1.浮动太阳能农场在不占用土地的情况下提供更高的效率

所谓的浮动光伏发电相对较旧：第一个浮动太阳能发电场出现在 2000 年代末。从那时起，建筑原理得到了改进，现在这种新的太阳能电池板技术得到了巨大的成功——到目前为止，主要是在亚洲国家。

浮动太阳能农场的主要优点是它们几乎可以安装在任何水体上。浮动光伏板的成本与类似尺寸的陆地安装相当。更重要的是，光伏组件下方的水可以冷却它们，从而为整个系统带来更高的效率并最大限度地减少能源浪费。浮动太阳能电池板的性能通常比陆地装置高 5-10%。

中国、印度和韩国拥有大型浮动太阳能发电场，但现在最大的一个 正在新加坡建造。这对这个国家来说真的很有意义：它的空间太小了，政府会抓住一切机会使用它的水资源。

Floatovoltaics 甚至开始在美国引起轰动。美军于 2022 年 6 月在北卡罗来纳州布拉格堡的大泥湖上启动了一个浮动农场。这座 1.1 兆瓦的浮动太阳能发电厂拥有 2 兆瓦时容量的储能。这些电池将在停电期间为麦考尔营地供电。

2.BIPV太阳能技术使建筑物自我维持

未来，我们不会在屋顶安装太阳能电池板来为建筑物供电——它们本身将成为能源发电设备。光伏建筑一体化 (BIPV) 技术旨在将太阳能元件用作建筑部件，这些部件将成为未来办公室或房屋的电力供应商。总而言之，BIPV 技术让业主节省了电力成本，随后又节省了太阳能电池板安装系统的成本。

不过，这不是用面板替换墙壁和窗户并创建“工作箱”。太阳能元素要自然融合，不影响人们的工作和生活方式。例如，光伏玻璃看起来像普通玻璃，但同时它收集了来自太阳的所有能量。

尽管 BIPV 技术可以追溯到 1970 年代，但它直到最近才爆发：太阳能元件变得更容易获得、更高效和更广泛。顺应潮流，一些写字楼业主开始将光伏元件集成到他们现有的建筑物中。这被称为建筑应用光伏。使用最强大的BIPV太阳能电池板系统建造建筑物甚至成为企业家之间的竞争。显然，您的企业越环保，其形象就越好。看来，亚洲清洁资本（ACC） 在中国东部的一家造船厂 以其 19MW 的装机量获得了奖杯。

3.太阳能皮肤将面板变成广告空间

太阳能皮肤基本上是太阳能电池板的包裹物，让模块保持其效率并在其上显示任何东西。如果您不喜欢太阳能电池板在屋顶或墙壁上的外观，这种新颖的 RV 技术可让您隐藏太阳能电池板 - 只需选择合适的自定义图像，如屋顶瓦片或草坪。

新技术不仅关乎美观，还关乎利润：企业可以将他们的太阳能电池板系统变成广告横幅。可以自定义皮肤，以便它们显示，例如，公司的标志或市场上的新产品。更重要的是，太阳能皮肤为您提供了监控模块性能的选项。缺点是成本：对于太阳能薄膜皮肤，您必须在太阳能电池板价格的基础上多支付 10%。然而，随着太阳能皮肤技术的进一步发展，我们可以预期价格下降的幅度越大。

4.太阳能面料可以让你的T恤为你的手机充 电

大多数最新的太阳能创新来自亚洲。因此，日本工程师负责开发太阳能织物也就不足为奇了。既然我们已经将太阳能电池集成到建筑物中，那么为什么不对布料做同样的事情呢？太阳能织物可用于制作衣服、帐篷、窗帘：就像面板一样，它可以捕获太阳辐射并从中发电。

使用太阳能织物的可能性是无穷无尽的。太阳能灯丝被编织成纺织品，因此您可以轻松地将它们折叠并包裹在任何东西上。想象一下，您有一个由太阳能织物制成的智能手机外壳。然后，只需躺在阳光下的桌子上，您的智能手机就会被充电。从理论上讲，你可以简单地用太阳能织物包裹你家的屋顶。这种织物将像面板一样产生太阳能，但您无需支付安装费用。当然，屋顶标准太阳能电池板的功率输出仍然高于太阳能织物。

