太陽能發(fā)電技術(shù)與綠色照明bookmark0王建華孝感學(xué)院城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)研究院（432003）bookmark1效地解決居民照明及生活用電的困難。文中提出充分利用太陽能，研究開發(fā)推廣節(jié)能型的綠色光源，是實(shí)現(xiàn)建筑綠色照明，實(shí)施國家‘綠色照明工程“的重要措施。：太陽能發(fā)電綠色照明光伏一建筑照明一體化太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件（Solarclls）是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電一些發(fā)達(dá)國家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。目前從民用的角度，在國外技術(shù)研究趨于成熟且初具產(chǎn)業(yè)化的是’光伏一建筑（照明）一體化‘技術(shù)，而國內(nèi)主要研究生產(chǎn)適用于無電地區(qū)家庭照明用的小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

　　1太陽能發(fā)電原理太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負(fù)載等組成。

　　其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端。

　　1.1太陽能電源系統(tǒng)太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。

　　由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時(shí)，在一定的條件下，太陽能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流/sc，開路電壓Uoc.若在內(nèi)建電場的兩側(cè)面引出電極并接上負(fù)載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負(fù)載形成的回路，就有“光生電流”流過，太陽能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載的功率P輸出。

　　理論研究表明，太陽能電池組件的峰值功率Pk，由當(dāng)?shù)氐奶柶骄椛鋸?qiáng)度與末端的用電負(fù)荷（需電量）決定。

　　太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲(chǔ)存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時(shí)間（發(fā)電時(shí)間）的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預(yù)定的連續(xù)無日照時(shí)間決定。

　　1.2控制器控制器的主要功能是使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的功率點(diǎn)附近，以獲得效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即PWM控制方式，使整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行于功率點(diǎn)Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當(dāng)電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開路或接反時(shí)切斷開關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調(diào)控點(diǎn)Pm，又能跟蹤太陽移動(dòng)參數(shù)的/向日葵“式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

　　5彈性金屬塑料瓦安裝、運(yùn)行中應(yīng)注意的事項(xiàng)塑料瓦是以青銅絲纏繞形成的彈性墊為基體與改性聚四氟乙烯復(fù)合而成。它具備耐磨、耐高溫，承載能力大、自潤滑、磨擦系數(shù)小，并具備良好彈性等特點(diǎn)。

　　塑料瓦瓦面用干凈汽油、白布和毛刷清洗不得用堅(jiān)硬的刮刀等器具刮碰。

　　塑料瓦的安裝調(diào)整可參照《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范6中巴氏合金的安裝調(diào)整要求進(jìn)行，鏡板粗糙度應(yīng)少于2Lm.塑料瓦面在劃痕小于20Lm時(shí)，可以用金相砂紙把高出部分磨平，當(dāng)劃痕達(dá)50Lm時(shí)應(yīng)通知制造廠共同研究處理。

　　塑料瓦軸承中應(yīng)嚴(yán)把油質(zhì)、油位。

　　塑料瓦常規(guī)控制瓦溫不超過65°C. 23）（本欄編輯天晴）逆變器按激勵(lì)方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率/，額定電壓Un等匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。

　　2太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總效率Gese由電池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負(fù)載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術(shù)來講，要比控制器、逆變器及照明負(fù)載等其它單元的技術(shù)及生產(chǎn)水平要成熟得多，而且目前系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價(jià)是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統(tǒng)治地位。

　　目前對硅電池轉(zhuǎn)換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運(yùn)用吸雜技術(shù)減小半導(dǎo)體材料的復(fù)合；電池超薄型化；改進(jìn)理論，建立新模型；聚光電池等。幾種太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率見表1.表1幾種太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率實(shí)驗(yàn)室典型電池商品薄膜電池各種太陽能電池單晶硅多晶硅銅銦鎵硒蹄化銅銅銦硒3建筑的綠色照明充分利用太陽能是綠色照明的重要內(nèi)容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統(tǒng)的高效率，高穩(wěn)定性，高效節(jié)能的綠色光源等。

