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光伏发电的应用技术

李中立龚淑秋唐明
（沈阳工业大学，辽宁沈阳110870）
摘要：人类社会进入21世纪，全球经济增长引发的能源消耗达到了前所未有的程度。常规化石燃料能源步
进在满足人类社会发展上已经捉襟见肘，而且因化石燃料过度消耗引起的全球变暖以及生态环境恶化给人
类带来了更大的生存威胁，因此能源和环境的可持续发展已成为人类最受重视的问题之一。从长远的观点
看，在各种可再生能源中，太阳能光伏发电具有理想的可持续发展特征和最洁净的发电过程。如何有效利
用光伏能源，挖掘其应用技术成为了当前能源危机时期的关注焦点，使得这类研究具有十分重要的实际意
义。本文从应用的角度出发，构建了离网式光伏发电系统，指出了系统中最大功率点跟踪和逆变控制技术
解决方案，最后给出了基于离网式光伏发电系统的实际应用方案和应用前景，

关键词光伏发电逆变器MPPT
1引言
随着世界人口的持续增长和经济的不断发展，对于能源的需求量日益增加，而在目前的
能源消费结构中，主要还是依赖煤炭、石油和天然气等化石燃料。全球一次能源消耗量在
1971-2002年的平均增长率为2%，在2001-2004年为4.3%。特别是在我国，同时期的增长
率达到了15%[1]。虽然我国资源总量比较丰富，但由于人口众多，资源率低，能源供应形
势不容乐观。为应对将来的化石资源逐渐短缺的严重局面，必须逐步改变能源消费结构，大
力开发以太阳能为代表的可再生能源。
当今世界能源消费活动，主要是化石燃料的燃烧，其消耗增加了大气中温室气体的含量，
导致了全球气候变暖，冰山融化，海平面上升，沙漠化日益扩大等现象的出现，自然灾害频

繁发生。目前，煤炭和石油仍是我国的主要能源消耗来源，据测算我国每年的SO2排放量占

全球的15.1%，是世界第一，CO2的排放量占全球的13.6%，仅次美国之后，世界第二[2]。
太阳能是清洁无公害的新能源，光伏发电不排放任何废弃物，大力推广光伏发电将对减少大
气污染，防止全球气候变暖做出有效的贡献。
现在全球还有16.4亿的人口没有用上电，其中80%生活在偏远农村地区[3]。据统计，
截止到2005年底，我国还有270万无电户，1150万无电人口，那里居住分散，交通不便，
很难通过延伸常规电网的方法来解决用电问题。为解决无电区的用电问题，其中一部分可以
用光伏发电来解决。
2光伏发电国内外发展状况
2.1国外光伏发电现状
20世纪80，90年代以来，光伏发电保持了高速发展的态势，由于其众多优点成为了全
世界关注的热点。但由于光伏发电具有间歇性，能量密度低、单位电价较贵，它还无法与常
规发电相竞争。各国政府为了本国能源安全和生态环境制定各种优惠政策来帮助光伏发电的
进一步发展。
（1）日本新能源发展组织（NEDO）在2004年发表的“面向2030年光伏路线图的综
述”中提出，日本国内累计安装太阳电池组件容量到2010年为4.82GW，到2030年要达到
100GW，届时日本所有住宅消费电力中将有50%由太阳能光伏发电提供，大约占全部电力
的10%。

（2）1990年德国率先提出了“一千个太阳能屋顶计划”，在居民屋顶上安装容量为1
—5KW的光伏并网系统。1999年1月，德国开始实施“十万屋顶计划”。目前，德国的光
伏市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场，其安装总容量摇摇领先其他国家。
2.2我国光伏发电现状
我国从1958年开始进行太阳能光伏发电的研究开发，1971年首次将太阳能电池成功应
用在“东方红二号”人造卫星上。70年代我国建立了一批光伏生产企业。2002年国家启动
了“送电到乡”工程带动了国内光伏产业的发展。2003年以后，我国太阳能电池年增长量
都成倍增加。到2007年，我国的太阳能电池产量已经超过日本而居世界第一。
3离网式光伏供电系统结构
离网式光伏发电系统也叫独立光伏发电系统，它是指不与电网相连的供电系统。主要由
太阳能光伏阵列、充放电控制器、蓄电池、负载等组成，其结构图如图3.1所示。光伏阵列
将太阳能转换成电能，由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重
要因素，控制器用来给定逆变器和DC-DC变换器中功率器件的脉冲，自动防止蓄电池过充
电和过放电。蓄电池是系统的储能部分，一般采用铅蓄电池来作为整个系统的储能部件。
DC-DC变换器是直流变直流的电压转换器，逆变器将直流电变换成交流电的转换装置。

图3.1光伏离网发电系统结构框图

4离网式光伏发电系统中的关键技术
4.1光伏阵列最大功率点跟踪
提高太阳能利用率是离网式供电系统中关键因素。在不同的日照环境下，太阳能光伏
阵列输出电能的功率并不相同，只有当光伏阵列以最大功率输出电能时，蓄电池才能最大效
率的储存电能。光伏阵列的输出特性曲线如图4.1所示，由图可