5.太阳能隔音屏障将高速公路的轰鸣声变成绿色能源

太阳能隔音屏障 (PVNB) 已经在欧洲广泛使用，并且也开始出现在美国。这个想法很简单：建造隔音屏障以保护城镇和村庄的人们免受高速公路交通噪音的影响。它们提供了很大的表面积，为了利用它，工程师们想出了一个在其中添加太阳能元素的想法。第一个 PVNB 于 1989 年出现在瑞士，现在拥有 PVNB 的高速公路数量最多的是德国，2017 年安装了创纪录的 18 个障碍物。在美国，这种障碍物的建设直到几年前才开始，但现在我们希望在每个州都能看到它们。

光伏隔音屏障的成本效益目前值得怀疑. 这在很大程度上取决于添加的太阳能元素的类型、该地区的电价和政府对可再生能源的激励措施。例如，德国人甚至不清洗他们的隔音屏障，因为它所带来的效率提高在经济上是不合理的。然而，光伏组件的效率在不断提高，而价格却在下降。这就是让太阳能交通隔音屏障越来越有吸引力的原因。

光伏发电技术的关键元件是太阳能光伏电池。太阳能光伏电池的发展，大致可以分为三代。第一代是硅系太阳能电池；第二代是薄膜太阳能电池；高倍聚光电池、有机太阳能电池、柔性太阳能电池、染料敏化纳米太阳能电池等新技术则统称为第三代太阳能电池。目前，主流的是第一代硅系太阳能电池，薄膜电池的市场份额正在逐步扩大，第三代电池除了高倍聚光电池外，大部分还处于实验室研发阶段。

硅系太阳能电池

硅系太阳能电池中，单晶硅技术最为成熟。这种电池的效率与成本主要受其制造流程影响。制造流程主要分为铸锭、切片、扩散、制绒、丝网印刷和烧结等几个步骤。采用这种普通工艺流程生产的太阳能电池，光电转换效率一般在16%－18%。

单晶硅太阳能电池转换效率是最高的，但是成本也较高。多晶硅太阳能电池能够很好地降低成本，其优点是能直接制造出适于规模化生产的大尺寸方形硅锭，设备比较简单，因而制造过程简单、省电、节约硅材料，对材质要求也较低。

除了降低材料成本，降低太阳能电池的成本，主要通过两方面来实现，一是减少耗材，例如减小硅片的厚度；二是提高转换效率。提高效率的途径包括以下几方面：第一是增加光的吸收，如表面制绒、制备减反射层、减小正面电极的宽度等。第二是减少光生载流子的复合，提高光子利用率，如发射极钝化技术。第三是减小电阻，增加电极对光电流的吸收，如分区掺杂与背电场技术。

目前单晶硅太阳能电池光电转换效率的最高纪录，是新南威尔士大学PERL结构太阳电池创造的24.7%。其技术特点包括：硅表面磷掺杂的浓度较低，以减少表面的复合和避免表面“死层”的存在；前后表面电极下面局部采用高浓度扩散，以减小电极区复合并形成好的欧姆接触；通过光刻工艺使前表面电极变窄，增加了吸光面积；前表面电极采用更匹配的金属如钛、钯、银金属组合，减小电极与硅的接触电阻；电池的前后表面采用SiO2和点接触的方法以减少电池的表面复合。但是，该技术目前还没有实现产业化。

除了PERL技术以外，还可以采用其它技术提高转换效率。如BP Solar的表面刻槽绒面电池和背电极（EWT）穿越技术。前者主要是通过激光刻槽工艺减小正面电极的宽度，增加太阳光的吸收面积，规模化生产已能实现18.3%的效率；后者通过在电池上进行激光打孔，将正面的电极引到背面，从而增大了正面的吸光面积，能够实现21.3%的效率。

薄膜太阳能电池

晶硅太阳能电池效率高，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。但由于硅材料价格比较高，想大幅度降低其成本是非常困难的。为了寻找晶硅电池的替代产品，成本更低的薄膜太阳能电池应运而生。主流的薄膜电池有硅基薄膜电池、碲化镉 (CdTe)薄膜电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池三种类型。

