光伏技术研发范文

前言：我们精心挑选了数篇优质光伏技术研发文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

关键词 光伏技术;专利分析;技术路径

1 国内外光伏产业技术发展概况

1.1 世界光伏产业技术发展概况

自1839年发现“光生伏打效应”和1954年第一块实用的光伏电池问世以来，国外太阳能光伏发电取得了长足进步。单晶硅电池的实验室效率已经从20世纪50年代的10%提高到目前25%，多晶硅电池的实验室效率也达到20.4%，非晶硅薄膜电池实验室效率达到10.1%，碲化镉太阳能电池实验室效率达到16.4%，铜铟镓硒太阳能电池实验室效率达到20.3%[1]。以美国SunPower和日本Panasonic为代表的高效电池组件制造商的光伏产品效率已达到24%。日本的太阳能光伏发电系统形成了成熟的技术和产业体系，尤其是住宅建筑的太阳能光伏发电系统，已成为最大的太阳能光伏发电系统的设置用户。目前高效单晶组件产品的成本已低于传统单晶组件产品，但还高于多晶产品，高效电池技术在全球范围内蓄势待发[2]。

目前，世界光伏技术呈现的特点是经济越发达的国家对光伏产业越重视，其技术发展也就越先进。在欧洲，德国、法国的光伏技术处于领先地位;在亚洲，日本走在前面，尤其是福岛核电站事故后，绿色可再生能源成为日本发展的主流，日本的太阳能光伏发电系统已形成了成熟的技术和产业体系，户用电源系统发展迅速，已成为太阳能发电的重要组成部分。中国也紧跟发展步伐，分布式电站和户用电站将成为我国的主要支持方向。

1.2 中国光伏产业技术发展概况

我国光伏电池的研究始于1958年，自1981年开始，光伏电池及其应用开始列入国家的科技攻关计划，通过“六五”到“十一五”六个五年计划，在光伏电池器件及应用技术方面取得了可喜成绩;2000年之后，国家科技部启动了国家863计划和973计划，分别对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持，尤其在晶体硅电池领域，重点加强对单晶硅电池技术、多晶硅铸锭技术、高效电池技术、晶体硅电池产业化技术以及特殊太阳电池组件的开发[3]。目前，单晶硅电池的实验室效率最高24%，产业化单晶硅电池的最高效率已经超过20%;多晶硅电池的实验室效率最高达19.5%，产业化多晶硅电池的效率已经达到18.5%。

在世界光伏市场拉动下和国家队发展新兴产业的支持和促进下，我国光伏制造业从小到大、从弱到强，已经成为全球太阳电池和组件的最大制造国。总体看，一是我国晶硅电池/组件在性价比上具有国际竞争优势;二是多晶硅材料不具有晶硅电池/组件那样的竞争优势，特别是成本处于劣势。我国现有一部分多晶硅制造企业由于成本高于国际平均水平而不得不停产，因此针对提高多晶硅性价比的技术是我国多晶硅的奋斗目标;三是在原辅材料及设备制造方面，有些材料，如封装玻璃、切割液、密封胶等，基本满足了国内的市场需求。但有些材料，如组件封装材料EVA和背板材料TPT等与国外还有一定差距。我国光伏设备制造为满足国内需求做出了重大贡献，但高端设备与国际相比还有一定差距。高端原辅材料及高端设备制造技术水平的全面提升是我国光伏产业的重要战略任务之一。

2 河北省光伏产业技术发展情况

2.1 基本情况

河北光伏产业起步较早，具备较好的产业基础和竞争力。目前，河北省光伏产业水平和规模在全国处于“第一梯队”。由《河北省高新技术企业统计报表》可知河北从事光伏产业的高新技术企业有30余家。虽然河北省有一些在全国具有较大影响力的光伏企业，比如晶龙集团、英利集团，但河北光伏行业也存在着各光伏企业科技发展水平总体差异较大的现实情况。

