可实现独立运行与并网运行实时切换的双模逆变器。从上述分析可以看到：太阳能光伏发电作为新能源的应用技术正在得到迅速发展，而电力电子技术作为其中的关键技术，对太阳能光伏发电应用的发展起着决定性作用。
参考文献
[1] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛等.太阳能光伏发电及其应用.北京：科学出版社，2005.
[2] 郭廷玮.太阳能的利用和前景.北京：科学普及出版社，1984.
[3] 王长贵.新能源和可再生能源的现状和展望.太阳能光伏产业发展论坛论文集，2003，9：4～17.
关键词 太阳能技术；建筑节能；一体化
中图分类号TU241 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）47-0045-02
0 引言
有限能源危机、环境污染危机为人们敲响警钟。人们开始寻求更为丰富、绿色的资源。太阳能、风能、潮汐能等被列为清洁能源。清洁能源是可持续发展的重要内容。1996年，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”。会议提出《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》、《世界太阳能规划》等重要战略目标。会议表明了联合国和世界各国对运用开发利用太阳能的决心。
1太阳能技术
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。是人类赖以生存的能量，是巨大的无污染的能源。当今太阳能科技发展的两大趋势是：一是光与电的结合；二是太阳能与建筑的结合。
太阳能利用技术主要有两种：光电转换和热能利用。相对于光电转换，太阳热能利用历史较为悠久，利用方式较多，成本较低。太阳能热利用有太阳能热水器、太阳能集成器、太阳能空调、太阳能发电等方式。目前太阳能技术现状如下。
1.1 光伏产业
光伏产业是利用光伏反应，将太阳光照射到硅材料上直接发电。90年代后，世界光伏产业出现供不应求的现象，发展迅速。世界各国纷纷制定计划和措施扩大产业链。快速发展的屋顶计划、各种减免税政策为成熟的光伏产业奠定基础。我国光伏产业经过二十多年的努力，已有一个较好的发展基础。
1. 2 太阳能热水器
太阳能热水器是可再生资源技术领域最商业化、推广最为广泛的技术，是最具适应性的技术。具有成本效率高，应用简单、安全等特点。中国成为世界最大的太阳能热利用产品的生产国。国内太阳能热水器应用面积较广。
1.3 太阳能发电
常规煤矿发电，即浪费煤矿资源，又污染环境。易受煤价、煤矿开采量影响。太阳能发电是利用集热器将太阳辐射能集中起来，带动发电机发电。第一座太阳能发电厂是在法国建立。之后众多发达国家纷纷效仿此技术，经过不断发展提高，建立越来越来越多的太阳能发电厂。技术也日益成熟。但是太阳能发电厂占地面积较大。
1.4 太阳房
利用建筑设计技术将高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地结合在一起，充分利用太阳辐射能，达到房屋取暖、制热的目的。房屋可以尽可能地吸收储存利用太阳能。太阳房可以节约75%~90%的建筑能耗，并且具有良好的经济效益，环保效益。日本人节约能源意识形成较早，早在1987年就开始建造综合太阳能利用的太阳房。目前，建太阳房2 000余座。众多发达国家也采纳了这种建房技术。建造综合太阳能利用一体房成本较高。我国综合太阳能利用的太阳房较少，欠缺重视。
2太阳能利用与建筑节能
2.1 建筑节能
建筑节能是指：在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行建筑节能标准。采用节能型的建筑技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷热率、加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生资源，在保证建筑物室内热环境质量前提下，减少采暖供热、空调制冷制热、照明、热水供应等的消耗。即主要从降低耗能需求，提高能源转换效率，利用可再生资源三方面入手。现代建筑设计进入绿色设计时代。为了可持续发展，减少建筑能耗，提高材料能源利用率成为建筑设计思考的首要问题。我国于1986年颁布的《北方地区居住建筑节能设计标准》，拉开我国节能建筑的序幕。建筑节能是我国长远规划的能源战略的主要议题。
2.2 太阳能与建筑节能一体化的特点
太阳能在建筑节能方面扮演了重要角色。太阳能与建筑节能设计相结合是未来太阳能发展方向。 太阳能与建筑节能一体化有如下特点：
1）改变建筑物传统外观。太阳能技术与建筑节能设计一体化，是在建筑物设计时就考虑的问题。节能建筑物与太阳能完美地结合在一起，太阳能利用成为建筑物的一部分。改变了传统后加的太阳能结构对建筑外观的影响。太阳能产品可与建筑外形有机结合，更加美观；
2）对房屋顶没有特殊要求，平的或者倾斜的都可以，安装技术更为先进；
3）适用范围广。使用人群更为广泛。也适用于各式各样的建筑物。
2.3太阳能与建筑节能应用技术现状
1）太阳能采暖系统
太阳房采暖系统可分为主动式和被动式两种。主动式取暖方式投入成本大，维护费用高，设备组成复杂。被动式太阳能取暖，集热方式较为简单。运行费用低。但是受昼夜影响大，供热不稳定。
2）太阳能热水器
太阳能热水器是太阳能应用最为广泛普遍的一种技术。我国太阳能热水器市场需求较大。它有众多优点：节省资源、安全等。现代太阳能热水器正在往智能化、提高太阳能利用率方向发展。
3）太阳能低温热水地板
全玻璃真空管集热器作为太阳能低温热水地板的太阳能集热器。它是利用低温热水为媒介，将太阳能转化为热能的技术。它可以基本满足人们日常生活中的热水需求。
4）光电转换技术应用
利用太阳能光电池板组成太阳能屋顶，并并入电网。可为建筑物提供全部能量或部分能量。当阳光充足的时候，太阳能电池可以满足能量需求；阳光比较微弱，阴天的时候，太阳能电池提供的能量就较少。
3 推广我国太阳能建筑节能一体化发展的措施
3.1 完善相关法规政策
有关部门需要进一步完善相关法规政策。与太阳能技术专家、建筑单位共同研究制定太阳能技术使用标准与建筑节能标准。统一调控管理太阳能市场，控制建筑物能耗。
3.2 提出优惠政策
为推广太阳能建筑节能一体化发展，政府应该制定相关优惠政策，比如建筑物采用太阳能技术可以获得物质奖励，或减免税政策。提高建筑公司设计节能建筑的积极性。
3.3 进一步发展太阳能技术
加大科研力度，进一步研究发展太阳能技术。研究出成本更低，更适用于生活的节能技术。
4 结论
太阳能技术与建筑节能相结合，可以为社会带来显著的环境效益、社会效益，是可持续发展新模式。太阳能技术为建筑节能技术发展带来广阔空间。
参考文献
[1]刘贞先，伊晓路，傅军.太阳能综合利用技术探讨[J].应用技术能源，2006，11.
