赵娟妮 皇甫国

（西安烽火光伏科技股份有限公司，陕西 西安710077）

0 引言

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约全球经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始将目光投向太阳能的开发应用。太阳能能量的转化方式主要分为：光化学转换、光热转换及光电转换[1]。本文重点讨论光电转换，即目前备受世人瞩目的太阳能光伏发电技术。

1 太阳能光伏发电

1.1 太阳能光伏发电技术及其优势

1954 年， 美国贝尔实验室的Chapin 等研制出了世界上第一块真正意义上的硅太阳电池[2]，光电转化效率仅为6%左右，从此拉开了现代太阳能光伏的研究、开发和应用的序幕。

太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。应用太阳能光伏发电技术的系统具有安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得、无机械转动部件、故障率低、维护简便的特点。

1.2 太阳能光伏发电技术的发展

20 世纪70 年代后，能源危机和大气污染问题日益突出，全世界都把目光投向了可再生资源，太阳能以其独有的优势：丰富的太阳能辐射能，无污染、“取之不尽，用之不竭”，成为了人们重视的焦点。

20 世纪90 年代后，光伏发电技术快速发展。 美国、欧洲和日本先后制定了太阳能发展计划，由政府负责提供部分研究开发资金和相关的产业扶持政策[3]。

1980 年以后， 我国的国家高技术研究发展计划和国家重大基础研究计划项目等都对太阳能光伏研究和开发给予了重要支持[1]。 2002年，我国政府启动“光明工程”，投入资金20 亿元人民币，重点发展太阳能光伏发电。

1.3 太阳能光伏发电系统的应用领域

世界观察研究所曾在报告中指出[4]，利用太阳能获取电力已成为全球发展最快的能量补给方式。 随着光伏发电成本的下降，光伏发电应用领域正在逐步扩大，目前主要用于以下四个方面：

1.3.1 并网太阳能光伏发电系统；

1.3.2 离网太阳能光伏发电系统；

1.3.3 远离电网居民供电系统，包括家庭分散供电和独立太阳能光伏电站的集中供电；

1.3.4 消费性产品，如光伏计算器、太阳能照明灯具、太阳能收音机等。

2 便携式系统

目前太阳能光伏发电技术在国内外的应用形式，主要是固定式安装光伏组件，这种发电系统主要以政府、企业或单位建设居多，特点是成本较高，容量较大，移动性不好。 针对以上系统特征，本文提出了便携系统的概念。

2.1 系统结构组成

便携系统为箱体式结构，箱内集成了可折叠光伏组件、锂聚合物电池、逆控一体机及输入输出接口等部分，以下对主要部件进行说明。

2.1.1 可折叠光伏组件

便携系统采用新型可折叠光伏组件（见图1），与传统玻璃组件相比，无前罩、无钢化玻璃、无铝边框，厚度可做到3mm，大大减轻了组件的重量；另一方面，可折叠光伏组件以数码迷彩做底衬，使用时将组件展开，可通过配套的小型支架调整组件的向日倾角和方位角，以便更充分地接受太阳辐射能，增加发电量；使用结束后将其打包折叠，便于携带。折叠光伏组件采用新工艺，可以按用户要求定制规格尺寸、折叠块数、组件功率电压。

图1 新型可折叠光伏组件

2.1.2 锂聚合物电池

便携系统采用锂聚合物电池替代目前广泛使用的铅酸电池。由于锂聚合物电池具有可薄形化， 可任意面积化与可任意形状等多项优点[5]，因此可以配合便携系统的产品需求，做成任意容量与形状的电池。

充放电特性方面，锂聚合物电池采用高分子正极材料与锂金属无机化合物作为负极。 它的重量能量密度比是铅酸电池的3～4 倍，循环使用寿命是铅酸电池的2～3 倍，因其环保特性，被称为“绿色电池”；稳定性方面，由于采用高分子材料做电解质，所以不会产生漏液及燃烧爆炸等情况,安全可靠。

2.1.3 控制器和逆变器是系统的核心部分，控制器主要作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池寿命。逆变器则是将直流电逆变为稳定的交流电，为交流负载供电。市场上现有的控制器和逆变器是针对铅酸蓄电池的而设计，由于蓄电池的单体电压是2V，而锂聚合物电池的单体电压3.7V,这就要求在便携系统中，必须参考锂聚合物电池的充放电特性曲线重新研制逆控一体。

2.2 系统优势

便携系统定位于“智能移动电源”，其主要特点为设备一体化、携带方便化、容量最优化。

设备一体化主要体现在便携系统的结构方面，将系统各部件合理集成于同一箱体内，结构紧凑，箱体大小可依据系统容量设计；采用可折叠光伏组件与锂聚合物电池，大大减轻了系统重量，方便携带；将单个便携系统作为独立单元，若后期负载容量增加，适当增加折叠组件的数量即可扩容。 这种不需安装的快连接方式，既满足了后期负载的随需扩容，又降低了初期购置成本，使系统容量最优化。

便携系统可提供工频交流正弦波、不同等级的直流输出电压（依用户直流负载而定）。可有效缓解电力短缺地区的用电压力，也可解决偏远无电地区的生活及通讯问题；节能、环保的同时，价格适中，让普通居民在日常消费能力范围内，即可享受太阳能发电技术带给生活的便利。

2.3 市场应用

目前市场上存在的与便携系统相似的产品大致有两类： 一类是，集成度较高的小型光伏发电系统，共由两大部分构成，将铅酸蓄电池、控制器、逆变器及接口部分集成于箱体内，再外配光伏组件，此类系统以40W 为例，重量约在17kg 左右,与相同容量的便携系统相比，是其重量的3～4 倍，携带极其不便；另一类是，可方便携带的光伏产品，比如光伏移动电源等，此类产品虽可方便携带使用，但是容量大多数在10W 以下，只能在特定范围内使用。

便携系统的设计，既满足了用户对发电系统容量的需求，又解决了传统发电系统不便移动的特点，作为“新一代光伏移动电源”，便携系统必定会受到广大用户的青睐。

3 结束语

便携系统填补了国内大容量移动电源领域的空缺，真正实现了太阳能的随用随取，随需所取。 系统可用于军队、野外急救、采矿、探险、科考、旅游、抗震救灾等，具有广阔的市场应用前景。

［1］杨德仁.太阳能电池材料[M].北京:化学工业出版社,2006,10.

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

［3］“中国新能源和可再生能源”1999 年白皮书[M].北京:中国计划出版社,2000.

［4］周志敏,纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例[M].北京:电子工业出版社,2010.

［5］成夙.锂聚合物电池气胀问题的研究[D].黑龙江:哈尔滨理工大学,2006,3.