趙娟妮 皇甫國

（西安烽火光伏科技股份有限公司，陜西 西安710077）

0 引言

當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始將目光投向太陽能的開發(fā)應(yīng)用。太陽能能量的轉(zhuǎn)化方式主要分為：光化學(xué)轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換及光電轉(zhuǎn)換[1]。本文重點(diǎn)討論光電轉(zhuǎn)換，即目前備受世人矚目的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。

1 太陽能光伏發(fā)電

1.1 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其優(yōu)勢

1954 年， 美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的Chapin 等研制出了世界上第一塊真正意義上的硅太陽電池[2]，光電轉(zhuǎn)化效率僅為6%左右，從此拉開了現(xiàn)代太陽能光伏的研究、開發(fā)和應(yīng)用的序幕。

太陽能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的系統(tǒng)具有安全可靠、無噪聲、無污染、能量隨處可得、無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件、故障率低、維護(hù)簡便的特點(diǎn)。

1.2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

20 世紀(jì)70 年代后，能源危機(jī)和大氣污染問題日益突出，全世界都把目光投向了可再生資源，太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢：豐富的太陽能輻射能，無污染、“取之不盡，用之不竭”，成為了人們重視的焦點(diǎn)。

20 世紀(jì)90 年代后，光伏發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展。 美國、歐洲和日本先后制定了太陽能發(fā)展計劃，由政府負(fù)責(zé)提供部分研究開發(fā)資金和相關(guān)的產(chǎn)業(yè)扶持政策[3]。

1980 年以后， 我國的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃和國家重大基礎(chǔ)研究計劃項(xiàng)目等都對太陽能光伏研究和開發(fā)給予了重要支持[1]。 2002年，我國政府啟動“光明工程”，投入資金20 億元人民幣，重點(diǎn)發(fā)展太陽能光伏發(fā)電。

1.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

世界觀察研究所曾在報告中指出[4]，利用太陽能獲取電力已成為全球發(fā)展最快的能量補(bǔ)給方式。 隨著光伏發(fā)電成本的下降，光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大，目前主要用于以下四個方面：

1.3.1 并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)；

1.3.2 離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)；

1.3.3 遠(yuǎn)離電網(wǎng)居民供電系統(tǒng)，包括家庭分散供電和獨(dú)立太陽能光伏電站的集中供電；

1.3.4 消費(fèi)性產(chǎn)品，如光伏計算器、太陽能照明燈具、太陽能收音機(jī)等。

2 便攜式系統(tǒng)

目前太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用形式，主要是固定式安裝光伏組件，這種發(fā)電系統(tǒng)主要以政府、企業(yè)或單位建設(shè)居多，特點(diǎn)是成本較高，容量較大，移動性不好。 針對以上系統(tǒng)特征，本文提出了便攜系統(tǒng)的概念。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

便攜系統(tǒng)為箱體式結(jié)構(gòu)，箱內(nèi)集成了可折疊光伏組件、鋰聚合物電池、逆控一體機(jī)及輸入輸出接口等部分，以下對主要部件進(jìn)行說明。

2.1.1 可折疊光伏組件

便攜系統(tǒng)采用新型可折疊光伏組件（見圖1），與傳統(tǒng)玻璃組件相比，無前罩、無鋼化玻璃、無鋁邊框，厚度可做到3mm，大大減輕了組件的重量；另一方面，可折疊光伏組件以數(shù)碼迷彩做底襯，使用時將組件展開，可通過配套的小型支架調(diào)整組件的向日傾角和方位角，以便更充分地接受太陽輻射能，增加發(fā)電量；使用結(jié)束后將其打包折疊，便于攜帶。折疊光伏組件采用新工藝，可以按用戶要求定制規(guī)格尺寸、折疊塊數(shù)、組件功率電壓。

圖1 新型可折疊光伏組件

2.1.2 鋰聚合物電池

便攜系統(tǒng)采用鋰聚合物電池替代目前廣泛使用的鉛酸電池。由于鋰聚合物電池具有可薄形化， 可任意面積化與可任意形狀等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)[5]，因此可以配合便攜系統(tǒng)的產(chǎn)品需求，做成任意容量與形狀的電池。

