迎接太陽光伏能源的嶄新黎明

近些年來，在世界范圍內(nèi)的政治和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，人們對可再生能源態(tài)度的關(guān)注日益增加。雖然在去年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)中，很多可再生能源項(xiàng)目被削減，但是太陽能設(shè)備未來幾年的安裝增長率預(yù)計(jì)可能在30%～40%之間（如圖1所示）。

圖1 太陽能安裝市場增長預(yù)期

這種增長將包括整個(gè)供電領(lǐng)域，從巨大的兆瓦級中心發(fā)電站到遍及全球的住宅屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)。太陽能電池單體和功率電子器件的效率正不斷地攀升。同時(shí)，新型的系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)和器件也持續(xù)將太陽能發(fā)電系統(tǒng)的性能提高到新的水平。

到目前為止，卓越的太陽能電池單體材料是單晶硅pn結(jié)單體（如圖2所示）。這是可以廣泛獲得的材料，而且能夠在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中取得成本和效率之間的折中。高功率的聚能器系統(tǒng)可以選擇使用效率高達(dá)25%的多結(jié)單體，但成本比較高。而低端系統(tǒng)可以選擇效率比較低的多晶或薄膜系統(tǒng)，但制造成本卻非常吸引人。

圖2 卓越的太陽能電池單體材料是單晶硅pn結(jié)

常規(guī)太陽能電池技術(shù)
典型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括兩個(gè)功率單元（如圖3所示），前端單元是升壓轉(zhuǎn)換器，可以將太陽能面板輸出的電壓提升到直流總線電壓，該電壓必須足夠高以經(jīng)過逆變器輸出到線路。

圖3 常規(guī)太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括兩個(gè)功率單元

這個(gè)系統(tǒng)的輸入電源是太陽能電池單體陣列，它可能是一個(gè)平板、一串平板，或并聯(lián)和串聯(lián)在一起的組合平板。每個(gè)平板通常產(chǎn)生50～60V的電壓，然后串聯(lián)到一起來達(dá)到升壓轉(zhuǎn)換器所期望的直流電壓。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)也具有一種最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking：MPPT）機(jī)制。任何太陽能電池單體或串聯(lián)的電池單體都具有功率最大時(shí)的輸出電壓，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，電流不會(huì)增加以補(bǔ)償功率的恒定，否則，電壓升高時(shí)電流就會(huì)降落得太快。這就需要有一個(gè)計(jì)算單元用于計(jì)算電壓和電流的乘積，并確定其最大功率點(diǎn)，以此控制輸出電壓達(dá)到該值。

在串連的電池單體中，輸出電流是由串聯(lián)鏈路中輸出電流最低的那塊單體決定的。如果光照亮度發(fā)生變化，或者任何一個(gè)電池單體被部分遮擋了或變得透光不強(qiáng)了，所有其他電池單體的輸出電流也都將受到限制，從而使輸出達(dá)不到峰值功率。

有許多種方法可以彌補(bǔ)這種情況，完全依賴太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型。在大型的中心發(fā)電站，電池單體通常排列在沒有遮擋的開放區(qū)域，甚至?xí)粉櫶栐谔炜盏慕嵌龋瑏碓谌魏螘r(shí)候都能夠維持最大的直接光照。

然而，在稍微小一些的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池陣列能夠以不同的角度重新排列來獲得最大最直接的光照。在這種情況下，整個(gè)陣列被劃分為不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可以獨(dú)立工作，它們輸出的直流電壓可以疊加。控制器能夠?qū)㈦娏鬏斎氲捷敵龉β瘦^低的區(qū)域來平衡和優(yōu)化整個(gè)太陽能電池陣列的輸出電流。