[2]俞光明.浅论太阳能应用与建筑节能[J].能源与环境，2009，5.
关键词：教学改革；太阳能发电；MPPT；MATLAB仿真
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0013-02
对能源危机和环境的日益关注，使用可再生能源发电得到理论研究人员和工程技术人员的广泛关注和深入探讨。在可再生能源系统中一个重要的议题是太阳能能源系统。而太阳能发电系统与电力电子课程有着紧密的关联，因此在“电力电子技术”教学创新过程中可以把太阳能发电系统放置在电力电子学的应用介绍中，这使课堂理论教学与社会发展和社会热点更加契合，也能使电力电子学更有吸引力。
普通的教学方法通常采用纯理论方式，其缺点是：在大学生电力电子的课程中，学生对于实验中突然出现的现象和对系统元件的探索缺少关注，很难达到良好的教学效果和知识传授。而太阳能控制系统的课程设计具有较强的实践性，实验环节尤为重要，由于受到实验设备、实验人员和实验条件等的限制，传统的实验教学很难开展，但是软件仿真虚拟实验则没有这方面的限制。因此，本文提出了基于MATLAB/ SIMULINK仿真软件对太阳能发电系统进行仿真研究，包括MPPT算法和变流器的拓扑设计，帮助学生加深对电力电子基础理论和应用系统设计知识的理解，填补基础理论教学与实际应用之间的断带，掌握利用仿真技术进行辅助分析与设计的技能。
一、太阳能发电系统
电力电子电路主要包括四大类：整流电路（AC-DC变换）、斩波电路（DC-DC变换）、逆变电路（DC-AC变换）、交流电力控制及交交变频电路（AC-AC变换）。与太阳能发电系统密切相关的为斩波电路和逆变电路。本文介绍的太阳能发电系统运行在离网模式，主要变流器为DC-DC变换，所以本文着重介绍斩波电路。在教学设计上，学生初次接触电力电子应用实例，实际的感观并不多，对太阳能发电系统各个模块理解有些困难，因此本文提出了一种精简的太阳能发电系统，从而达到电力电子技术教学的目的。太阳能发电系统的拓扑如图1所示。[1]它由光伏电池板、升压斩波电路、MPPT控制器和负载组成，下面详细介绍各部分的作用。
太阳能电池是太阳能发电的能量转换器件。其原理是光生伏打效应，当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光电子-空穴对。在电池内电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。[2]
太阳能电池后级一般采用Boost电路进行DC/DC变换。[3]由于在太阳能发电系统中，太阳能电池的输出功率受多种因素影响，如太阳光照强度、环境温度。在不同的环境下，太阳能电池的输出曲线是不同的，相应的最大功率点也不同。日照越强，太阳能电池能够输出的功率越大；本身温度越高，其输出功率越小。在特定的日照强度和温度条件下，太阳能电池具有唯一的最大功率输出点（MPP），也只有工作在最大功率点才输出最大功率。
根据太阳能电池特性，有以下几种最大功率点跟踪方法：CVT法；基于扰动的自寻优控制算法，主要有扰动观察法、电导增量法等；基于优化模型的控制算法，主要有短路电流检测法、开路电压检测法、电流扫描法等；基于人工智能的处理算法，主要有模糊控制、人工神经网络等；负载电流/电压最大法。扰动观察法是目前研究最广也是应用较为普遍的控制算法之一。其原理是每隔一段时间对太阳能阵列的工作点实施扰动，然后测量其功率变化，与扰动之前的功率值相比较，若功率值增加，则表示扰动方法正确，可朝同一方向扰动；若扰动后的功率值小于扰动前，则往相反的方向扰动。由于扰动观察法结构简单，跟踪算法简单，容易实现，容易被接受和理解，所以采用扰动法进行最大功率点跟踪。
二、仿真实例
为了构建与实际相符合的教学场景，引入仿真软件MATLAB/
SIMULINK，利用 MATLAB/ SIMLINK软件构建电力电子电路进行仿真演示，电力电子变换与控制领域的典型开关电路均可建立仿真模型，通过对模型的仿真，可直观展示各种参数变化对电路波形的影响以及数值计算，可以为教学现场营造一种真实的电力电子电路工作场景，能够有效地弥补传统教学方式的不便和不足，学生能够全面准确理解教学内容。同时，在电路仿真时，可以模拟各种电力电子器件故障，如开路、短路等，能够清晰地展示各种电力电子电路的工作过程，使学生能够直观、全面地掌握课程学习内容，同时将学习活动情境化、趣味化，大大加深了学生对所学知识的理解，使学生能够将隐性的理论知识转化为显性的技能。[4]因此，将MATLAB仿真软件引入太阳能发电系统课程设计的教学，可以充分利用MATLAB的强大运算与图形化功能，提高课程教学质量与教学效果。
1.太阳能电池内部特性MATLAB仿真
太阳能电池的I-V特性随光照和电池表面温度的变化而变化。单个太阳能电池的输出伏安特性表达式为：
（1）
式中：I――太阳能电池输出电流；U――太阳能电池输出电压；Iph――光生电流；I0――二极管反相饱和电流；K――玻尔兹曼常数（K=1.38×10-23J/K）；q――电子的电荷量（q=1.6× 1019C）；n――二极管特性因子；RS――太阳能电池的串联电阻；Rsh――太阳能电池的并联电阻。
根据太阳能电池内部特性，结合式（1）在MATLAB/ SIMULINK仿真实验平台中建立太阳能电池内部特性仿真模型，如图2所示，对太阳能电池的输出特性进行实验研究。本案例初步设置光照强度Sref为400W/m2，温度Tref为25℃，电池开路电压UOC为66V，峰值电压Um为54.2V，短路电流ISC为25.44A，峰值电流Im为23.25A。
2.占空比扰动法的MATLAB仿真研究
