为保护环境与减少化石能源压力，人们大力发展可再生的清洁能源，在这些能源中，人们对太阳能的使用最为广泛，太阳能发电技术被越来越多的应用到日常生活与生产中，太阳能发电站应运而生。法国奥德约太阳能发电站是世界上第一个实现太阳能发电的太阳能电站。虽然当时发电功率才64千瓦，但它为后来的太阳能电站的研究与设计奠定了基础。

发展

国内最早的太阳能热发电示范电站是南京玻纤院春辉公司与以色列魏兹曼研究院合作的南京江宁区70kW塔式太阳能热发电试验工程，于2005年建成并发电成功。“十一五”期间，在国家863计划支持下，中国科学院电工研究所等10家单位于北京八达岭开始建设1MW的太阳能塔式热发电实验项目，这是亚洲首座太阳能塔式热发电技术应用项目。该电站于2010年底实现并网发电，每年的发电量达到270万千瓦时。

甘肃、山东、江苏等在内的各地方政府都开始光热发电项目的建设准备工作并制定相应规划。目前国内规模最大的项目是内蒙古50兆瓦槽式太阳能热发电项目，该项目落户内蒙古鄂尔多斯市巴拉贡创业区，2011年6月开始招标。各大电力集团也开始积极布局，在全国各地开展光热发电前期工作，并预留了大量土地以备将来的大规模扩张。

装备情况

1982年美国建成了一座1000万千瓦的塔式太阳热中间试验电站。美国计划到2000年，太阳能发电站总装机容量将达4000万千瓦。2000年和2020年，生产的电量占总能量的百分比将是7%和25%。由于光热转换器(聚光器)需要占据较大的空间采光受热，设备偏大，以美国在加利福尼亚州计划建一座1万千瓦发电设备为例，集光装置达40万平方米，200万千瓦，则需占地50平方千米。据估计，大型太阳能发电站效率仅为30%左右。另外，太阳能发电站还需要有应付晚上和阴天用电需要的蓄电器，而所需的聚光器造价也较昂贵，发电经济性差，因此，影响了广泛地推广和应用。

最大发电站

位于美国加州和内华达州交界的莫哈韦沙漠的伊凡帕太阳能发电站是世界上最大的太阳能发电站，占地8平方公里。2017年3月该发电站开启。

在甘肃敦煌市西部的一片沙漠中将建起一座我国目前最大的太阳能发电站。

这个规模在10兆瓦的太阳能电站，是我国政府批准的第三个太阳能电站示范项目，另外的两个是255千瓦的内蒙古鄂尔多斯项目、1兆瓦的上海市崇明岛项目。

而这个即将在2009年3月20日公开招标的10兆瓦、投资仅在5个亿的项目却引来了全国50家光伏企业的争夺。“国企有华能、华电等五大发电集团、也有无锡尚德等民企，甚至也吸引了德国与丹麦外资企业。”

敦煌项目采取特许经营权的方式，国家发改委有一系列政策确保该项目的盈利前景。“这个项目可能为下一步国家制定光伏发电政策时提供依据。谁获得了这个项目，也就意味着在未来获得了政策和经验等方面的先发优势。”业界人士说，这一项目的成行也许将真正激活光伏发电的国内市场，改变其两头在外的格局。

科普知识

原理

太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

1.太阳能电池组件

太阳能电池组件是发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵(阵列)，再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。

2.充电控制器

在太阳能发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。高级的控制器可以同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。控制器主要功能如下：

1) 过充保护 避免蓄电池因充电电压过高而造成损坏。

2) 过放保护 避免蓄电池因放电到过低的电压而损坏。

3) 防反接功能 避免蓄电池及太阳能电池板因正负极接反而不能使用甚至酿成事故。

4) 防雷击功能 避免因雷击而损坏整个系统。

5) 温度补偿 主要针对温差大的地方，保证蓄电池处于最佳的充电效果。

6) 定时功能 控制负载的工作时间，避免能源浪费。

7) 过流保护 当负载过大或短路时，自动切断负载，保证系统的安全运。

8) 过热保护 当系统工作温度过高时，自动停止给负载供电，故障排除后，自动恢复正常工作。

9) 自动识别电压 对于不同的系统工作电压，自动识别，无须另外设置。

3.蓄电池

蓄电池作用是将太阳能电池方阵发出直流电贮存起来, 供负载使用。在光伏发电系统中, 蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此, 要求蓄电池的自放电要小, 而且充电效率要高, 同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。

4.逆变器

绝大多数用电器，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作，要想这类用电器能正常工作，太阳能发电系统需要将直流电变换成交流电，具有这种功能的电力电子设备称作逆变器。逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。

计算方法

下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：

1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)：若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%=111W; 若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

2.计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。

3.充电控制器的选择：130W的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器。

4.蓄电池的选择：若采用12V的蓄电池，其放电深度为50%，则应使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄电池;若选择24V的蓄电池，则蓄电池的容量应为555Wh/24V/50%=45Ah。

估算与检测

太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。太阳能电池的转换效率一般在14~17%之间，每平方厘米的电池片，其输出功率在14~16mW,每平方米的太阳能电池组件输出功率约120WP.