2012年行业危机对河北省光伏产业形成严重冲击。资料显示，当年河北省太阳能电池产量3 321.4MW，同比增长26.69%;主营业务收入累计200.11亿元，同比增长-33.48%，利税总额-27.24亿元，增产不增收，亏损额逐月加大，部分以光伏产业为电子信息领域发展重点的地市亏损局面较为严重。即便如此，主营业务收入占河北省光伏行业近30%的晶龙、英利集团等一批太阳能光伏重点企业，在2012年的行业危机中却逆市上扬。

2.2 重点企业技术现状

河北以晶龙集团和英利集团为代表的光伏企业在国内外技术和市场方面都占有重要地位。晶龙集团以生产单晶硅和单晶硅太阳能电池见长，英利集团在多晶电池及多晶硅铸碇方面发展迅猛。

晶龙集团旗下子公司晶澳公司开发了许多高效率、低成本的量产工艺和技术，打通了电池和组件量产中的技术环节，率先将所有产线上单晶电池（P型）效率提高至19.5%以上，单晶组件功率提升至270W以上，多晶电池效率提高至18.0%以上，多晶组件功率提升至260W以上。由于较好的产品品质、有竞争力的生产成本，在欧盟“双反”背景下，晶澳能够获得超过50%的欧盟进口配额（晶硅电池）。从2010年开始，晶澳研发N型电池技术（Bycium，倍秀）已有4年基础，目前Bycium实验室批量效率达20.5%，最高到20.9%。凭借业内领先的制造技术水平以及优秀的电池技术研发能力，为低成本、高质量、高功率N型单晶产品的规模化量产提供富有竞争力的解决方案。

英利集团的Panda（熊猫）电池源于ECN的n-Pasha电池，熊猫电池量产后电池光电转换效率在19.5%～20.0%，组件功率在270W～275W，开创了国内N型太阳能电池的新发展方向。但熊猫电池为了为了平衡成本，未采用特别复杂的流程。其与传统P型单晶电池技术主要差异如下：需要以少子寿命较高的N型硅片作为衬底，前表面进行硼扩获得PN结结构，需要应用前表面钝化技术和背表面钝化技术，背面需要金属Ag栅线收集电流，流程相对复杂、辅料成本较高。

3 光伏产业关键领域技术分析

多晶硅原材料、硅片的制备、高效太阳能电池制备等几个关键领域的技术发展情况是：

3.1 多晶硅原材料

改良西门子法加低温氢化技术是目前全球多晶硅原料的主流科技方向，在提高效率、降低成本特别是降低电消耗方面效果显著。我国90%以上是改良西门子法，改良西门子法加低温氢化技术是我国行业发展的基本态势。

3.2 硅片的制备

3.2.1 晶体硅的制备。晶体硅分为单晶硅和浇铸硅，两条技术路线的争论持续了近30年。市场的占有率与两种方法在不同时期所产生的科技进步紧密相连。浇铸硅产量大成本低，但是制备电池的转换效率相对较低;单晶硅产量低、成本偏高，但转换效率是目前光伏电池中最高的。欧洲屋顶电站最兴旺的时候，也是单晶硅在世界市场占有率最高的时候。中国光伏发电的发展初期阶段主要以地面大型电站为主，由于不受占地面积的限制，浇筑硅因其成本较低得到了长足的发展。随着分布式电站的实施，单晶硅还会重新占据上风，两条技术路线的竞争也还会长期存在。

在单晶硅制备中，目前全球主要采用的是P型掺硼晶硅制作，光照10小时后会产生5%～8%不可恢复效率衰减，该难题长期困扰着光伏界，河北省科学家研发低光衰掺镓硅单晶，平均消除6%光衰，成本降低6%。

3.2.2 硅片的切割。线切割技术的问世，完全取代了内圆切割，实现了切割技术的升级换代。随着科技的不断进步，金刚线切割技术已经问世，不仅切割速度是常规线切割的2倍，而且冷却浆液无污染，避免了线切割后的砂浆废液后处理，具有很好环保效果。冷却方式的革新，推动了线切割的更新换代，金刚线切割技术是未来的发展主流。