充放電特性方面，鋰聚合物電池采用高分子正極材料與鋰金屬無機(jī)化合物作為負(fù)極。 它的重量能量密度比是鉛酸電池的3～4 倍，循環(huán)使用壽命是鉛酸電池的2～3 倍，因其環(huán)保特性，被稱為“綠色電池”；穩(wěn)定性方面，由于采用高分子材料做電解質(zhì)，所以不會產(chǎn)生漏液及燃燒爆炸等情況,安全可靠。

2.1.3 控制器和逆變器是系統(tǒng)的核心部分，控制器主要作用是使太陽能電池和蓄電池高效、安全、可靠地工作，以獲得最高效率并延長蓄電池壽命。逆變器則是將直流電逆變?yōu)榉€(wěn)定的交流電，為交流負(fù)載供電。市場上現(xiàn)有的控制器和逆變器是針對鉛酸蓄電池的而設(shè)計，由于蓄電池的單體電壓是2V，而鋰聚合物電池的單體電壓3.7V,這就要求在便攜系統(tǒng)中，必須參考鋰聚合物電池的充放電特性曲線重新研制逆控一體。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

便攜系統(tǒng)定位于“智能移動電源”，其主要特點(diǎn)為設(shè)備一體化、攜帶方便化、容量最優(yōu)化。

設(shè)備一體化主要體現(xiàn)在便攜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方面，將系統(tǒng)各部件合理集成于同一箱體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，箱體大小可依據(jù)系統(tǒng)容量設(shè)計；采用可折疊光伏組件與鋰聚合物電池，大大減輕了系統(tǒng)重量，方便攜帶；將單個便攜系統(tǒng)作為獨(dú)立單元，若后期負(fù)載容量增加，適當(dāng)增加折疊組件的數(shù)量即可擴(kuò)容。 這種不需安裝的快連接方式，既滿足了后期負(fù)載的隨需擴(kuò)容，又降低了初期購置成本，使系統(tǒng)容量最優(yōu)化。

便攜系統(tǒng)可提供工頻交流正弦波、不同等級的直流輸出電壓（依用戶直流負(fù)載而定）?？捎行Ь徑怆娏Χ倘钡貐^(qū)的用電壓力，也可解決偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的生活及通訊問題；節(jié)能、環(huán)保的同時，價格適中，讓普通居民在日常消費(fèi)能力范圍內(nèi)，即可享受太陽能發(fā)電技術(shù)帶給生活的便利。

2.3 市場應(yīng)用

目前市場上存在的與便攜系統(tǒng)相似的產(chǎn)品大致有兩類： 一類是，集成度較高的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，共由兩大部分構(gòu)成，將鉛酸蓄電池、控制器、逆變器及接口部分集成于箱體內(nèi)，再外配光伏組件，此類系統(tǒng)以40W 為例，重量約在17kg 左右,與相同容量的便攜系統(tǒng)相比，是其重量的3～4 倍，攜帶極其不便；另一類是，可方便攜帶的光伏產(chǎn)品，比如光伏移動電源等，此類產(chǎn)品雖可方便攜帶使用，但是容量大多數(shù)在10W 以下，只能在特定范圍內(nèi)使用。

便攜系統(tǒng)的設(shè)計，既滿足了用戶對發(fā)電系統(tǒng)容量的需求，又解決了傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)不便移動的特點(diǎn)，作為“新一代光伏移動電源”，便攜系統(tǒng)必定會受到廣大用戶的青睞。

3 結(jié)束語

便攜系統(tǒng)填補(bǔ)了國內(nèi)大容量移動電源領(lǐng)域的空缺，真正實(shí)現(xiàn)了太陽能的隨用隨取，隨需所取。 系統(tǒng)可用于軍隊、野外急救、采礦、探險、科考、旅游、抗震救災(zāi)等，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

［1］楊德仁.太陽能電池材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006,10.

［2］Green M A. In: Proceeding of the 21st IEEE Photovoltaic Specialists Conference[J].Orlando,USA:IEEE Publication,1990.

［3］“中國新能源和可再生能源”1999 年白皮書[M].北京:中國計劃出版社,2000.

［4］周志敏,紀(jì)愛華.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

［5］成夙.鋰聚合物電池氣脹問題的研究[D].黑龍江:哈爾濱理工大學(xué),2006,3.