太阳能电池组件的测试，需用专门的检测设备，在标准的条件下检测。由于检测设备非常昂贵，一般的检测方法是：利用碘钨灯或白炽灯，模拟太阳光，比较样品作对比测试，主要检测其开路电压与短路电流，检测的时候注意控制温度，不能超过25℃。

基本计算公式

功率=电压X电流 (W=UI) 用电量=功率X时间(Q=Wh)

发电需注意问题

太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素，只有掌握了准确的资料后，才能确定电池板的安装方式、最低功率、规格(太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量)及蓄电池的容量、性能及控制方式。使产品达到最佳性价比。如果对相关因素的估算失误，就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价。

(1)现场的地理位置.。

包括：地点、纬度、经度、海拔等。

(2)安装地点的气象条件。

包括：逐月太阳能总辐射量，直接辐射量(或日照百分比)，年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。

(3)最大负载量。

包括：负载每天工作时间及平均耗电量，连续阴雨天需工作的时间。

(4)负载用电特性

由于太阳能电池阵列输出的电流是直流，如果负载是交流的话，需要经过逆变器的转换，才能正常工作，这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大，从而所需太阳能电池就会增大，导致太阳能供电系统造价增大。

(5)交流负载对电源的要求

交流负载除了需要更大的太阳能电池板外，对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝，对逆变器要求不高，可用普通的修正波逆变器。而电视、电动机对电源要求相对要高，需要的逆变器功率及输出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆变器，才能保证负载能正常工作，不受干扰。负载要求不同，造价也不同。

(6)使用限制

由于部分国家和地区，对蓄电池有特定的环保要求，特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制，还有铅酸电池在运输方面也会受到限制，这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大。

产品的一般要求

(1)防水、防雹、防风。

一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装，外框用铝合金封装，能有效抵御冰雹袭击，安装用金属支架固定，能抵御10级以上大风。

(2)防晒、防冻。

一般都有通风、散热窗子，以利于蓄电池散热。对于冬季特别寒冷地区，蓄电池采用防凝固的胶体电池。

(3)控制保护

为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命，一般都有防反充、过充、过放保护电路控制，避免损坏电池板及蓄电池过早的老化。

(4)零件选择

由于太阳能光电产品使用环境不同，温度相差较大，因此要求零件的工作温度范围要宽。

(5)维护

太阳电池发电系统没有活动部件，不容易损坏，其维护也非常简便。不过也需做定期维护，否则可能影响正常使用，甚至缩短使用寿命。

一般来说，太阳电池板方阵倾角应超过30度，所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁，在风沙较大地区，应当经常清除灰尘，保持方阵表面的干净，以免影响发电量。清洁时可拭去灰尘，有条件时可用清水清洗，再用干净抹布擦干。切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭。定期检查所有安装部件的紧固程度。遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气，应及时采用保护措施。经常检查蓄电池的充放电情况，随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。

在一些简单的系统中应根据蓄能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放电而损坏。发现有异常情况应当立即检查、维修。

应用需明确的问题

1.太阳能电池峰值功率

普遍存在的一个问题就是：认为只要有阳光就可以输出额定功率， 100WP的峰值功率，如果在普通光照条件下，照射10小时，就可发电1000WH，也就是1度电，其实太阳能峰值功率WP是在标准条件下：辐射强度1000W/m，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。(这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多)按广东地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为3.3~3.5小时。在阴雨天，太阳电池也可以产生一定的能量，它的功率大约在额定功率的5-15%

2.太阳能发电损耗

通常误认为：太阳能电池组件每天输出的电量会被负载全部利用。实际上，太阳能电池组件安装存在相当大的损耗，大约在15~20%，充电、放电过程中，损耗在20%左右，如果有逆变器，损耗在10%以上，总的来说，太阳能发电利用率大约在50%左右。总之，所有能量转换过程中，都必须遵循能量守恒的定律，绝对不会无中生有，也不会百分百利用。

3.如何降低太阳能发电损耗

一般来讲，为了尽可能降低损耗，常采取如下措施：

⑴太阳能电池组件倾斜，与光线成垂直角度，一般广东地区倾斜35~40度。

⑵太阳能电池所有组件开路电压、短路电流、工作电压、工作电流等参数尽量一致，连接电缆尽可能粗些、短些。

⑶蓄电池如果采用串联，所有的单元内阻尽量一致，尽可能小。

⑷为了减少线路间的损耗，条件允许的话，尽可能采用高电压、低电流的方案，这样使线路承受的电流尽可能小，从而降低损耗。在设计控制电路时，尽可能采用集成化高的、稳定性好的元器件。

效益对比

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。这样，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应然而生，在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。

*对比一

市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。

太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

*对比二

市电照明灯具电费高昂：市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。

太阳能照明灯具免电费：太阳能照明灯具是一次性投入，长期受益，维护成本低。

*对比三

市电照明灯具有安全隐患：市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。

太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠太阳能照明的其它优势：绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点;可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护。

营运流程

国内光伏电站从立项—设计---建设---并网运营的全部流程，并与说明。鉴于如何有效地控制成本、提高收益率是投资商们的核心关注点，光伏电站投资项目首期建设成本自然成为重点。而光伏电站作为一个长期运营投资的项目，整体的光伏发电系统25年稳定运营的可靠性更应予以重视。

太阳能发电站的应用领域越来越多，使用率大大增加，这都说明太阳能发电为我们人类带来了众多方便与好处，未来，太阳能发电站的投资使用将更上一个新台阶，为绿色环保新生活带来更多的方便！