3.3 高效太阳能电池的制备技术

高效太阳能电池的制备技术分为：碲化镉薄膜电池、非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、染料敏化柔性电池、晶硅电池。晶硅电池以转化效率高、成本低占据了市场的主流，目前的市场占有率达到85%以上，成为光伏发电的主要技术。相比而言，薄膜电池成本高、效率低，投资巨大。

晶硅电池的发展近几年有了突破性的进展，量产效率已超过20%，2012-2014年科技部资助的863计划把中国晶硅电池的转化效率提高到了一个崭新的阶段，达到国际先进水平。继续提高晶硅电池的转化效率，是目前光伏发电的研究的主流方向和目标。

3.4 其他关键光伏制造技术

背接触电池技术、二次印刷技术、大功率高效低衰减光伏组件技术是目前最新的科技动态和发展方向。

4 光伏技术领域专利分析[4]

本部分对光伏领域的专利进行分析，从发展规模、发展趋势、主要国家技术领域和主要机构技术分布等方面考察光伏技术发展态势。研究对象为全球光伏技术的相关专利，专利数据来源于中国科技信息研究所专利分析数据库，通过关键词与分类号的组配检索下载建成“光伏产业专题专利数据库”，并基于该数据库进行相关分析。由于专利数据的延迟性，导致2010年和2011年的专利数据不完整，因此下文分析中这两个年度的内容仅供参考，不做结论。

4.1 世界光伏领域技术情况专利分析

4.1.1 世界光伏技术专利逐年申请情况

20世纪60-70年代光伏技术处于发展初期，总体专利申请量较小，每年的专利申请数量基本维持在10之内;直到20世纪70年代末，光伏技术越来越受到重视，专利申请数量开始逐步增长，最高的年份是1983年，达235项;20世纪80年代中后期光伏技术发展出现波动，表现为专利申请数量开始小幅回落，这种回落的态势一直持续到20世纪90年代中期，由每年200余项降到不足百项;从1995年开始光伏技术开始进入上升阶段，稳步、平缓的发展一直持续到2001年，该年专利申请量达306项;在2002年增长速度有一个小幅回调之后，光伏技术度专利申请量出现了新一轮的、真正的高速发展期，全球专利申请数量迅猛增长，在2002年到2005年4年间，专利申请数量翻了一番，由每年近300项上升到600余项，在2006年到2009年的4年间，专利申请数量又翻了一番，由每年不到1 000项增长2 085项。

4.1.2 光伏技术专利在各国的分布

美国、中国、韩国、日本、英国、法国、德国、中国台湾、加拿大、澳大利亚这10个国家和地区拥有全球专利申请数的96.7%，其中美国和中国均占24%，日本占20.5%，韩国和德国分别占有8%左右的份额。

4.1.3 光伏重点技术领域专利分布

在六大技术领域中，结晶硅专利申请量最多，其次为化合物薄膜和薄膜硅，化合物结晶及染料敏化最少。其中结晶硅专利申请起始年限最早在20世纪60年代。

4.1.4 各国重点发展技术

中国在光伏技术领域的专利申请量总量位于世界领先地位，在结晶硅和化合物薄膜方面研发实力强，专利申请数量超过了其他国家，而化合物结晶核方面研发能力弱，专利数量较少;美国在不同领域的技术分布态势和全球技术分布一致，专利申请量最多的是结晶硅，薄膜硅和化合物薄膜专利申请数量相近，位于其次，染料敏化方面的专利申请数量最少;日本在结晶硅和薄膜硅两个领域的专利申请数量相近，且为最多，其次是化合物薄膜专利申请数量，染料敏化方面的专利申请数量最少;欧洲和德国的光伏技术专利分布相似，它们的专利申请数量远低于前三个国家，专利申请量最多的是结晶硅，薄膜硅和化合物薄膜专利申请数量相近，位于其次，化合物结晶的专利申请数额位于倒数第二，不过在染料敏化和有机半导体方面，这两个地区存在明显差异，德国染料敏化专利数远大于欧洲，而欧洲的有机半导体专利数远大于德国;韩国在专利申请量最多的是结晶硅，其次化合物薄膜，薄膜硅和有机半导体专利申请数量相近，位于再次，最少的染料敏化和化合物结晶的专利申请数额。