硅基薄膜电池厚度仅为2微米，与厚度为180微米左右的晶体硅电池相比，硅材料的用量仅约为晶硅电池的1.5%，成本低廉。按照包含PN结数量的不同，硅基薄膜电池分为单结电池、双结电池以及多结电池，不同的PN结可以吸收不同波长的太阳光。目前单结电池的最高效率可达7%，双结可达10%。

由于材料吸光率好，碲化镉薄膜电池的转换效率比硅基薄膜电池要高一些，目前效率可达12%。但元素镉具有致癌作用且碲的天然储量有限，该电池长期发展受到一定的制约。

铜铟镓硒薄膜电池被认为是高效薄膜电池的未来发展方向，可通过制造工艺的调整提高对太阳光的吸收率，从而使得转换效率得到提升。目前，实验室的转换效率可达20.1%，产品效率可达13－14%，是所有薄膜电池里面最高的一种。

第三代电池

第三代电池理论上可以实现较高的转换效率。现阶段除了聚光电池外，大多数还处于实验室研究阶段。

聚光电池一般采用III-V族半导体材料，主要是因为III-V族半导体具有比硅高得多的耐高温特性，在高照度下仍具有高的光电转换效率，而且多结的结构使它们的吸收光谱和太阳光光谱接近一致，理论上的转换效率可达68%。目前使用最多的是由锗、砷化镓、镓铟磷3种不同的半导体材料形成3个PN结。若是进行规模化生产，效率可达40%以上。

太阳能电池经封装成为太阳能组件，不同太阳能电池的应用取决于自身特点与市场需求的发展。早期的太阳能主要应用于通讯基站和人造卫星等，后来逐渐进入民用领域，如太阳能屋顶。在这些场景下，安装面积小，能量密度需求高，因而晶体硅组件占据了主要的市场份额。随着大型太阳能荒漠电站以及光伏建筑的发展，综合成本逐渐取代能量密度成为了考虑的重要因素，薄膜电池的应用呈现上升趋势。除此之外，不同技术的应用还受使用环境、气候条件等其他因素的影响。

太阳能光伏技术的应用

要把太阳辐射转化为可供人们使用的电力，需要一套完整的太阳能光伏系统。太阳能光伏电池是太阳能光伏系统的重要组成部分，是整个系统的基础。除此之外，光伏系统还包括逆变器、蓄电池、监控器、配电系统等。

光伏系统的分类与组成

根据是否并网，太阳能光伏系统分为离网系统与并网系统两大类。离网系统又可分为独立光伏系统与混合供电系统。

独立光伏系统一般在通信基站、太阳能路灯、偏远山区供电等场合，全部采用太阳能作为能源供应。系统组成主要包括太阳能组件、逆变器、控制器、蓄电池、配电系统、防雷接地系统等，其中，储能装备（蓄电池）与控制器是影响系统成本与寿命的关键因素。混合供电系统除了太阳能电池外，还包括油机或者风机等，采用太阳能与其他能源共同作为能源供应。

并网技术一般应用在太阳能屋顶和大规模的光伏电站。并网光伏系统不需要储能设备，成本较低，主要组成包括太阳能组件、逆变器、配电系统、防雷接地系统、监控系统等。目前，并网系统占所有太阳能应用的80%。

光伏发电的其他技术

除了太阳能光伏电池技术之外，逆变技术、并网技术、储能技术、智能监控技术等技术都关系到太阳能光伏发电系统应用与发展。原因在于：第一，太阳能电池的输出功率会随着阳光辐射强度的变化而变化，具有间歇性的特点，而且，大规模并网会对电网造成冲击，做好并网控制与孤岛保护十分关键。第二，太阳能组件输出电流为直流电，需要经逆变器逆变为交流电，对逆变电能质量要求比较高。第三，组件功率输出受温度、阴影遮蔽等因素的影响，会出现光伏阵列功率失配的问题，因而系统监控与报警系统是重要的技术环节。最后，由于大多数光伏电站处在偏远的地区，远程控制技术也非常重要。

