太陽能光伏發電基本原理

1. 太陽能光伏發電系統的組成

太陽能光伏發電系統主要由太陽能光伏電池包，光伏系統電池控制器，蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。其中的核心元件是光伏電池包和控制器。各部件在系統中的作用是：

光伏電池：光電轉換。

控制器：作用于整個系統的過程控制。光伏發電系統中使用的控制器類型很多，如2點式控制器，多路順序控制器、智能控制器、大功率跟蹤充電控制器等，我國目前使用的大都是簡單設計的控制器，智能型控制器僅用于通信系統和較大型的光伏電站。

蓄電池：蓄電池是光伏發電系統中的關鍵部件，用于存儲從光伏電池轉換來的電力。目前我國還沒有用于光伏系統的專用蓄電池，而是使用常規的鉛酸電池。

交直流逆變器：由于它的功能是交直流轉換，因此這個部件最緊要的指標是可靠性和轉換效率。并網逆變器采用最大功率跟蹤技術，最大限度地把光伏電池轉換的電能送入電網。

2.太陽能光伏電池板：

太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中，推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱（*）。也就是通常所說的光生伏特效應原理。目前光電轉換的效率，也就是光伏電池效率約莫是單晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。

1839年，法國物理學家A．E．Becquerel在試驗室中發現液體的光生伏特效應（由光照射在液體蓄電池的金屬電極板上使得蓄電池電路中的伏特表萌生微弱變化）至今，在所有能找到的材料中，由單晶硅做成的P-N結光伏電池是光電轉換效率最高的材料。

　　3.太陽能光伏發電系統的分類：

目前太陽能光伏發電系統大致可分為三類，離網光伏蓄電系統，光伏并網發電系統及前兩者混合系統。

A）離網光伏蓄電系統。這是一種常見的太陽能使用方式。在國內外使用已有若干年。系統比較簡單，而且適應性廣。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護困難而限制了使用范圍。

B）光伏并網發電系統，當用電負荷較大時，太陽能電力不足就向市電購電。而負荷較小時，或用不完電力時，就可將多余的電力賣給市電。在背靠電網的前提下，該系統省掉了蓄電池，從而擴張了使用的范圍和靈活性，并降低了造價。

C）A, B兩者混合系統，這是介于上述兩個方之間的系統。該方案有較強的適應性，例如可以依據電網的峰谷電價來調整自身的發電策略。但是其造價和運行成本較上述兩種方案高。

光伏產業投資焦點應聚集在薄膜光伏電池范疇

新能源板塊短期面臨估值偏高的窘境全球光伏產業維持熱絡，薄膜光伏電池地位崛起

依據Solarbuzz最新數據，07年全球光伏系統裝置容量達2826MW，較06年大增62%，其中德國07年光伏系統裝置容量達1328MW(占比高達47%)占居第一位，增速為38%，其次是西班牙的640MW(占比達23%)，增速為480%，美國為220MW(占比為8%)，增速為57%，日本市場占比繼續下降，07年裝置容量僅230MW(占比8%)，衰退了22%。

07年全球太陽能電池產量達到3436MW，較06年增長了56%，中國廠商07年市占率由06年的20%提升至35%，而日本廠商市占率則由06年的39%下滑至26%，日本廠商市占率下滑除了受到上游硅料供應吃緊及日本本土市場光伏系統裝置容量下降等因素影響之外，日系廠商開始布局下一世代薄膜太陽能電池范疇發展也有相當大的關系。

07年薄膜太陽能電池產量(包括a-Si、μc-Si、CdTe、CIGS等技術)增速繼續超越整體產業，07年薄膜太陽能電池產量達到400MW，較06年的181MW大幅增長了120%，07年薄膜太陽能電池市占率由06年的8.2%提升至07年的12%，在上游硅料供應繼續吃緊下，薄膜太陽能電池透過電池轉換效率進一步提升以及大面積加工的成本優點，其市占率有進一步提升空間。

投資焦點應轉往薄膜光伏電池范疇做發掘

目前晶體硅光伏電池產業呈現上肥下瘦的狀況，中下游電池模塊廠利潤率繼續萎縮，更多的光伏電池廠已轉往發展薄膜光伏電池技術，目前國內廠商在上游硅料的擴充計劃將來將面臨較大的產能去化疑慮，我們提議光伏產業投資焦點應當轉往薄膜電池范疇去做發掘，我們目前看好孚日股份(002083.SZ, Rmb14.58,未評級)的CIGSSe光伏電池項目。

