关于光伏发电的报告

一、立项的背景和意义

目前，太阳能发电已经进入技术成熟、能够大规模推广的阶段。其中，日本已成为世界光伏发电的先导，2003年底总计安装887兆瓦，该国光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本；2004年，德国新安装的并网光伏发电系统大约200兆瓦，总销售额超过10亿欧元，就业人数约15000人.统计资料显示，世界光伏发电从1998 年的154.9兆瓦增加到2003年的742.28兆瓦，年平均增长率为36.8%。2004年，全球的光伏组件产量是7年前的10倍。如今，无论是日本、德国，还是美国、意大利，光伏发电都已实现了并网发电，数以千计的办公大楼、实验室和数以万计的居民，在享用着稳定可靠、无污染、无噪音、无任何废料排出的太阳能电力。可见，在国外，太阳能发电已经在不断普及，利用太阳能发电是今后发达国家主要电力来源

我国太阳能光伏发电产业近几年发展较快，但总体规模较小，2002年太阳电池产量约5MW，累计装机容量达25MW，不到世界的1％，为配合西部大开发，我国政府实施了“阳光计划”、“乘风计划”和“光明工程”等，正在尝试利用太阳能发电和风力发电为解决西部广大无电地区农牧民生活生产用电。我国的南开大学对太阳光伏发电进行了多年研究，并于2004年6月建成了教学科研用的电站，上海浦东也在不久前建成了一个光伏发电站。由此可见，我国的太阳发电技术的应用刚刚开始起步。

在不久的将来，太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控制成为可能。

二、国内外研究现状和发展趋势

并网发电是太阳能光伏利用的发展趋势。

光伏发电有离网和并网两种工作方式。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于离网型用户。但是近年来，光伏产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进，太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可将是下一代“替代能源”。

1998年7月6日~10日在奥地利维也纳召开的“第二届国际太阳能光伏会议”上，有关光伏发电的论文共313篇，其中专门论述“光伏并网发电系统”的论文竟达161篇，占论文总数的51.44%，由此也可窥见一斑，光伏并网发电系统的研究已经成为世界之热点和需要，表明太阳能并网发电技术己经进入了一个新的历史阶段，它同时也是光伏发电领域研究的前沿。

光伏发电的这种迅猛发展是必然的，只有进入电力系统的规模应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极的作用。同时，光伏产业的规模发展还将为社会提供可观的社会就业机会。

三、项目主要研究开发内容、技术关键及主要创新点

主要研究开发内容：针对传统汇流箱的缺点，添加单片机及液晶显示屏显示系统进行智

能化管理，掌握电力线载波技术，构建新的光伏电站架构，实现通过电力线载波对智能汇流箱及整个电站运行情况的掌握，降低因阴影、污点等造成的电池组件的热斑问题。实现智能汇流箱对光伏组件的监控及电力线载波技术的算法。

光伏阵列防雷汇流箱具有以下特点：

1、 采用DSP等芯片，抗干扰，性能强，检测准确，性能可靠。 2、 电脑监控软件带数据库，可以长期保存数据。

3、 正负都具有高电压防反二级管，可防止输入回路之间的干扰。

4、 通过RS485/233进行PC数据交换，可以与多台汇流箱串联由一台电脑监控，可以支持多台汇流箱的监控。

5、 满足室外安装的使用要求。

6、 同时可接入4路，8路，16路光伏阵列，每路配16A,1000Vdc保险丝（可更换其他等级） 7、 配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能 8、 对输入阵列进行电流监控，本机可选配LCD液晶显示及通过RS485与电脑连接进行监控可监控每路的电压，电流，及总的电压，电流，功率输出。

四、项目预期目标（主要技术经济指标、社会效益、技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况）

1、 经济效益

在目前国家有关部门制订的“十五”科技攻关项目中，大功率光伏并网发电系统列于其中，这意味着国家对光伏并网发电系统的应用前景十分有信心。

通过“十五”科技攻关，我国可以掌握光伏并网发电中的技术关键，克服生产开发中的技术障碍，这将有利于光伏发电市场的进一步扩大。如果中国的光伏并网发电的市场份额也能达到国际上的50%，则可以大大改变目前国内光伏发电市场供大于求的被动局面，使生产力得到充分发挥。到“十五”末，全国太阳电池的年产量可望超过20MW，太阳电池及其发电系统的年销售额将达到12亿元，年创利税近2亿元。

通过“十五”攻关而掌握的光伏并网发电系统中的关键技术，具有自主知识产权，有利于国内相关产品的产业化发展，有利于提高国内光伏企业在这个领域中的世界竞争能力和提高企业效益。