干扰观测法算法简单且易于硬件实现，所以被广泛地应用。经典干扰控制法步长不易确定，如果步长大可以较快跟踪到最大功率，但在最大功率附近振动较大。如果步长较小，虽然在最大功率点附近振荡较小，但跟踪的速度又太慢。在本案例中，采用PWM信号占空比D作为控制变量，相对于干扰观测法，占空比扰动法由于直接把占空比作为控制变量，只需要控制一个参数，从而使控制器简单化。[5]图3为MPPT模块的MATLAB仿真模型。
3.太阳能发电系统MATLAB仿真模型
在建立太阳能电池内部特性模型及MPPT模块模型后，在SIMULINK中建立太阳能发电系统整体仿真模型，该模型采用光照强度S和温度T作为输入，以流过负载的电流I和负载两端的电压U作为输出来进行仿真。将电路元器件模块按太阳能发电系统结构图连接起来组成仿真电路，如图4所示，主要由太阳能电池板模型、升压斩波电路、MPPT模块、负载（500Ω电阻）组成。
4.仿真结果分析
太阳能电池板输出电压（左）、电流（右）波形如图5所示，图6左右分别为负载电压和电流波形。由仿真结果可以看出，给定参数的太阳能电池在光照强度Sref为400W/m2，温度Tref为25℃条件下，输出电压为78V，输出电流为9.7A，负载电压为550V，电流约为1.1A。由图5、图6可见，电池输出电压、电流在1s前已达稳定，说明Boost电路实现太阳能发电系统最大功率点跟踪是可行的。此仿真模型和仿真结果有利于本科生学习太阳能发电控制系统和理解相关电力电子技术。
三、结论
以太阳能光伏发电系统为案例，基于MATLAB仿真平台设计的“电力电子技术”教学模式，不仅在教学方式上进行整改，并且在教学内容上也进行了改革创新，形成理论与实践并进，理论与仿真相结合的教学新思路和新模式。一方面改善了教育质量，提高了学生对课堂学习的兴趣，另一方面向学生介绍了新能源，增强“电力电子技术”吸引力的同时使学生拥有更多的实践经验，帮助学生加深对电力电子基础理论和应用系统设计知识的理解，掌握利用仿真技术进行辅助分析与设计的技能。
参考文献：
[1]P.Bauer，W.Kolar.Teaching Power Electronics in the 21st Century[J].EPE Journal，2003，13（4）：43-50.
[2]汪义旺.MATLAB仿真在光伏发电技术实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2011，28（7）：177-179.
[3]李京，胡仁杰.光伏电池在Boost电路中的最大功率跟踪[J].电气技术，2013，（4）：21-24.
关键词 塔式太阳能；热发电；储热
中图分类号TU7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）37-0107-01
1太阳能热发电技术
太阳能热发电技术：将吸收的太阳辐射热能转换成电能，包括两类：一类是利用太阳热能直接发电，如半导体或金属材料的温差发电碱金属热点转换和磁流体发电等；另一类是将太阳热能通过热机带动发电机发电。而根据太阳能热发电系统中所采用的集热器的型式不同，可以分为分散型和集中型两大类。
2 太阳能热发电的基本原理
太阳能热发电系统由聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统和汽轮发电子系统四部分组成。利用太阳能集热器将太阳能收集起来，加热工质，产生过热蒸汽，驱动热动力装置带动发电机发电，从而将太阳能转换为电能。从热力学上讲，这种太阳能热发电站也是按朗肯循环或布劳顿循环原理工作的，在热力学原理上与常规热力发电厂完全一样。技术上把这种按朗肯循环或布劳顿循环原理工作的太阳能热电转换称为太阳能热发电，以区别于太阳能光伏发电。
3 储热系统的组成及设计
3.1蓄热技术
蓄热储能是太阳能热发电系统中的关键技术。显热蓄热是目前技术最成熟且具有商业可行性的蓄热方式。显热蓄热又分为液体显热蓄热、固体显热蓄热、液-固联合显热蓄热三种。槽式系统蓄热装置通常有两种布置形式：间接蓄热和直接蓄热。塔式系统蓄热装置通常采用熔融盐液作为传热介质/显热蓄热材料的方式。系统设计中采用了双级蓄热流程结构，将太阳能收集到的热量根据品位进行分级存储，高温热量由高温蓄热器存储，中温部分由低温蓄热器存储；蓄存热量释放时，高温蓄热器用于蒸汽的过热过程，而低温蓄热器用于蒸汽的发生过程，相互独立。
3.2储热系统的设计
塔式太阳能热发电热电转换系统主要由换热器、高温蓄热罐、低温蓄热罐、水蒸汽蓄热器、辅助加热器、泵、汽轮机、除氧器、凝汽器等组成。而其储热系统分为高温蓄热系统和低温蓄热系统。
图1 蒸汽蓄热器结构图
1-低压分汽缸； 2-蒸汽蓄热器； 3-锅炉； 4-高压分汽缸； 5-油泵； 6、7-自动调节阀； 8、9-排汽截止阀、止回阀； 10-入孔； 11-滚动支座； 12-固定支座； 13-排水阀； 14-循环筒； 15-蒸汽喷头； 16-水位计； 17、18-进汽截止阀、止回阀
蒸汽蓄热器是最典型的利用液体-汽体相变潜热的蓄热器，其结构如图1。其工作原理：利用水的蓄热能力，将热能以饱和水的形式储存，需要时，以饱和蒸汽的形式释放。蒸汽蓄热器工作时，其罐内充水最多可达几何容积的90%，水面上部为蒸汽空间。当压力升高时，部分蒸汽转化成饱和水，反之，压力下降时，部分饱和水汽化为蒸汽。饱和水和蒸汽随压力变化而变化。换热器出来的过热蒸汽由进气管输送进蒸汽蓄热器，蓄热器内温度随蒸汽的不断输入而上升，蓄热器内的蒸汽压力也随之升高，水位随之上升，称为充热过程。随着排汽管自动控制阀7开度变大，饱和水迅速蒸发，产生二次蒸汽，蓄热器内压力下降，水位降低，即为放热过程。
为了降低风险，可采用导热油作为高温蓄热系统的蓄热、传热介质。根据设计要求，换热器设计参数，进行热力计算，给出导热油及水蒸汽的物性参数，计算出各个项目的相关数据，如最小安全系数、温度校正系数、总传热系数等。
