光伏模块光伏效应

光伏模块的工作原理是光伏效应，“光伏效应”全称“光生伏特效”，是指光照使不均匀半导体或半导体与全属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程，其次是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。太阳能发电，其基本原理就是“光伏效应”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作，因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术 。

光伏模块是一种光电转换装置，只要存在太阳光照，光伏模块就会发电，如果它们在第一年中性能良好，那么在以后很长一段时间内，它们很有可能继续维持良好性能。然而，有一个问题可能并不可靠，系统性能上报较差的原因是制造商对于模块发电量的过高估计。迄今为止，还没有光伏模块运行时间超过其使用寿命的案例。如果会出现问题，那很有可能是在模块的汇流箱。因为汇流箱基本直接暴露在自然环境中并安装在玻璃表面背面，它们所承受的温度比周围环境更高。在运行10-15年以后，会出现腐蚀现象。如果电缆总是从底部引出的，而且有冷凝水排水设施，则有可能减缓腐蚀。

光伏模块的可靠性问题的完整叙述应包括从蓄意破坏到被盗窃等问题。光伏模块因其固有功能的缘故，必定是要暴露在外的。在非建筑构筑物上安装光伏的案例(如街道路灯)中，它们通常是独立安装的。因此，它们易受到蓄意破坏者的损坏。蓄意破坏和盗窃的可能性只能在系统设计时尽量避免。光伏模块应该安放在人们难以接近的地方并加装防盗锁 。

本研究基于分布式最大功率跟踪的概念，提出并探索一种嵌入式光伏发电模块的一体化技术。所提方案利用并联型的电力电子开关网络替代传统光伏板接线盒中的旁路二极管，通过功率差额补偿的原理消除模块内部各个光伏电池组之间因失配现象造成的功率失衡问题，提高模块的抗扰性和运行效率；同时在模块输出侧通过最大功率控制实现恒功率的输出特性，提高基于该模块的光伏阵列电产率。研究内容从嵌入式光伏模块的拓扑演化、协同控制策略优化、数学模型建立和级联特性分析几方面依次展开，旨在寻求嵌入式电路和光伏电池板一体化的解决思路，构造高抗扰性、高效率的紧凑型、模块化光伏发电单元，力争为光伏系统的无扰发电、高效馈电、稳定消纳提供一条具有指导意义的新思路。

太阳能发电技术在实际的应用场合中，常常因为失配现象造成光伏系统的输出特性曲线呈现多个峰值，导致传统最大功率跟踪算法失效；另一方面，由于光伏组件之间串、并联的结构，现有的控制策略无法使每个光伏组件在失配条件下均工作在各自的最大功率点。上述问题广泛存在于不同功率等级的光伏系统中，严重影响系统电产率，是目前光伏发电领域亟待解决的热点和难点问题。因此，研究失配条件下光伏系统的最优功率控制策略，实现光伏组件功率的尽限输出具有重要的意义。 本项目首先从最大功率跟踪算法角度出发，对全局最大功率跟踪算法进行研究和优化。论文首先比较了现有全局最大功率跟踪算法的优劣，并提出了一种基于改进型模拟退火法的人工智能全局最大功率跟踪算法。该算法可以快速、准确地在任意失配条件下找到多峰值曲线上的全局最大功率点，同时相比较现有算法，具备了应对环境突变的自重启能力，自适应的终止条件和智能化的邻域调节机制，在追踪精度、收敛速度和算法稳定性等方面都取得了改进。 其次，为了更好地消除失配问题带来的影响，本研究从电路拓扑及控制策略的角度研究了嵌入型光伏模块。结合目前的研究成果，针对全功率控制型结构和差额功率控制型结构分别进行了深入的探讨和分析。 本研究先研究了基于全功率控制结构的光伏模块，提出了一种基于单电感-单传感器结构的光伏模块拓扑及分时控制策略。该方案仅用一组无源器件、一个电流传感器和一个控制芯片就能完全消除光伏模块内由失配问题造成的功率损失，使所有光伏子模块均能输出各自的最大功率。相比较现有的工业界方案，本结构在保证理想最大功率输出的基础上，大大减少了嵌入式全功率结构光伏模块的器件数量和控制复杂度，进一步提高了模块的可集成度。 与此同时，本研究针对全功率控制型光伏模块中变换器处理功率高、损耗大、效率低的自身固有缺陷，就差额功率控制型光伏模块进行了分析和探讨，在掌握基于该结构的嵌入式光伏模块运行机理的基础上，提出了一种多级分时自适应的最大功率跟踪控制策略，在不影响电产率的情况下，减少了模块运行所需的器件数量，降低了成本，提高了系统的集成度。 最后，本研究针对基于光伏优化模块的光伏发电系统级特性也进行了深入的分析和量化的评估，通过所搭建的能效模型可以对失配问题带来的能量损失进行预测和评估。同时针对不同的系统结构，本研究也展开了详细的讨论。

光伏是光生伏特的简称，简单来说就是光转变成电的一种现象。也就是利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为“光伏产业”，包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。

根据这种效应生产的产品应该都可以算得上光伏产品了。太阳能光伏产品：光伏模块及组件、光伏模块及组件生产设备、农村光伏发电系统、光伏设备安装及配件、并网光伏系统及光伏输配电器材等；光伏电源/电池、充电器、控制器、逆变器、水泵、太阳能发电系统设备、太阳能转换设备、燃料电池、硅太阳电池、薄膜太阳电池、多晶硅单晶硅电池/原材料、光伏幕墙玻璃、电池板切割机、检测设备、各种炉子；风-光-柴-蓄互补电站系统、光伏海水淡化系统、太阳能电动车、光伏制氢系统、光伏发电系统计算机应用软件；光伏发电系统检测设备。