4.1.5 光伏研究机构的专利分析

光伏技术领域主要专利申请机构全球排名如图2，在前20位的排名中，日本机构有12家，占60%;美国机构有4家，占20%;韩国和德国分别有2家机构。其中，专利申请数量最多的3个机构分别是日本的三洋电力、佳能和三菱集团，其次是德国西门子;再次是德国默克集团、日本夏普、日本昭和壳牌石油、美国RCA以及美国应用材料公司;剩余的11家机构光伏专利申请量差别不大。从中看出，日本科研机构在光伏领域具有很强实力，不仅拥有光伏专利的机构数量多，而且机构拥有光伏专利的数量也多;德国虽然只有2家机构进入全球20强，但这2家机构拥有的专利数量都在排名前5位。中国虽然拥有光伏专利总数很多，但没有一家机构能进入全球20强。

4.2 中国光伏领域技术情况专利分析

4.2.1 中国光伏技术总体专利申请情况

中国光伏专利发展动向如图3，在20世纪90年代中期之前中国光伏技术仍处于发展初期，总体专利申请量较小，每年的专利申请数量基本维持在1～2项;在1995年-2004年的10年间，中国光伏技术稳步发展，专利申请量逐渐增加，这比世界光伏技术增速发展的时间晚20年;2005-2010年是中国光伏技术真正的高速发展期6年间光伏专利申请数量增长了7倍，在2010年达到顶峰。

由世界和中国光伏领域技术发展趋势图的分析，初步认为从生命周期上看，光伏技术已经走过萌芽期和成长期，正处于成熟期。

4.2.2 中国光伏技术领域分布

通过对近10年中国光伏技术专利申请情况的统计分析，不同类型的光伏技术在中国的发展情况各有不同。结晶硅和化合物薄膜起步稍早，在2002年已经开始进入新一轮较长时期的快速增长阶段，在经过4年的稳步增长之后，接下来又有5年的飞速发展阶段，2010年的专利申请数是2002年的几十倍到上百倍;薄膜硅的发展趋势类似于结晶硅，只是该领域专利申请数最多的年份是2009年，早结晶硅1年;化合物结晶在2002-2007年度6年间，专利申请数量保持较稳定的状态，在2008年有一个突然急速增长，之后的4年就维持在这个较高专利申请数状况;有机半导体专利申请数在这些年变化不大，前几年保持稳定状态，后几年又保持在比前面稍高的一个稳定状态;染料敏化起步稍晚，从2006年起一直处于稳步增长的趋势。

4.3 重点光伏领域情况分析

4.3.1 结晶硅

结晶硅发展趋势图很清晰，在经过30多年的少有起伏的持平和平缓发展阶段后，进入一个快速发展期，然后又开始回落。具体来说，结晶硅起步较早，开始于上世纪60年代中期。在1964年到1974年期间，结晶硅技术处于起步期，每年的专利数不超过5项;1975年到1985年结晶硅专利申请数开始稳步增长;但到1986年突然开始出现回落，这种回落振荡期一直延续到90年代中期;从此之后，结晶硅技术进入不断发展阶段，这种发展有个鲜明的特点，先是平稳发展然后就有一个急速增长期，1996年到2004年就是稳步发展期，随后的5年就是急速发展期。整个发展趋势看，结晶硅技术已走过初始期、增长期，目前应该处于成熟期阶段。

在结晶硅专利全球分布中，中国、美国、日本、德国、韩国、中国台湾、澳大利亚、加拿大、法国和英国这10个国家和地区拥有全球专利申请数的96.7%，其中中国占27%，美国23%，日本18%，韩国和德国分别占9%和7%的份额。

