4．4．2 光伏发电系统
1）概述
经过多年的发展，太阳能光伏发电技术已日趋成熟，成为太阳能利用的主流技术之一。系统的工程应用日益普遍，在航天工程、生态小区、边远农家、独立庭院、路灯照明等方面，均发挥出越来越良好的作用，受到人们的普遍重视。目前，世界各国越来越多的住房屋顶上都安装了太阳能电池板。以日本为例，据该国能源部门估计，日本2 100万户个人住宅如果有80%装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14%；如果工厂、学校及办公楼等单位用房，也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30%～40%。日本政府力争于2010年实现太阳能发电量达到500万kW的目标。要实现这个宏伟目标，需要在大约150万户住家的屋顶安装太阳能发电装置。由此可见，太阳能发电的工程应用大有可为。根据提供电力的种类分类，可分为直流供电、交流供电和交直流供电系统三类；根据系统的运行模式不同，可分为离网系统（独立运行发电）和并网发电系统，如图4．16所示。
图4．16 光伏发电系统的运行模式图
2）工程应用
太阳能光伏发电系统工程应用的基本结构如图4．17所示。图中给出的结构，既可为直流负载供电，又可为交流负载供电。
图4．17 工程应用的基本结构图
工程应用的基本结构由太阳能方阵、防反流二极管、控制器、蓄电池组和逆变器组成。图中ao输出供交流负载使用，do输出供直流负载使用。
太阳能电池方阵是光伏发电的核心器件，其电池单体尺寸一般为4～100cm2，工作电压约为0．45～0．5V，工作电流约为20～25mA/cm2。由于电压太低，电流大小不能单独作为电源使用，需要把若干单体电池串/并联起来封装成电池组件，然后再把许多组件经过串/并联安装在支架上，这样，就构成了太阳能电池方阵。在住宅系统中，供家庭用时，装机容量较小，一般为5～8kW；供一栋建筑或一个小区使用时，一般为200～500kW。如果容量不能满足负载要求，可以增加电池方阵的组件。
光伏组件与建筑结构相结合，研究开发光伏器件与建筑材料集成的产品，是当前太阳能光伏技术的发展方向。目前已研究开发出的产品有：双层玻璃的光伏幕墙，透明和半透明的光伏组件，隔热隔音的外墙光伏构件、光伏屋面瓦等，其颜色和形状可以适应建筑构件的要求。
从太空到地面，太阳能电池方阵的应用范围日益广泛，除绿色智能建筑、生态小区外，还广泛应用于航天技术、铁道交通、邮电通信、广播电视、水利气象、军事国防等领域。表4．6给出了几种应用领域。我国研制的高效砷化镓太阳能电池已在“风云1号”气象卫星上正常使用。
表4．6 太阳能电池方阵的应用领域
在工程设计中往往要对太阳能电池方阵进行工程计算，常采用以下计算方法：
设 PS——光电组件屋顶每年生产的电能，MJ/a；
H——光电组件所在地区每平方米太阳能一年的总辐射能，MJ/（m2·a）；
A——光电组件的光面积，m2；
则
式中：K——修正系数。K值为
式中：K1——太阳能电池长期运行性能修正系数，通常取值为0．8；
K2——灰尘引起光电板透明度性能参数的修正系数，通常取值为0．9；
K3——太阳能电池升温导致功率下降修正系数，通常取值为0．9；
K4——导致损耗修正系数，通常取值为0．95；
K5——逆变器效率，通常取值为0．85；
K6——太阳能电池模板朝向修正系数，其数值可参考表4．7。
表4．7 太阳能电池模板朝向修正系数（%）＊
＊引自龙文志．光电幕墙与光电屋顶
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