3.3导热油罐的设计
导热油罐的设计思路：根据设计要求，进行相关结构的计算，然后选择合适的材料。本文主要论述高温导热油罐的设计。
设计要求：工作温度：240℃~350℃；工作压力：常压；工作介质：THERMINOL VP-1合成导热油；蓄热能力：≥1 500 kWh ，无太阳能输入时，可维持系统继续运行1小时；结构：高温导热油罐体采用立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底三部分组成，通过支座安装在基础或平台上。
结构计算：根据导热油质量m，导热油密度，得出导热油体积：V油=，高温导热油罐容积V需乘以一个比例系数。油罐其他部件参数的计算略。
3.4蒸汽蓄热器的设计
热力计算：根据热平衡原理：蓄热器内原有充热水量等于产生的蒸汽量和剩余热水热量之和。
假设在蓄热器中充有1kg饱和水，其压力为P1，当压力由P1下降到P2时，产生蒸汽g kg。则其热平衡方程为：
（3-4-1）
（3-4-2）
式中： ――在P1，P2压力下饱和蒸汽焓，kJ/kg；――在P1，P2压力下饱和水焓，kJ/kg；g――在P2压力下产生的蒸汽量，kg。
4 结论
储热系统的一个特性是它储存每单位能量所需的容积，容积越小，储热系统越好。设计一个好的储热系统，应将储存时间长、储存单位能量所需的容积小这些指标达到相对比较高的要求。
参考文献
[1]王长贵，崔容强，周簧.新能源发电技术[M].北京：中国电力出版社，2003.
关键词：太阳能电池 教学内容 教学方法 教学效果
中图分类号：G642.41 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.097
1 引言
人们对能源、环境问题的日益关注，使得太阳能的应用与普及越来越受到人们的高度重视[1-5]。2008年，河海大学在应用物理专业第四学年开设《太阳能电池》专业课程，学分（学时）设置为1学分（16学时）。教学目标是使学生了解太阳能的相关基础知识，掌握太阳能电池的基本原理，初步掌握光伏系统的设计及应用。课程采用问题探讨与课程讲授、主题讨论与实践相结合的教学方式，实行互动研究型教学，课程要求学生课前必须阅读教材的相关部分和参考文献、课上主动参与讨论、课后按时完成布置的作业，并及时进行教学互动交流，经过近几年的教学实践，教学效果良好。下面就具体的教学内容及教学模式进行深入讨论。
2 教学内容与教学方法
河海大学应用物理专业有两个班，学生毕业后20%左右读研、出国，60%左右从事电子等相关技术产业，20%左右从事金融、保险、公务员等管理岗位，针对河海大学应用物理专业学生的专业特点，结合太阳能的应用前景，《太阳能电池》课程的主要内容由六个部分组成：第一部分是总论；第二部分是太阳能概况；第三部分是太阳能电池原理；第四部分是太阳电池组件；第五部分是太阳能光伏系统的种类、设计、应用、安装、检查与测试；第六部分是太阳能电池的未来展望。
总论部分课时设置为1学时，主要阐述太阳能的基本概念、利用形式、太阳能发电及其现状与前景。重点与难点是太阳能的利用形式及太阳能发电。教学方法为课堂讲授，利用大量精美图片介绍太阳能电池及太阳能发电，激发学生学习兴趣，并对太阳能电池及太阳能发电有个初步的了解。
太阳能概况部分课时设置为3学时，主要讲解太阳能资源及其能量衰减、地表太阳能量的分布、日射储量、太阳光频谱、各种太阳电池的分光感度特性、日射量的分布、太阳能的利用等知识。重点与难点是地表太阳能量的分布测算、各种太阳能电池的分光感度特性、日射量的分布估算、太阳能的利用等。教学方法以课堂讲授为主，课后调研为辅。
太阳能电池原理部分课时设置为3学时，主要介绍太阳电池的特点、太阳电池的发电原理及构造、太阳电池的种类、太阳电池的特性、太阳电池的制造方法等内容。重点与难点是太阳电池的发电原理及构造、太阳电池的特性、太阳电池的制造方法。教学方法以课堂讲授为主，课后自学、实验制作为辅。
太阳电池组件部分课时设置为3学时，主要介绍太阳电池单元、组件、太阳电池组件及其构造、太阳电池组件的种类、建材一体型太阳电池的应用。重点与难点是太阳电池组件及其构造、建材一体型太阳电池的应用。教学方法以课堂讲授为主，课堂讨论、课后实验为辅。
太阳能光伏系统的种类、设计、应用、安装、检查与测试部分课时设置为3学时，主要讲解太阳能光伏系统的种类及用途、独立系统、并网系统、混合系统、小规模新能源电力系统。重点与难点是独立系统、并网系统、混合系统。教学方法以课堂讲授为主，课后实践为辅。
太阳能电池的未来展望部分课时设置为3学时，主要内容为太阳电池的转换效率的提高、电气设备成本的降低、太阳能发电的未来展望等，拓展学生的知识面与视野。重点与难点是如何实现太阳电池的转换效率的优化配置。教学方法以课堂讨论为主，课后调研为辅。
3 教学效果
近几年来的教学实践表明，《太阳能电池》课程可有效激发学生学习兴趣，受到绝大部分学生的欢迎，通过课程的学习，同学们收获很多，很多同学毕业后都走上了光伏工程师的工作岗位，仅去年就有近20%的毕业生从事光伏产业。近3年来，学生累计提交课程论文100余篇，动手制作太阳电池片30余片，开发太阳能电池实验装置80余套，参加校级、省级、部级学生创新课题10余项，发表SCI、EI等科研论文4篇，申请国家创新专利6项。上述众多成果表明，《太阳能电池》课程的开设，不仅可以促进应用物理专业学生的就业，还可激发学生的学习兴趣，有助于科研工作的开展，培养学生的创新精神。
参考文献：
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[5]金韦利，姜礼华.非晶硅薄膜太阳电池应用分析[J].太阳能，2010，（7）.