4.3.2 薄膜硅

薄膜硅的技术发展趋势较简单，经过长期持续稳定，进入发展阶段，又迅速回落。具体可分为3个阶段：1984年到2004年的20年间，都处于平稳期，每年的专利申请数量基本稳定在同一数值;从2005年开始的5年，薄膜硅专利申请数开始逐年增长，5年增长了近5倍。

在薄膜硅专利全球分布中，日本、美国、中国、韩国、德国、中国台湾、澳大利亚、法国、加拿大和英国等10个国家拥有全球专利申请数的97%，其中日本31%，美国25%，中国占17%，韩国和德国分别占6%的份额。

4.3.3 化合物薄膜

化合物薄膜专利申请数在1984年到1995年间基本稳定在相同水平;从1995年之后的连续10年都是一个平缓的发展阶段;到2005年就进入了快速发展阶段，每年化合物薄膜的专利申请数量都有大幅增长。

在化合物薄膜专利全球分布中，中国、美国、日本、韩国、德国、中国台湾、加拿大、法国、澳大利亚和英国等10个国家拥有全球专利申请数的94%，其中中国占30%，美国24%，日本14%，韩国和德国分别占8%和6%的份额。

5 结论

5.1 河北光伏产业链最为完整，不仅有晶体制备和硅片加工，还有光伏电池封装设备生产。河北晶龙实业集团、晶澳太阳能有限公司、天威英利新能源有限公司、光为绿色新能源股份有限公司等企业是河北省光伏产业的代表性企业，产业创新能力较强，在全国光伏企业名列前茅，具有较强影响力。但同时河北省光伏企业技术创新水平差别很大，仅有少数几个企业实力较强，大部分企业技术创新实力不足。

5.2 从世界和中国光伏领域技术发展趋势分析，初步认为从生命周期上看，光伏技术已经走过萌芽期和成长期，正开始步入成熟期。美国、中国、韩国、日本、英国、法国、德国、中国、加拿大和澳大利亚这10个国家和地区拥有全球专利申请数的96.7%。中国在光伏技术领域的专利申请量总量位于世界领先地位，在结晶硅和化合物薄膜方面研发实力强，而化合物结晶核方面研发能力弱。

5.3 河北是光伏大省，代表性企业在中国光伏界具有举足轻重的地位，拥有引领潮流的科研成果也较多。因此，支持这些企业将突破性科研成果实现产业化对河北省乃至全国光伏产业的发展都具有重大意义。可将典型企业多项先进技术集成形成拳头产品、优秀品牌进行推广，通过以点带面推动河北省光伏技术的进步。

参考文献：

[1]太阳能电池[DB/OL].http：///zh-cn/太阳能电池.

[2]高一翔，高子涵.未来太阳能光伏发电技术发展前景分析[J].电子世界，2012（10）：13.

[3]钟史明.太阳能光伏发电概述与预测[J].热电技术，2012（4）：1-8.

[4]肖沪卫.专利地图方法与应用[M].上海：上海交通大学出版社，2011.

基金项目：本文由石家庄经济学院博士科研启动基金、石家庄市软科学项目与中国科学技术信息研究所科研项目共同资助。

第2篇

关键词：光伏发电技术；太阳能；水上光伏

由于地球上人口数量的不断增加，人类对资源需求量随之上升，这给全球资源带来了极大压力，资源浪费现象的不断出现，导致自然灾害问题频发。而为了能够有效的缓解这一问题，太阳能光伏发电技术与水上光伏发电技术被广泛应用。水上光伏主要指水上太阳能光伏发电系统，主要通过若干阵列排布的太阳电池组件以及浮于水面的水上光伏阵列支架等部分组成。该技术的应用，在节省电能源方面有着积极意义。

