迎接太阳光伏能源的崭新黎明

近些年来，在世界范围内的政治和经济领域中，人们对可再生能源态度的关注日益增加。虽然在去年全球经济危机中，很多可再生能源项目被削减，但是太阳能设备未来几年的安装增长率预计可能在30%～40%之间（如图1所示）。

图1 太阳能安装市场增长预期

这种增长将包括整个供电领域，从巨大的兆瓦级中心发电站到遍及全球的住宅屋顶太阳能发电系统。太阳能电池单体和功率电子器件的效率正不断地攀升。同时，新型的系统拓扑架构和器件也持续将太阳能发电系统的性能提高到新的水平。

到目前为止，卓越的太阳能电池单体材料是单晶硅pn结单体（如图2所示）。这是可以广泛获得的材料，而且能够在众多应用领域中取得成本和效率之间的折中。高功率的聚能器系统可以选择使用效率高达25%的多结单体，但成本比较高。而低端系统可以选择效率比较低的多晶或薄膜系统，但制造成本却非常吸引人。

图2 卓越的太阳能电池单体材料是单晶硅pn结

常规太阳能电池技术
典型的太阳能发电系统包括两个功率单元（如图3所示），前端单元是升压转换器，可以将太阳能面板输出的电压提升到直流总线电压，该电压必须足够高以经过逆变器输出到线路。

图3 常规太阳能发电系统主要包括两个功率单元

这个系统的输入电源是太阳能电池单体阵列，它可能是一个平板、一串平板，或并联和串联在一起的组合平板。每个平板通常产生50～60V的电压，然后串联到一起来达到升压转换器所期望的直流电压。

太阳能发电系统也具有一种最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking：MPPT）机制。任何太阳能电池单体或串联的电池单体都具有功率最大时的输出电压，当输出电压降低时，电流不会增加以补偿功率的恒定，否则，电压升高时电流就会降落得太快。这就需要有一个计算单元用于计算电压和电流的乘积，并确定其最大功率点，以此控制输出电压达到该值。

在串连的电池单体中，输出电流是由串联链路中输出电流最低的那块单体决定的。如果光照亮度发生变化，或者任何一个电池单体被部分遮挡了或变得透光不强了，所有其他电池单体的输出电流也都将受到限制，从而使输出达不到峰值功率。

有许多种方法可以弥补这种情况，完全依赖太阳能发电系统的设计类型。在大型的中心发电站，电池单体通常排列在没有遮挡的开放区域，甚至会追踪太阳在天空的角度，来在任何时候都能够维持最大的直接光照。

然而，在稍微小一些的太阳能发电系统中，太阳能电池阵列能够以不同的角度重新排列来获得最大最直接的光照。在这种情况下，整个阵列被划分为不同的区域，每个区域可以独立工作，它们输出的直流电压可以叠加。控制器能够将电流输入到输出功率较低的区域来平衡和优化整个太阳能电池阵列的输出电流。