我国在太阳能组件生产的质量与规模上已经处于世界领先的位置。从整个产业链来看，高利润点集中在了硅材料提纯、逆变器与监控系统、光伏装备制造等技术含量高的环节。如何在这些关键的技术点上取得突破，是我国光伏产业面临的挑战。

1.国内研究现状

我国大部分太阳能光伏发电系统都是解决偏远地区人民生活和部分企业生产的能源利用系统。太阳能光伏发电系统的研究还处于起步阶段。建成的光伏系统只为少数用户提供很少的电力,发电量也很小。它在整个电网中的作用可以忽略不计,可以认为不会影响电网[10]。光伏并网发电技术的研究受到高度重视。"十一五"期间,中国对并网技术和大型光伏电站进行了深入研究。取得了可喜的进展。在此基础上,中国先后建成了5千瓦和10千瓦并网光伏示范电站。中国科技部将光伏发电技术列为国家重点发展课题,加大对光伏发电系统设计的投入。R&控制器的研发和轻型逆变器的开发加快了光伏产业的发展,国家投入了大量资金,许多重要省份都建设了光伏示范电站,大力推动了全省光伏产业的发展,为中国光伏产业做出了重要贡献。

2.国外研究现状

能源是经济增长和社会发展的强大直接动力。国际经济已从高速增长转向中高速增长。我们看到国际社会发展绿色资源的决心,认识到高能耗、高污染、高能源利用率、低能源利用率和严重环境污染的特点。旧开发道路的高成本处理难以维护。世界各国都在大力推广光伏发电系统的应用。光伏并网发电是世界太阳能光伏发电技术发展的主要趋势。光伏发电系统的使用主要从初始投资补贴和应用层开始[11]。例如,德国在1998年和1999年,为了促进光伏产业的发展,先后启动了1000户屋顶项目和10万户屋顶项目。韩国政府已采取政策支持初始投资和补贴。韩国建造了世界上最大的24兆瓦光伏电站,以提高发电效率。系统采用最新技术实现阳光跟踪,太阳能电池板自动摆动,最终生产效率比固定装置高15%[12]。加拿大制定了一系列政策。根据这些政策,500千瓦以下的光伏系统可以在并网线路上提供多余的电力,从而获得一定的效益,在满足自身使用要求的前提下,所有500千瓦以上的系统都可以并网实现盈利。

二、光伏系统及光伏产业分析

1.光伏发电系统的分类及发电原理

太阳能系统根据是否并网可分为独立系统和并网系统。然而,不同之处在于独立光伏系统非常复杂,需要电池作为能量储备。并网光伏发电系统可直接接入公共电网,项目少,结构简单。

无论是独立发电系统还是并网发电系统,其主要部件是太阳能电池板、控制器和逆变器[16]。太阳能电池和逆变器在控制器的控制下协调工作。太阳能电池的原理相对简单,市场上常见的类型通常是半导体。当阳光照射到表面时,光子能量被电子吸收,导致电子从p型半导体转变为n型半导体,从而导致电子和空穴的积累。当导体连接形成回路时,半导体接触面处的电压将下降,外部电流将下降[17]。太阳能电池的发电原理如图所示。另一种电池板结构正在市场上出现。有机物均匀地悬浮在薄膜表面,具有重量轻、成本低的优点。

2.太阳能光伏发电系统组成

光伏发电系统由太阳能电池阵列、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、滤波电路等组成。太阳能光伏发电可分为一级能量转换和多级能量转换。广泛使用的能量转换方法是一阶能量转换。

光伏系统有一些常见参数。最常用的是装机容量和发电量。装机容量等于面板面积的乘积。光伏系统的平均日照强度和光电转换效率,其中光强为单位面积的平均光能强度,单位为w/m2[20]。光伏发电系统的发电能力等于装机容量、有效日照时间和综合系数的乘积。公式中的综合系数受多种因素影响,因此在确定最终效率系数时应考虑光伏板的角度、传输损耗和能量转换损耗[21]。太阳能光伏系统的安装也是讨论的热点问题之一,即太阳能电池板的最佳位置。根据区域环境,照明方向等因素可能对安装位置有不同的要求。