1 光伏发电技术内涵

光伏发电主要依据光生伏特效应原理，通过太阳电池的应用，将太阳光能直接的转化为一定的电能。光伏发电系统不仅能够独立的应用，还能够并网发电，并且通过太阳电池板、控制器以及逆变器三个部分所构成，而这三个部分的构成主要由电子元器件所构成，与机械部件之间没有任何关联。

光伏发电主要通过半导体界面的光生伏特效应，直接的对光能进行转变，是一种将光能转变为电能的技术。而作为该种技术的关键元件，太阳能电池在其中发挥这极为重要的作用[1]。太阳能电池在串联以后进行封装保护，使其能够形成较大面积的太阳电池组件，之后与功率控制器相结合所形成的部件，便成为光伏发电的重要装置。

2 我国发展光伏发电技术的必要性与环保意义探究

2.1 我国发展光伏发电技术的必要性

由于我国是一个能源生产与消费大国，我国每年的能源消耗量极高。导致出现这一现象的原因在于，我国的能源开采技术较为落后，能源得不到有效的利用，传统高能耗产业比重较大等等，导致我国能源消耗增长速度不断加快。尤其我国电能源的消耗量与消耗速度都在首位，为此，需充分的开发煤电、水电以及核电，可尽管如此，我国在电力供需方面仍存在较大的缺口，该缺口便需要可再生能源发电进行补充。这便推动了太阳能光伏发电技术的发展，在未来该种技术将会在新能源供应方面占据着极为重要的位置。

在不久的将来，太阳能发电将会在世界能源消费中占据着首席位置，该技术的发展不仅会替代部分常规能源的使用，同时还会成为供应世界能源的主体所在。预计到了2030年，可再生能源的消耗将会占据总能源消耗量的30%以上，而此时太阳能光伏发电将会在世界总电力供应中的比例远远超过10%，并且该比例会随着时间的不断推移而增加，甚至在21世纪末，太阳能光伏发电将会达到60%以上，在未来十年的发展中，我国太阳能光伏产业将会发展到另一个阶段[2]，其地位也日益凸显。

2.2 太阳能光伏发电的环保意义

太阳能光伏发期间与燃料能源之间存在着极大的差别，太阳能光伏发电有较少的二氧化碳排放出来。而二氧化碳是温室气体的最为主要气体。太阳能电池板能够循环的使用，同时其系统材料也能够被有效的利用起来，这都能够进一步的降低光伏能源的投入。而光伏发电技术的广泛应用，能够有效的缓解气候变化等问题。

3 水上光伏的优点研究

水上光伏发电站的组成部分主要包括两方面，一方面是光伏，另一方面是水面模式。其中水面的利用在当前主要有水塘、小型湖泊等。水面光伏发电站的硬件组成部分主要有：光伏面板、逆变设备以及变压器、集电线路等。这些部分的存在，共同构成了水上光伏发电站，并且通过水上光伏发电技术的应用，有效的缓解了我国能源危机问题，在带动我国社会更好发展方面有着积极意义。

水上光伏拥有较多的优点，具体而言主要表现在以下几点，即：

第一，水上光伏能够极大程度的节约土地资源，不会给水生态环境带来过大的影响。水上光伏发电工程不需要有支架基础，更不需要开挖电缆沟，更加没有场内道路的施工，这在极大程度上减少了对地面的开挖，这在保护水土方面有着积极意义；第二，水上光伏拥有较高的发电效率。水面地势较为开阔，这便能够有效的避免阴影给光伏组件效率发挥带来制约，同时通过太阳能的照射，其照射面积往往较为均匀，并且光照的时间较长[3]。这与张云天在《面向大城市居民小区的太阳能光伏发电技术的应用分析》一文中的观点有着相似之处。而水能够冷却太阳能电池，在抑制组件表明温度上升方面有着积极意义。有测算表明，如果电池板的温度降低1℃，那么其输出功率极有能能增加0.5%，这便能够获得比相同地面或者屋顶电站高的发电量，夏季高温的时候，水上光伏和地面、屋顶太阳能电池板相比，能够大幅度的降低发电损失量；第三，通过组件的覆盖，能够大幅度的减少水面蒸发量，这便能够达到节约水资源的目标；第四，太阳能光伏遮挡板，阳光一部分能够射到水面，这便能够减少光合作用的出现，这在抑制藻类繁殖方面有着积极作用；第五，水上光伏存在一定的成本优势。水面浮动式光伏存在着整体性的特征，这给太阳能跟踪系统的安装与运行创造了便利的条件，同时也能够大幅度的减少地面光伏电站安装电池板方面的费用；第六，水上光伏的组件清理较为方便快捷。在选择水上光伏发电材料的过程中，必须确保所选材料的质量能够达到规定的标准要求，与地面光伏相比，清洁期间往往不会给组件发电效率带来较大程度的损害[4]；第七，不受土地的限制。水上光伏技术适合应用在土地资源有限、土地开发难度大等地区。水上光伏项目的发展已经成为未来的重要发展趋势，这给光伏发电的应用与发展创造了更好的条件。