作者简介：张开骁，河海大学理学院，江苏南京 210098
论文摘要：从技术创新生态系统的定义出发，阐述其特征与功能结构，并由此发展出全球化自然生态系统的概念，阐述其特征结构与实施必要性。并在当前提倡低碳社会的背景下，以太阳能产业为例，对GIES环境下的我国太阳能产业发展进行分析，并提出建议。
1、创新生态系统
创新是指以科学技术为基础创造出新型的经济价值和社会价值。为了强化国际竞争力，解决地球规模的问题，就必须将科学知识、技术、手段转化为经济和社会层面的价值，其原动力即为创新。在创新的过程中，构思设想于各阶段间循环反馈发展进化，将牵涉到大量的经济要素与社会要素，具有复杂性和不确定性。这种综合性的复杂系统表现为创新生态系统。
创新生态系统是"面向客户需求、协作R&D、知识产权许可、技术标准合作、战略联盟"为核心的基于构件模块的知识异化、共存共生、协同进化的创新体系，具有类似自然生态系统的基本特征。
创新生态系统的结构，由起点的研发理论，战略构想为基础，通过大学，企业，学术机构等各领域的研究开发，确立创新思维体系的核心部分。而创新思维的实证，则在各式各样的创新型网络相互作用的"场"内进行。创新型网络是围绕创新思维形成的各种正式与非正式协作关系的总结构，连同各种各样的经济要素和社会要素形成了"场"。在网络化的"场"中，人才，资金，情报等创新要素相互作用，促进创新的进程，同时相应的"场"也随之变化。即在动态变化的"场"中进行创新过程。
2、全球化创新生态系统的结构
2.1通过创新生态系统解决全球化问题
在全球化进程加速和愈演愈烈的国际竞争背景下，各个国家为了维持自身发展，争相推进国家创新生态系统（National Innovation Ecosystem，NIES）的结构扩展。为了解决全球性问题，实现可持续发展的目标，各国的创新生态系统推广到国家所在地域范围，进一步推广到全球层面，构筑全球化创新生态系统，成了当务之急。
2.2全球化创新生态系统的框架结构
全球化创新生态系统（Global Innovation EcoSystem，GIES）不局限于各国国内，在世界规模的系统环境下，科学技术、市场、社会、人才、制度、资金等积极地相互作用，积极推进国际性的生态系统结构的形成，实现社会和地球的可持续发展。
GIES主要由三方面的要素构成。
(1)"场"的推动要素，即科学技术、市场和社会。
(2)"场"的构成要素，即人才、制度、资金。
(3)"场"的构成要素的调整，国际协作框架下的公共部门以及企业部门。
三方面的要素相互作用，促成创新过程，通过对已有实例的分析，把握动态要素的活动方向，可以对GIES下的新型创新项目提供支持。
3、全球化创新生态系统环境下中国太阳能产业的发展动向
3.1 GIES环境下中国太阳能产业的不均衡问题
中国太阳能产业近几年来虽呈现出较快的发展势头，但发展速度依然缓慢，太阳能产业与市场间存在着巨大的不均衡，不符合可持续发展前提下的能源计划与环境产业的步调。总结起来，主要有以下两个方面：
国内太阳能市场的发展程度远低于产业自身发展，对中国能源产业产生不利因素的同时，也不利于维持太阳能产业的健康发展。太阳能产业的成长不仅需要一个良好的国际市场环境，更重要的是拥有一个良好的国内市场。国内市场的成长不仅为国内产业提供新的成长空间，还将解决非太阳能用电区域内的电力问题，对改善中国能源结构有着重要的意义。
研究开发能力和自主创新能力的脆弱。近年来，多数企业设置自身的研发中心，并与国内外的大学和科研机关进行紧密的合作，各级政府在太阳能的研究领域投入也明显加大。中国太阳能领域的科研能力不足，产学研交流不足的情况得到了一定的缓解。但是技术水平和人才培养结构的落后，中国太阳能产业的研发能力依然很薄弱，同时存在自主创新不足的问题。企业技术人才的明显不足，导致了对国际先进技术的消化，吸收和更新更加困难。在激烈的国际竞争氛围下，加速人才培养，提高中国自主创新能力是当务之急，也是重要的战略性任务。
3.2 GIES环境下对中国太阳能产业发展的建议
GIES是NIES基础上的逐步扩展，当前国际太阳能产业的高速发展带动了中国太阳能产业，给中国太阳能产业提供了一个良好的国际氛围。这也要求中国太阳能产业在拓展海外市场的同时，应该优先健全国内市场，积极调整国内市场结构，加强投入力度，加大政策扶持，以内在市场推动海外市场发展，真正成为太阳能产业的大国强国。所以，针对GIES环境下，中国太阳能产业提出以下建议：
强化太阳能发电的战略研究。集合专家学者对世界与中国的能源形势进行深入研究，准确捕捉世界太阳能发电的发展趋势和行进路线。据此规划中国太阳能发电产业的中长期科学发展计划，并且该计划与低碳社会和可持续发展的要求相一致。
强化支援太阳能发电技术，科学技术的进步是太阳能发电成本削减的重要因素之一，加大科技投入，加强中国太阳能技术力，加速太阳能成本的削减。重点支援多晶硅制造的核心技术开发，提高中国太阳能电池多晶硅制造技术水准。
建设部级的太阳能技术研究机构，提高中国太阳能自主研发能力。设立部级的太阳能技术研发机关，是提高中国自主研发能力的重要途径，从技术面和政策面上对太阳能发电技术和产业提供最直接的科学指导。
强化太阳能发电的宣传普及和教育，提高全民对太阳能发电的认识，同时应在大学等教育机构设立与太阳能相关联的专门学科，培养优秀人才。