三、太阳能光伏发电技术的应用

1.并网逆变器技术

根据直流电源的不同特点,逆变器可分为电流源和电压源。由于电压型逆变器结构简单,控制技术成熟可靠。电压型逆变器比电流型逆变器效率高。因此,电压型逆变器通常用于光伏并网系统并网光伏逆变器可分为绝缘型和非绝缘型。根据并网光伏系统的输入侧和输出侧之间是否存在电气绝缘,并网光伏逆变器可分为工频绝缘型和高频绝缘型,这取决于并网光伏逆变器的工作频率。绝缘变压器的操作。

在实际应用中,非线性负载广泛存在于用户端和网络端。半波负载和整流桥电路是常见的非线性负载形式。整流桥电路是电力电子器件中最常见的输入电路形式,也是目前最常见的非线性负载形式。非线性负载造成的最大危害是系统电压、电流波形的畸变,导致系统输出波形质量下降。因此,我国现行相关标准明确规定了并网逆变器输出波形质量的技术指标。谐波是影响并网逆变器输出波形质量的两个关键因素。光伏并网逆变器的输出存在直流注入问题,即并网电流中存在直流分量。近年来,随着无绝缘并网逆变器的广泛应用,这一问题造成的危害越来越严重,引起了人们的广泛关注。

在采用非绝缘并网逆变器的光伏系统中,直流分量将直接注入电网,对电网造成严重危害,如各级变电站变压器的直流偏磁。在使用并网逆变器的并网光伏系统中,虽然隔离变压器可以在一定程度上抑制并网逆变器的输出直流分量,但磁芯饱和,输出波形畸变,损耗增大,使用寿命缩短,这也将导致成本的显著增加,并且直流分量也会损坏变压器本身。西班牙学者对逆变器输出直流分量的研究结果表明,光伏逆变器并网电流中仍然存在直流分量。因此,对光伏并网逆变器直流注入的研究具有重要的现实意义。

2.高、低电压穿越技术

近年来,随着光伏并网发电的快速发展和广泛应用,光伏发电在世界能源消费和供电中的比重越来越高。一旦电网出现故障,电网的安全性就越来越高。传统的高穿透率(在电网中所占比例)的光伏电源断开,进一步恶化了电网运行,造成严重事故,无法满足电力系统正常运行的要求。中国国家电网公司也颁布了《光伏电站并网技术规定》,明确规定当电网出现异常时,以小型光伏电站为负荷,尽快切断电网;对于大中型光伏电站,应考虑作为电源,具有一定的低压过流能力,并为系统提供无功功率支持,以维持电网稳定。并网逆变器过流技术的研究主要集中在风力发电的低压过流方面。到-D。当事故或电力系统中断导致供电和电网电压下降时,并网电源能保证在一定的电压下降范围和时间间隔内连续运行(无需接通电网)。本文主要研究大型光伏电站的低压过流问题。这是因为当电网电压下降时,作为并网电源接口的并网逆变器由于其电流容量的限制而降低了电网的注入功率。因此,输入和输出功率的不平衡将导致直流侧过压。如果直流电压保持稳定,并网逆变器的输出电流过大,危及电力电子设备的安全。

另外,根据光伏阵列的特性,光伏阵列的输出功率随着输出电压的增加而降低,直至达到开路电压,输出功率为零。因此,目前对光伏并网电源低压过流的研究主要是为了抑制光伏并网逆变器的过流。与低压开关相对应的高压开关技术一直没有得到足够的重视。目前,我国的相关规定主要是离网运行。由于风电一般位于电网末端,电网电压波动主要由落差引起,交叉口必须以低压为主因此,一旦电网电压突然升高,也有必要对光伏并网电源的高压开关进行研究。

3.无互联线并联技术

随着世界经济的发展和电力设备的日益增多,人们对电力系统的功率水平和可靠性提出了越来越高的要求。由于逆变电源功率电平的限制,人们对逆变电源的要求越来越高。单台逆变器的供电方式已不能满足大功率、超高功率的要求。因此,重点是通过多个逆变器模块的并联运行来提高逆变器的功率水平。逆变器并联技术不仅是电力系统向大功率发展的重要手段。同时,它也是从集中式向分布式发展的关键技术。它出现于21世纪初,并在随后的几年中得到了迅速的发展和应用。美国、德国、日本等发达国家对此进行了深入的研究。