在建设水上光伏发电站期间，相关工作人员需选择合适的地址进行建设，例如选择具有面积广阔、径流稳定、风速递以及光照条件好等特点的地区，该种区域能够将水上光伏发电的作业工充分发挥出来；与此同时，由于水上存在较多的不确定性因素，这便要求相关单位安排工作人员加强监控力度，通过对该系统水质量、对动植物影响的监测，来实现水上光伏l电目标。

4 结束语

如今，光伏发电技术的应用能够有效缓解我国能源危机问题，并且随着光伏发电技术的广泛应用，其特殊优势也逐渐的体现出来。与此同时，水上光伏发电也随之发展起来，其发展速度也逐渐的提升，其原因在于，水上光伏发电拥有较多方面的优势，如能够节约土地资源、发电效率高以及能够减少水量蒸发等等。太阳能光伏发电与水上光伏发电拥有较好的发展前景，并且在未来发展趋势会越来越好。太阳能光伏与水上光伏发电技术拥有一定的社会与环境保护意义，从而使得我国能够实现环保型与经济型的社会。

参考文献

[1]胡俊鹏.光伏发电技术在变电站中的应用研究[D].山东大学，2013（45）：89-102.

[2]王磊.光伏发电技术在公共建筑供配电系统中的应用研究[D].桂林理工大学，2013（12）：23-56.

第3篇

关键词：太阳能发电 仿真系统 实训软件

1 概述

目前太阳能电池板广泛应用于军事、航天、农业、通信、民用及公用设施、发电等，但我国基于太阳能电池板模拟仿真操作实训软件还处于空白状态，急需开展。其次，针对于授课形式，传统的理论授课不能充分发挥学生的主观能动性，实训课的设备条件在技术上难以满足要求，而太阳能电池仿真软件的操作可以弥补上述授课形式的不足，模拟式的教学是高校当前最为有效的实践教学手段；另外，从节约成本考虑，光电产业发展迅速，设备更新频率极快，而职业院校的设备的频繁更新具有不可行性。综上所述，开发一款针对于太阳能电池板的操作软件是极其必要的。基于上述背景，对太阳能电池板进行模拟仿真操作，主要基于软件层面，面向职业院校学生，通过对太阳能电池板的操作，研究光电转化能力、太阳能电池伴随外界环境及自身性质的变化关系及外界环境（光、热等）对太阳能电池板的主要影响等。

2 建立模拟仿真实训平台

此实训平台服务于职业类院校光电领域太阳能电池的课堂教学，主要实现一个可替代实际太阳能电池板实训项目的太阳能电池仿真模拟系统。其阶段内容主要有：太阳能电池系统运行原理流程、太阳能电池系统物理与数学模型编程、模拟及验证及可视化处理及数据库建立。