强化太阳能技术的国际交流合作，尤其是在法制层面上，使中国太阳能发电的法律构造和体系健全化，强化中国太阳能发电相关法规以及实施细则的科学性和实用性。在科技，人才，资源和协议加强国际交流合作，不仅可以促进中国太阳能发电技术水平和产业水准的提高，同时也将对中国和世界的能源可持续发展和低碳社会建设做出积极的贡献。
4、结论
在全球性问题日益突出的今天，全球化创新生态系统寻求联合性的技术创新，产品交流，政策上的求同存异，推动世界市场的发展，解决社会问题。通过对太阳能产业发展动向的分析，根据先进国的动向发现中国太阳能产业尚存在的问题，结合GIES的诸要素基准，不断完善发展国内市场环境，使中国太阳能产业发展更加均衡，更加切合低碳社会和可持续发展的准则。
参考文献
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【5】李建海.太阳能的开发与我国的可持续发展(J).兰州教育学院学报2003.3:45-48.
【关键词】温室大棚；太阳能光伏技术；节能环保
0.引言
我国的光伏产业目前仍处在初级阶段，但近年来太阳能产业发展非常迅猛，特别是太阳能电池产品已成功进入欧洲市场。太阳能光伏技术也越来越多的应用于各个行业，大到工业，农业，国防，通信等领域，小至家居生活，光伏技术无处不在。而农业生产中光伏技术的应用还相对较少，传统农业温室大棚的能源方式：一是供暖炉，二是电网电能。这已远远不能满足现代农业生产高效，环保节能的理念，因此将太阳能光伏技术引入温室大棚控制系统是发展现代农业推动农业科技创新的必由之路。
1.太阳能光伏技术
目前太阳能发电主要有两种形式：一种是光热转换发电，二是光伏发电（Photovoltaic Generation，PV）。太阳能光伏发电是通过太阳能电池的福特效应直接将光能转化为电能过程。优点是不需燃料，无污染，节能、安全、无噪音、容易获取。近年来，在太阳能有效利用中太阳能光伏发电式发展最快最具活力的一种。
1.1太阳能光伏系统的应用领域及特点
太阳能是一种环保清洁的能源，我国的太阳能资源非常丰富，多数地区平均日照射量在4kwh/m2以上，地区可达7kwh/m2。我国的光伏技术应用还处于初级阶段，太阳能主要应用于太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电，太阳能卫星电池，太阳能路灯等。
太阳能光伏系统的特点：
优点：
（1）普遍性：是指太阳能在地球上随处都有，没有地域限制且不用开采运输。
（2）环保性：是指太阳能无毒，无害，清洁、绿色、环保，对于环境污染日趋严重的中国，是一种宝贵的资源。
（3）充裕性：太阳能每年到达地球的辐射量非常的充裕，相当于130亿万吨煤所产生的能量。
（4）长久性：科学家根据目前太阳产生的核能速率估算，太阳能的储量足够维持上百十亿年，地球的寿命也达几十亿年，对于地球人来讲太阳能的时间是长久的，无限期的。
（5）前瞻性：对于愈来愈枯竭的地球能源，太阳能无疑是最具开发潜力的绿色环保能源之一，从能源开发的意义上来讲太阳能的开发更具有可持续性和前瞻性。
缺点：
（1）分布零散：太阳能在地球表面每年的辐射量很大，但分布广，密度小，所以利用率低。
（2）稳定性差：太阳能的强弱容易受天气因素及昼夜交替的影响，所以稳定性较差。
（3）转换效率低，应用成本高：受材料和技术水平限制，多数太阳能产品转换率低，从而增加了其应用的成本，经济性一直是困扰太阳能普及的重要因素。
1.2太阳能光伏系统性能与组成
每个太阳能基片都是一个光电二极管，光伏发电是利用半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能的一种形式。而第一个使用的单晶硅光伏电池（Solar Cell），是美国人在1956年研制成功的，从此就有了光伏发电技术。
太阳能光伏发电系统分为独立（离网）太阳能光伏发电系统和并网太阳能发电系统。独立太阳能发电系统是由光伏电池板，控制器和电能存储部件及逆变器组成的发电与电能变换系统。而并网太阳能发电系统，除了上述组件外还必须有并网逆变器与国家电网并网。
（1）独立太阳能发电系统的系统如下图1示：
（2）太阳能并网发电系统如图2所示：
图2 并网太阳能发电系统结构框图
其中光伏电池板第一代产品是由硅片为基础的光电转换系统，为了提高太阳能电池光转换效率，降低光伏电池生产成本，相继出现了基于薄膜技术的第二代光伏电池产品，这种产品使用很薄的光电材料附着在非硅材料的衬底上，降低了生产成本，适合于批量生产；进而第三代太阳能电池产品也将问世，它是以先进薄膜制造技术为基础的理论极限光电转化效率可达93%。主要有量子点、多层多结、染料敏化的太阳能电池、有机聚合物电池、纳米电池等。
电能储存部件主要是指太阳能蓄电池，太阳能蓄电池一般采用铅酸电池，常用的有DC12V，DC24V，DC48V三种，在微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。蓄电池的主要作用是在有光照时将光能由太阳能电池板转换成电能储存起来，以备使用。
太阳能控制器主要对太阳能基板输出的电能进行调节和控制，把调整后电能分为两个途径输送，一方面直接送往直流负载或交流负载，另一方面将剩余能量送往蓄电池组储存，当太阳能基板发出的电能不能满足负载需要时，太阳能控制器便将蓄电池中储存的电能量送往负载。