　　3.1發(fā)電一建筑照明一體化目前成功地把太陽能組件和建筑構(gòu)件加以整合，如太陽能屋面（頂）、墻壁及門窗等，實(shí)現(xiàn)了/光伏一建筑照明一體化（BIPV）“。1997年6月，美國宣布了以總統(tǒng)命名的/太陽能百萬屋頂計(jì)戈‘，在2010年以前為100萬座住宅實(shí)施太陽能發(fā)電系統(tǒng)。日本’新陽光計(jì)劃”己在2000年以前將光伏建筑組件裝機(jī)成本降到170~210日元/W，太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)10MW，電池成本降到25~30日元/W.1999年5月14日，德國僅用一年兩個(gè)月建成了全球首座零排放太陽能電池組件廠，完全用可再生能源提供電力，生產(chǎn)中不排放CO2.工廠的南墻面為約10m高的PV陣列玻璃幕墻，包括屋頂PV組件，整個(gè)工廠建筑裝有575m2的太陽能電池組件，僅此可為該建筑提供三分之一以上的電能，其墻面和屋頂PV組件造型、色彩、建筑風(fēng)格與建筑物的結(jié)合，與周圍的自然環(huán)境的整合達(dá)到了十分完美的協(xié)調(diào)。該建筑另有約45kW容量，由以自然狀態(tài)的菜子油作燃料的熱電廠提供，經(jīng)設(shè)計(jì)燃燒菜子油時(shí)產(chǎn)生的CO2與油菜生長所需的CO2基本平衡，是一座真正意義上的零排放工廠。BIPV還注重建筑裝飾藝術(shù)方面的研究，在捷克由德國WIP公司和捷克合作，建成了世界面彩色PV幕墻。印度西孟加拉邦為一無電島117家村民安裝了國內(nèi)常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種/太陽房“，把發(fā)電、節(jié)能、環(huán)保、值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結(jié)合起來，稱為太陽能建筑系統(tǒng)（SPBS），SPBS己于2000年9月20日通過專家論證。近日在上海浦東建成了國內(nèi)首座太陽能一照明一體化的公廁，所有用電由屋頂太陽能電池提供。這將有力地推動(dòng)太陽能建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)化與市場化的進(jìn)程。

　　3.2綠色照明光源研究綠色照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求低能耗下獲得高的光效輸出，并延長燈的使用壽命。因此DC-AC逆變器設(shè)計(jì)，應(yīng)獲得合理的燈絲預(yù)熱時(shí)間和激勵(lì)燈管的電壓和電流波形。目前處在研究開發(fā)中的太陽能照明光源激勵(lì)方式有四種典型電路：①自激推挽振蕩電路，通過燈絲串聯(lián)啟輝器預(yù)熱啟動(dòng)。該光源系統(tǒng)的主要參數(shù)是：輸入電壓DC=12V，輸出光效>495Lm/支，燈管額定效率9W，有效壽命3200h，連續(xù)開啟次數(shù)>1000次。②自激推挽振蕩（簡單式）電路，該光源系統(tǒng)的主要參數(shù)是：輸入電壓DC=12V，燈管功率9W，輸出光效315Lm/支，連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)>1500次。③自激單管振蕩電路，燈絲串聯(lián)繼電器預(yù)熱啟動(dòng)方式。*自激單管振蕩（簡單式）電路等方式的高效節(jié)能綠色光源。

　　4結(jié)束語綠色能源和可持續(xù)發(fā)展問題是本世紀(jì)人類面臨的重大課題，開發(fā)新能源，對現(xiàn)有能源的充分合理利用己經(jīng)得到各國政府的極大重視。太陽能發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環(huán)保能源將得到前所未有的發(fā)展。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開發(fā)的深化，它的效率、性價(jià)比將得到提高，它在包括BIPV在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域都將得到廣泛的應(yīng)用，也將極大地推動(dòng)中國/綠色照明工程“的快速發(fā)展。