2.1 物理模型和数学模型的确定 影响太阳能发电系统输出效率的因素有很多，诸如硅片产品质量（电池的自身属性：如尺寸、材料、结构）、太阳能电池组件制造工艺、天气因素、温度因素、地理位置因素等。将上述影响因素做归纳整合，并综合考虑到本课题软件所能达到的仿真环境，将此仿真系统简化分为外界环境、电池自身属性和输出存储设备三大块，本仿真系统采用了型号为HT001.5P的硅太阳能电池，建立的可直接使用的数据库参量主要有不同城市的纬度值、不同颜色光的频率及其对应产生的光子数量。

根据所建立数据库做相应简化，再经物理模型的简化整理，并根据光学、光电子技术、热学和电学的基本知识，找到相应物理模型的运算公式，做出如下推导，在推导的过程中我们忽略了暗电流的影响，暗电流Id与反向漏电流及温度有关，但其计算出的结果对整体的功率影响很小，故在这里近似忽略不计。

So=Scosθ （2-1）

这样可以计算出太阳能电池板的有效面积S0，其中，S为电池板的面积，θ为城市纬度。

Eo=hv （2-2）

通过式子（2-2）可以算出单个光子的能量E0，其中，h为普朗克常量，v为光频。

E=E0-ε0 （2-3）

由上式可以得到每种一种光频下的光子总能量E，其中，ε0为硅的跃迁能。

P=P0η （2-4）

由以上各式推导得到最后的太阳能电池板的输出功率运算公式为：

P=n（hv-ε）Scosθη （2-5）

其中，P为太阳能电池的输出功率，n为光子数量。由最终的式子说明，太阳能电池板的输出功率与光子频率、城市纬度、电池板类型及转换效率等参数有关。

2.2 模拟仿真平台的搭建 通过调研及分析上述数据资料及公式，可以清晰的看出，主要变化因素为各城市所处纬度θ和光子频率ν。通过改变这两个变量，可以对比得出不同城市及不同光子频率下硅太阳能电池的输出功率。硅电池的其他参量均当作常量使用，只需固定其中一个变量，就可以得到另一变量对于输出功率的影响。下面将会通过labview软件，重点围绕这两组对比实验来模拟仿真出功率的输出情况。如图1所示，为模拟仿真前面板所需建立的电路图。

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图1 labview环境下后台界面的建立

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图2 太阳能电池功率对比输出曲线（七种颜色）

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图3 太阳能电池功率对比输出曲线（典型城市）

通过在后置程序面板中搭建好电路，最终将会得到以上两组可视化仿真界面图。在仿真面板中先设置好基本参量值，横坐标为城市纬度，纵坐标为输出功率值。将各城市的纬度值固定，通过输入7种光的频率值，运行后会生出如图2所示的7组不同光频的功率输出。与图2的设置过程类似，设置好基本常量值，固定各色光的频率，通过输入变量城市纬度值，则会生成如图3所示的7组对比功率输出值。

由以上两个光输出功率图，可以通过输入单个光频或某个城市下的纬度值，来看一组条件下光的输出功率；也可以输入多个光频或多个城市纬度值，来对比分析多组光频及城市纬度值对输出功率的影响。因此，学生在操作时无需动用后台程序，只需操作上述可视化界面即可，通过改变相应参量即可非常直观、立体的得出不同的太阳能电池功率输出情况。

3 结束语

为了提高职业类院校光电领域太阳能电池的课堂教学效果，利用可替代实际太阳能电池板实训项目的太阳能电池仿真模拟系统，实现实训项目中太阳能电池原理展示，太阳能电池性能测试等所有的项目。将此仿真系统可以反映出不同的季节、天气、纬度和时段条件下光伏发电效率等，学生可以根据自身的需求设计不同的模拟实验和模拟研究。构建以素质教育为重点的仿真教育平台，可提高学生的积极性和创造性，改变了以往光伏发电技术课程教学中存在的枯燥、繁杂问题，提高了教学质量。

参考文献：

[1]耿亚新，周新生.太阳能光伏产业的理论及发展路径[J].中国软科学，2010（04）.

[2]张爱平.LabVIEW入门与虚拟仪器[M].电子工业出版社，2004.