太阳能光伏逆变器是光伏发电系统的核心设备之一，也称为DC-AC逆变器。在太阳能光伏发电系统中，可将太阳能通过太阳电池转化为DC12V、DC24V、DC48V的直流电能，通过光伏逆变器中的功率变换及控制系统转化为符合电网电能质量要求的110V或220V交流电。太阳能逆变器可分为DC-AC和DC-DC两种，可将太阳电池性能最大限度地发挥，并为系统提供强有力的保护功能。太阳能并网逆变器是光伏发电系统与国家电网并网的核心部件。
2.太阳能光伏系统在温室大棚控制系统的设计方案
2.1太阳能光伏技术在温室大棚控制系统中应用设计的背景和可行性
日本、美国、荷兰、以色列等国外农业设施栽培综合环境控制技术较先进的几个国家， 由于其地理位置、自然环境和经济基础不同， 其发展的侧重点也不同。
目前我国农业正处于从传统型农业向优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。要发展具有我国特色的温室自动控制系统，充分发挥温室农业的高效性，必须综合应用各种现代化控制和管理技术，通过各项设施的有效运作给温室栽培物创造最适宜的环境条件，最大限度的减少外界不利环境和气候条件对农业生产的影响， 获得作物最佳生长条件， 从而达到增加作物产量、改善品质、延长生长季节的目的。而面对现代社会能源日益枯竭的现实状况，开发利用新型能源已成为农业生产可持续发展的基本保障方式之一。
本设计针对中国北方天气干旱、日照时间充足的特点，将太阳能光伏技术引入农业温室大棚系统设计中，不仅可以解决系统的部分能源问题，而且可以提高现代农业生产的绿色、高效、节能环保进程。目前我国有些省份已经在一些地方率先使用太阳能并网发电系统，如无锡机场800kW屋顶光伏并网系统工程，镇江、丹江两个城市的2个4KW光伏并网系统等。从系统的可行性方面来讲，首先，中国是个农业大国，这种新型能源的在现代农业生产中的推广使用，将会为国家节省大量的资源；其次，中国的光伏技术近年来发展迅猛，光伏技术日趋成熟；第三，光伏技术在农业温室控制系统的应用，将能有效推动高效环保现代农业生产。第四，温室大棚多建在光照充足的区域，屋顶平坦，便于安装且空间充裕。
2.2光伏技术在温室大棚控制系统中的设计方案
2.2.1系统总体设计思路
本系统设计是基于PLC控制的农业温室大棚控制系统，通过PLC对温室中作物生长的环境因子光照、湿度、温度、CO2浓度等进行调节和影响，从而达到不同农作物生长所要求的环境条件。系统的输入控制因素主要是传感器所测试的光照、湿度、温度及CO2浓度，通过系统运算驱动执行机构动作（喷淋系统、遮阳网、补温系统控制、CO2补气控制、补光灯控制及通风系统控制等）来达到控制的目的。温室系统控制结构如图3所示：
2.2.2 温室能源系统创新设计
传统的温室设计系统，所有的电能均由系统电网供给。本设计将传统单一的电网能源供给，变为太能阳能光伏并网发电的形式，当阳光充足时，系统的电能有光伏发电系统供给，当夜晚、阴天光照不充足时，电网中的电能通过并网逆变器和控制器自动补给系统。系统设计拟用太阳能电池板、太阳能控制器和并网逆变器组成并网太阳能发电系统。并网逆变器同时兼有控制器和系统保护的功能。因为并网太阳能发电系统中蓄电池几乎不用，所以系统没有选用蓄电池。设计思路结构图如图4所示：
图4 温室光伏发电系统与控制系统结构图
光照充足时光伏发电系统产生的电能充足，逆变器自动给温室控制系统PLC及上位机、温室系统的传感系统（温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器等）、温室系统执行机构（遮阳帘、天窗、风扇、补光系统等）提供电能，因为系统是按照所有执行机构同时工作时的最大功率设计的，在同一时刻不是所有机构都同时工作，此时多余的电能由并网逆变器送给输电网；当光照不充足时，并网逆变器自动转换，系统将从电网中使用电能，此时转为电网供电状态。
3.结论
经过对北京农业科技学院的农业科技园和西北农林科技大学新天地设施农业开发有新公司的农业科技园的参观考察，获悉这些大棚系统设计均采用现代化先进的控制技术，设计理念新，工艺成熟，能源多采用输电网供给模式，设计中均未将光伏技术引入农业大棚生产中，其中最大的原因是成本太高。近年来，我国太阳能电池生产日趋成熟，二代、三代产品的相继问世，是太阳能电池的生产成本大大降低，但控制器和逆变器的生产技术尚不成熟，要实现高效的转换率，控制器和逆变器仍主要依靠进口。经过对国内外温室控制系统研究分析，结合现代农业高效清洁的理念，本设计有利于推动我国农业生产对清洁、环保能源的开发和利用，符合绿色、高效农业的先进生产理念。光伏太阳能技术以其永久性、清洁性和普遍性，必将成为我国现代农业生产的必由之路。
【参考文献】
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【关键词】 太阳能光伏发电 应用价值 优越性 独立光伏发电
改革开放以来，我国的经济建设取得了举世瞩目的发展成就，然而也面临着严重的资源短缺问题，目前，太阳能技术已经成为未来新能源发展的研究重点。我国的太阳能储量巨大、分布范围广泛，不仅能够满足能源节约的技术需求，而且有利于促进资源的循环利用。当前我国的太阳能光伏发电仍处于起步阶段，与发达国家有着较大的差距，因此对太阳能光伏发电应用价值及相关技术问题的探讨有着重要的实践意义与应用价值。
