太陽(yáng)能發(fā)電是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,。太陽(yáng)能電池組件（Solar cells）是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置,，在廣大的無(wú)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(guó)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(guó)外技術(shù)研究趨于成熟且初具產(chǎn)業(yè)化的是“光伏--建筑（照明）一體化”技術(shù),，而國(guó)內(nèi)主要研究生產(chǎn)適用于無(wú)電地區(qū)家庭照明用的小型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng),。

　　1　太陽(yáng)能發(fā)電原理

　　太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電源系統(tǒng)

　　太陽(yáng)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,。

　?。?）　電池單元：

　　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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(shì)壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng),，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc,，開(kāi)路電壓Uoc,。若在內(nèi)建電場(chǎng)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(guò)，太陽(yáng)能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的功率P輸出,。

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

　?。?）　電能儲(chǔ)存單元：

　　太陽(yáng)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(wú)日照時(shí)間決定,。

　　1.2　控制器

　　控制器的主要功能是使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點(diǎn)附近,，以獲得最高效率。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)行于最大功率點(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(kāi)路或接反時(shí)切斷開(kāi)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(yáng)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,。

　　1.3　DC-AC逆變器：

　　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(guò)全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過(guò)調(diào)制,、濾波,、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率f,，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(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的效率

　　在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總效率ηese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(duì)于太陽(yáng)能電池技術(shù)來(lái)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(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)和難點(diǎn),。太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái),，晶體硅作為主角材料保持著統(tǒng)治地位,。目前對(duì)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(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率見(jiàn)表1,。

　　充分利用太陽(yáng)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--建筑照明一體化

　　目前成功地把太陽(yáng)能組件和建筑構(gòu)件加以整合，如太陽(yáng)能屋面（頂）,、墻壁及門窗等,，實(shí)現(xiàn)了“光伏--建筑照明一體化（BIPV）”。1997年6月,，美國(guó)宣布了以總統(tǒng)命名的“太陽(yáng)能百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”,，在2010年以前為100萬(wàn)座住宅實(shí)施太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。日本“新陽(yáng)光計(jì)劃”已在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(yáng)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(guó)僅用一年兩個(gè)月建成了全球首座零排放太陽(yáng)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(yáng)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(zhǎng)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(guó)WIP公司和捷克合作,，建成了世界第一面彩色PV幕墻。印度西孟加拉邦為一無(wú)電島117家村民安裝了12.5kW的BIPV,。國(guó)內(nèi)常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種“太陽(yáng)房”,，把發(fā)電、節(jié)能,、環(huán)保,、增值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結(jié)合起來(lái),，稱為太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)（SPBS）,，SPBS已于2000年9月20日通過(guò)專家論證。近日在上海浦東建成了國(guó)內(nèi)首座太陽(yáng)能--照明一體化的公廁,，所有用電由屋頂太陽(yáng)能電池提供,。這將有力地推動(dòng)太陽(yáng)能建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)中的太陽(yáng)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(guò)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(kāi)啟次數(shù)＞1000次。②自激推挽振蕩（簡(jiǎn)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,。④自激單管振蕩（簡(jiǎn)單式）電路等方式的高效節(jié)能綠色光源,。

　　4　結(jié)束語(yǔ)

　　綠色能源和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題是本世紀(jì)人類面臨的重大課題，開(kāi)發(fā)新能源，對(duì)現(xiàn)有能源的充分合理利用已經(jīng)得到各國(guó)政府的極大重視,。太陽(yáng)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(yáng)能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開(kāi)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(guó)“綠色照明工程”的快速發(fā)展,。