在逆变器并联的实际应用中,由于逆变器的控制信号线,并联互联线已成为逆变器并联的主要方式,实现了逆变器模块之间的信息共享。与平行联络线相比,无平行联络线的平行联络线具有冗余度好、可靠性高、容量和维护方便、应用前景广阔等优点。无互联并联虽然不能满足实际应用的要求,但对逆变器并联技术的发展和应用具有比并联互联更大的价值和意义。

对于并网逆变器,一般认为电网是一种无限理想电源,因此不必考虑并联控制问题。近年来,随着并网光伏发电在世界范围内的快速发展和我国的大力推广,对于运行在电网低压侧的单相并网民用光伏逆变器来说,电网已经不能简单理想化。此时,并网光伏逆变器可被视为在没有互联线路的情况下以并联模式运行。因此,从这一角度研究光伏并网逆变器的非互联并联技术是非常必要的。

三、太阳能光伏发电技术的应用

1.经济效益

由于太阳能资源是免费的,随着科学技术的发展,整个系统的安装成本一直在合理的范围内,太阳能光伏系统的经济效益非常高。根据仿真结果,分析了光伏发电日实测发电量和月实测发电量,得出了发电量由低太阳辐射向高太阳辐射的变化规律。平均日发电量为31KW,月发电量为930kw。由于吉林省的环境因素,一年中每个月的发电效率都会有显著差异。通过可用度与月份的关系,得出吉林省光伏发电效率,年发电量为8300kw。通过仿真结果、每小时实测和标定的功率光伏输出、实测和预测的瞬时功率对比、实测和预测的能量光伏输出,得出电能转换效率。

2.环境效益

光伏发电系统运行期间无废气排放,不会影响环境空气质量。当没有废水时,不会影响水环境和土壤环境。本项目无明显噪声源,不会影响周边环境敏感目标。项目建成后,植被未受到破坏,未使用大型土建工程。不会造成水土流失,不会影响景观环境。项目建成后,用电方式不会对生态环境造成影响

太阳能光伏发电目前存在的问题及策略

(一)太阳能光伏发电目前存在的问题

1.产能相对过剩,引导多晶硅行业健康发展,避免行业过度竞争,促进节能减排。国家将多晶硅产业划分为产能过剩产业,通过经济和行政手段,坚决遏制多晶硅产能过剩和重复建设的趋势。中国各地区和城市正面临新一轮能源开发浪潮。100多个城市提出建设新能源基地。2008年,中国多晶硅产能为2万吨,产量约为4000吨。在建产能约8万吨,产能明显过剩。短短两年,一个高投入、高收益、高门槛的朝阳产业迅速转型为产能过剩产业,这再次表明,在中国大工业时代,我们已经形成了供给不足、大小项目结合、产能过剩的共同产业,淘汰落后的生产能力。

2.中国海外光伏市场和原材料发展缓慢。目前,太阳能光伏产业处于上游多晶硅材料和下游国外应用的两端,98%的国内太阳能电池出口。这相当于国内生产大量能源的短缺。原材料在国外。世界上有四个国家,美国、日本、德国和俄罗斯,能够生产出优质多晶硅。这四个国家都是半导体生产国。中国也可以生产多晶硅,但产业水平和技术含量不同。在环境保护的各个方面,能源消耗远远落后于国外先进水平,应该说中国没有特别成熟的企业。光伏产业是典型的"国外双端"产业,意味着我国能源消耗大,污染严重。然而,中国清洁能源的产生也是人们质疑光伏产业的一个重要原因。

2.促进太阳能光伏行业的发展对策

在2019年中国光伏发电高层论坛上,专家一致认为,尽管全球太阳能光伏产业已进入调整阶段,但发展趋势不会改变。太阳能产业是新能源产业中最具发展前景的产业。因此,多晶硅企业的投产步伐,具有良好的基础,可以进行调整,实践内部技能,稳定制度,提高质量,减少消费,适应市场变化。