1 太阳能光伏发电概述
1.1 太阳能光伏发电原理
近年来，光伏发电技术在我国各个行业中得到了广泛地应用。其主要利用了光生伏特效原理，在太阳能电池的作用下，将太阳光经过一系列的转化处理形成电能，进而实现供电。光伏发电技术主要包括太阳能电池板、控制器以及逆变器等多个部件，不仅能够独立使用发电，而且能够通过并网完成发电。组成光伏发电的各部分元件均为精良设备，稳定性比较强，拥有较长的使用使命，为安装与维护工作提供了极大的便利。与此同时，光伏发电技术在任何电源场合中均能够发挥其功能与作用。通常在光伏发电过程中，最基本的元件为太阳能电池。随着太阳能光伏发电技术的不断推广、应用，目前市场上拥有多种类型的太阳能电池，比较常见的有单晶、多晶用量。一般情况下仅有小部分计算机辅助电源中所用的是非晶电池。光伏组件通常由1个或多个太阳能电池片构成，形成一个完整的太阳能电池板。
1.2 太阳能光伏发电的优缺点
与常规的发电系统相比，太阳能光伏发电体现出了明显的优越性。首先该发电方式主要利用太阳能资源完成发电，不仅具有一定的安全性，而且对环境无任何破坏作用，太阳能发电全程中不会产生噪声，且太阳能资源属于可再生资源，能够降低对资源的浪费，有效解决目前存在的资源危机。其次采用太阳能发电，能够打破资源分布地域的限制，在发电过程中利用建筑屋面，无需消耗任何燃料。另外在这种发电模式下，无需进行传统的输电线路架构工程，降低了能源利用的资金与人力投入。太阳能能源质量高，便于进行更深入的建设与发展。通常在较短的时间内便能够获取到一定的太阳能资源，其在社会中有着较高的认可度。然而，太阳能光伏发电也存在一定本身的缺陷。首先，季节、天气等气象条件的变化会在一定程度上影响到太阳能光伏发电的使用效率。另外，太阳能照射能源的整体分布密度较小，在发电过程中对空间面积有着较高的要求。
2 太阳能光伏发电在我国的应用价值
近年来，我国以丰富的太阳能资源成为光伏产业大国。据有关调查资料显示，目前我国光伏企业所产的太阳电池占领全球市场份额的50%左右，然而其中约98%太阳电池销往世界各地，仅有小部分在国内市场销售，可见当前我国的太阳能光伏发电的发展情况。近年来，太阳能光伏发电在通信、工业以及边缘地区得到了有效的应用，首先，其在通信与工业领域中的应用主要体现在光缆通信系统、卫星通信、铁路信号系统、灯塔、地震台站、水文观测等系统的构建。其次目前农村与边远山区普遍建立了太阳能照明灯、太阳能水泵等，有效解决了边远地区的用电问题。另外目前市场上还出现了大量了以太阳能为核心的玩具、手表、电动汽车等，太阳能光伏发电在我国的应用价值得到了深刻的体现。太阳能发电有着广阔的发展前景。太阳辐射到地球表面的能量十分巨大，相当于目前全世界一年能源总消耗量的 3.5 万倍。从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。据预测，到2030年太阳能光伏发电在世界总电力的供应中将达到10%以上；2040年太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末太阳能发电将占到60%以上，显示出重要战略地位。
3 太阳能光伏发电的相关技术探讨
3.1 太阳能电池技术
作为太阳能光伏发电系统的重要组成部分，光伏电池的光电转换效率以及生产成本是目前太阳能电池技术面临的两个重要问题。第一代光伏电池尽管已经达到成熟阶段，然而由于成本较高，并未在市场中推广开来。第二代光伏电池采用了薄膜技术，不仅降低了对半导体材料的消耗，而且有利于实现大批量的自动化生产，节约了生产成本。国际上所开发的第二代电池组件效率达到10%以上，使用寿命延长至15年，无论从使用性能还是生产成本方面均得到了较大的提升。目前研究者已经将目光投向了第三代太阳能电池的研究，力图将光电转换效率提升至93%以上，主要涉及到量子点、有机聚合物电池、纳米结构电池等，有着广阔的应用前景。
3.2 聚光光伏技术
聚光光伏技术能够将太阳光聚集到一定面积的聚光电池上，增强太阳辐射的能量密度，而且采用价格低廉的聚光器代替价格相对较高的太阳能电池，降低太阳能光伏发电的整体运行成本。作为聚光光伏技术的重要组成部件，热光伏聚光器类型多样。通常太阳将辐射器加到高温，实现光热之间的有效转换，然后辐射器再将辐射反送到太阳电池，实现光电转换。目前我国已经研制出了“4倍聚光+跟踪”光伏发电技术，兼顾廉价、高效、轻巧等多种优越性。
3.3 孤岛效应检测技术
孤岛效应检测技术是太阳能光伏发电技术的核心。当电网受电气故障、停电维修等多种因素影响出现断电时，自给供电孤岛的光伏并网发电系统仍能够提供负载供电，保障用电功能的实现。光伏并网发电的孤岛运行状态往往存在着较大的安全隐患，其电压与频率具有不稳定性，且无法实现控制，容易损坏设备，因此可实施孤岛效应检测。检测方法主要包括被动式与主动式两种，前者多用于负载功率稳定、与逆变器输出不匹配的场合；后者则多用于电网故障场合。
4 结语
目前，太阳能光伏发电以其可再生、能源质量高、清洁环保等特点成为世界各国研究的重点，必须加强对太阳能光伏发电技术的优化、改进，扩大其在国内的应用范围，推动我国可再生能源利用的有效发展。
参考文献：
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