应用光伏并网发电市场在世界和在中国都将会有很大的增长。在未来将获得更高的经济效益。

2、社会效益

光伏发电和其它可再生能源的资源不受限制，取之不尽，用之不竭。可再生能源的大规模应用，可以节约常规能源，达到可持续发展的目的。

光伏并网发电系统的大规模应用有助于改善电网质量，加强电网的调峰能力，抗灾害能力和电网的延伸能力，是未来中心电站向分布式电站模式过渡的必不可少的组成部分。 光伏并网发电在城市中的人规模应用，有利于提高全民的能源节约和环境保护意识，提高政府和民众对光伏产业的认知度和认同度。

光伏产业的发展有利于增加就业机会，稳定社会。

3、技术应用

太阳电池技术大致可以分为三代：第一代是晶体硅太阳电池，包括单晶硅、多晶硅太阳电池；第二代是半导体薄膜太阳电池，包括非晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒；第三代是新型太阳电池，包括染料敏化、宽光谱、叠层多结、量子点/纳米、有机电池等多种新概念电池。太阳电池研究的挑战在于效率、成本、寿命等三方面的共同进步。全世界正掀起探索高效率低成本太阳能技术热潮。

此外对于高效晶体硅太阳电池，通过研究硼扩散背场技术双扩散技术、刻槽化学镀技术、双面钝化技术，实现高效率的晶体硅太阳电池的制备。同时在技术水平和提高效率降低成本等方面都仍有上升空间。

光伏逆变器：逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。当然，这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。

逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）。

光伏发电有离网和并网两种工作方式。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于离网型用户。但是近年来，光伏产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进，太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可将是下一代“替代能源”。

4、发展前景

光伏发电有离网和并网两种工作方式。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于离网型用户。但是近年来，光伏产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进，太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可将是下一代“替代能源”。

光伏发电的这种迅猛发展是必然的，只有进入电力系统的规模应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极的作用。

5、自主知识产权 到目前为止，我国光伏并网发电的关键技术及设备仍主要来自进口，但面对如此巨大的国内需要，脚踏实地地发展具有自我知识产权的相关高技术，进而实现其产业化，已是刻不容缓的事。

我国太阳能电池专利总体状况分析：整体专利发明比例超过50%，国内低于世界整体水平。

截止到国家知识产权局2006年12月31日公开的数据，本次共检索到太阳能电池及其组件专利共2391条，其中发明专利1199件，实用新型1147件，外观设计45件，分别占申请总量的50.15%、47.97%和1.88%。整体申请基本为发明和实用新型，发明专利申请数量稍

占优，外观设计最少。这与太阳能电池特点和技术发展情况足吻合的。太阳能电池是一项技术难度较大的产品，发现光生伏打现象一个多世纪后，才由美国贝尔实验室研制出首枚可实用太阳能电池。近年来，太阳能电池的研究点集中在寻找和引入新制作材料上，以提高和稳定光电转换效率，以美感为目的的构造设计则很少关注。

值得一提的足，国内的发明专利共525件，占发明总量的28.19%，其余70%左右均为国外申请人申请；实用新型共1122件，占实用新型申请总量的97.82%，国外仅申请了2件实用新型专利；外观设计专利共40件，占外观设计申请总量的88.89%。从表1可以看出，国内的发明比例仅为31.12%，比50.15%的总体发明比例低近20个百分点，实用新型比例则比总体比例高近20个百分点，外观设计比例也相对偏高。

五、实施方案、技术路线

监控方案：

监控系统主要由直流防雷汇流箱输出模拟信号来实现，输出信号经智能系统分析运算再与pc进行通信，完成数据采集和工作状态的记录和检测。并反馈到光伏阵列中，进行适当调节。通过pc与Internet相连，在任何可以连接Internet 的地方都可以显示电站的运行情况，并提供年、月、日的运行报告。通过这些设备采集的数据，可以掌握系统的运行情况，大大方便了系统维护工作。 通信技术：

将采集好的数据通过RS232 传入近端编码装置，编写算法进行编码，通过一些逻辑时序部件进行输出到电力线路当中，载波到远程控制端，在远程控制端设立相同装置进行译码，读入RS232，与电脑连接，将数据传入电脑，编写相关软件，进行数据的采集和监测，软件和数据库连接，可以将数据保存。

电力载波技术在高压输电线上已经很成熟，因为高压输电线上干扰比较少，电线上相对，先将数据调制到高频载波上，经功率放大后耦合到电力线上。此高频信号经电力线路传输到接收方，接收机通过耦合电路将高频信号分离，滤去干扰信号后放大，再经解调电路还原成二进制数字信号。