電子科技集團第十八所解密神七太陽能電池陣

每當飛船發射進入到星箭分離狀態時，我與同事們的心都會‘提到嗓子眼兒’，耳朵支棱著，直到聽見指導控制室傳來‘電池帆板展開！工作正常’的口令，才大出一口氣，然后抱在一起跳著歡呼著，那個喜慶勁兒沒嗎能比。在中國電子科技集團公司第十八所一間簡陋的辦公室里，空間總體室主任、航天電源系統專家韓振森繪聲繪色地向記者描述他們與神舟號系列飛船的不解之緣，話語中蘊含著一種至愛深情。

從第一顆人造地球衛星到今天的神舟七號飛船，十八所一直擔負尖端科研項目——太陽能電池陣的研制加工裝配，為中國步入航天強國制造著源源動力。

電池之于飛船，好比血液之于人

十八所主要負責飛船的電力系統，在載人航天工程七大系統中，它是飛船系統的分系統。它的要害程度怎么說都不過分，就好比人的血液，這個系統不靈，飛船就飛不動。從事二十多年電池科研工作的韓振森一直試圖以通俗的語言，講解艱深的技術名詞。從神舟一號到神舟七號，十八所共為神舟飛船加工和提供了80塊太陽能電池板。這些電池板在飛船進入軌道后展開，像一雙翅膀，保證飛船正常飛行。這雙翅膀在太陽角計、光敏傳感器的自動調節下，始終跟著太陽走，無論飛船飛行姿態嗎樣兒，這雙翅膀都與太陽保持垂直角，讓光直射到電池陣，這樣光強最大。電池陣像發電機一樣，把光能轉換成電能，源源不斷地輸送到飛船中的其它系統。飛船在軌運行時，太陽能電池陣是飛船唯一主動提供能源的子系統。

之所以稱陣，是因為集合了幾大單元。其中供電陣為飛船筆直供電，充電陣為蓄電池包充電。在陰影區，蓄電池包再將儲存的電能輸出為飛船供電。太陽能電池陣是飛船電能的筆直來源，沒有它，飛船就無法工作。

神七與神六電池陣完全相同

神七是中國載人航天工程二期工程的第一條飛船。此行太空，主要任務之一便是實現中國航天員首次太空行走，而且同時搭載3名航天員，因此，對各系統的設計提出了很高的要求。韓振森解釋說，主電源太陽能電池陣是電源分系統主要部件之一，飛船光照時提供負載電能，同時給蓄電池包充電。這一次任務，太陽能電池陣沒有設留軌電源，主電源8塊板的技術標準與神六完全相同。

韓振森在一張紙上畫出飛船草圖，持續講解：大家在電視上看到的兩個翅膀，就是主電源太陽能電池陣的左右兩翼帆板。

從電視轉播中，我們能看到電池板上密密麻麻的小方塊，那有哪些元件？韓振森解釋，那是單晶硅高效單體電池，整個飛船上共使用一萬多片，光電轉換效率和布片系數達到國際同類產品先進水平。

韓振森透露，神七太陽能電池陣的材料工藝水平也達到了國際領先水平。這種材料非常非常先進，完全能應對太空中的復雜環境。這是中國航天技術上的一大沖破。

伴飛衛星也有奇妙電池

這次神七太空之旅有兩大亮點，一是航天員出艙行走，二是放飛伴飛衛星。這顆衛星上的電池也由十八所研制。

韓振森解析，伴飛衛星星體結構為六面體，其中五個面粘貼太陽能電池，科研人員選用了轉換效率較高的三結砷化鎵太陽能電池作為基本發電單元，單體電池均勻光電轉換效率達27%，是我國首次將此類電池批量使用于衛星工程。SZ-7飛船微小伴隨衛星將來的在軌運行數據，將為載人航天二期工程三結砷化鎵電池的使用提供珍貴的在軌飛行數據。

地面關閉訓練有模擬供電設備

除了保障飛船在軌飛行的電力外，十八所還承擔了飛船在地面期間的全部供電工作，設計研制了地面模擬供電設備。這也是神七電力保障系統的奇妙之處。

航天員關閉訓練時，要模擬太空飛行的各種狀態，以適應太空環境。供電系統也要同步模擬，而且是按太陽與飛船、地球之間的關系曲線設計電池陣的太空姿態。這種模擬，要在負計時30分鐘時才完成使命。

韓振森解釋負30分：通常把飛船發射時稱為零秒，零秒之前為負計時，零秒之后即發射升空后為正計時。地面模擬供電設備不是簡單的供電電源，而是在各種特性方面均模擬太陽能電池翼在空間軌道運行時的供電特性。模擬供電時間從電源系統單機聯試、整船總裝后的探測就開始了，一直到飛船發射前的30分鐘才與船體脫離。而每次發射，技術人員都要提前4個月到位，保障航天員的關閉訓練，這也是升空前最關鍵的訓練時段。

小小電池，光耀寰宇。從神一到神七，十八所的科技人員書寫了中國載人航天的神來之筆。

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