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从20世纪90年代末开始，欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠。
同时，在政府资助下，欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能能源利用的研究。
欧美、日本等国家还制定了长期的能源发展战略，对太阳能的发展进行了长期规划。
1997年6月美国提出“百万太阳能屋顶计划”，计划到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统，包括太阳能光伏发电系统、太阳能热水系统和太阳能空气集热系统。
欧洲也于1997年左右也宣布了百万屋顶计划，其中，在太阳能利用领域领先的德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于1998年10月提出了计划——在6年内安装10万套太阳能屋顶系统，总容量在300-500MV，每个屋顶约3-5KW。
日本政府的计划目标是，到2010年安装500MW屋顶光伏发电系统。
2005年，全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦，累计装机发电容量超过5GW，其中，日本太阳能电池产量达到762兆瓦，增长率为27%；
欧洲产量增加48%，达到了464兆瓦；
美国增加12%，达到了156兆瓦；
世界其他地区增加96%，达到了274兆瓦。
我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦，较2005年的年产量增长6.3倍；
整个行业的销售收入有望在2005-2010年间，从130亿美元提高至450亿美元，在未来5年内增长3.5倍。
同时，受益于规模经济、生产效率和工艺水平的提高，整个产业链的成本都有望下降，行业利润率有望保持在较高水平上。
我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，理论储量达每年1.7万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。
从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区。
我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。
第一，我国有荒漠面积100余万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区，如果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量。
第二，太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，具有良好的经济效益。
第三，迄今我国边远地区仍有较多居民尚未用电，如果单纯依靠架设电网供电，则成本高，建设周期长，不经济。
太阳能发电无需架设输电线路，且建设周期短，可以有效解决边远地区用电的难题。
我国政府对太阳能产业也给予了充分的扶持。
2006年1月，《中华人民共和国可再生能源法》正式实施，此法在资源调查与发展规划、产业指导与技术支持、推广与应用、价格管理与费用分摊、经济激励与监督措施、法律责任等方面做出了规定。
随后，国家又陆续出台了《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》、《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》等支持可再生能源发展的实施细则，使国家在可再生能源领域方面的扶持政策日趋明朗化。
这一系列法律、政策无疑有力的支持了我国太阳能发电产业的发展。
近20年来，我国太阳能发电产业长期维持在全球市场1%左右的份额。
2005年后，产业有了突飞猛进的发展，无锡尚德、天威英利、新光硅业、赛维LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期，生产规模不断扩大，技术水平不断提高，企业竞争力不断增强。
而且，浙江、保定、四川等地的公司已经开始多晶硅太阳电池的生产或试车，市场上形成了单晶硅和多晶硅两种主打电池产品的局面。
目前，我国非多晶硅薄膜电池产业也展现出迅猛发展的势头，很多国内公司通过与国外公司的合作已经开始进行或计划进行非多晶硅薄膜电池项目的投资。
目前各国市场均给予太阳能发电相关公司较高的估值水平，从一个侧面也反映出各国投资者对这一产业发展前景乐观的预期。
我国太阳能发电产业正处在成长初期，发展前景广阔[2]。
1.3本章小结
本章主要介绍了太阳能发电产业的研究背景，在环境污染严重，能源的稀缺性越来越明显的今天，用太阳能发电，能起到充分利用能源的作用，起到环境保护的作用，本章还主要介绍了国内外太阳能发电产业发展现状及趋势，而太阳能发电无需架设输电线路，且建设周期短，可以有效解决边远地区用电的难题，所以课题的研究具有重大的意义
第二章太阳能电池及太阳能电池的工作原理
2.1太阳能
太阳的寿命还会延续几十亿年，并且储存能量巨大，太阳能可以说是真正意义上的“取之不尽、用之不竭”的能源。
虽然太阳的内部不断进行的热核反应，是人类梦寐以求的核能利用形式，但目前为止人类还不能控制其来发电。
太阳光到达地球的部分与太阳辐射的总量相比，可谓九牛一毛，但是对于人类来说却可以认为是“用之不竭”的。
利用太阳能来发电，必须要知道太阳光在各个地方的资源分布。
我国除了四川盆地、贵州等地区因为全年的阴、雨、雾天气比较多导致太阳能比较匮乏以外，其他大部分地区的太阳能都可以被利用。
其中丰富地区占得比例非常大。
根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区。
一类地区为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量6680～8400MJ/㎡，相当于日辐射量5.1～6.4KWh/㎡。
这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。
尤以西藏西部最为丰富，最高达2333KWh/㎡（日辐射量6.4KWh/㎡），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。
二类地区为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为5850-6680MJ/m2，相当于日辐射量4.5～5.1KWh/㎡。
这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。
三类地区为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为5000-5850MJ/m2，相当于日辐射量3.8～4.5KWh/㎡。
主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。
四类地区是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量4200～5000MJ/㎡，相当于日辐射量3.2～3.8KWh/㎡。
这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。
五类地区主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳辐射总量3350～4200MJ/㎡，相当于日辐射量只有2.5～3.2KWh/㎡。
从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/㎡以上，西藏最高达7kWh/㎡。
具体分布情况如下图所示：
图2.1太阳能量的分布图
2.2、太阳能电池的发展状况
近两年来国内太阳能电池产业发展很快，特别是受无锡尚德公司美国上市的影响，太阳能电池企业蜂拥而上，现在，我国大大小小从事太阳能电池硅材料，硅片、电池及组件的生产厂家已不下百家。
国内2005年的太阳能电池产量数量很难正确统计，只能根据了解的情况作一个估计。
太阳能电池产量：
江苏无锡尚德太阳能电力有限公司，宁波太阳能电源有限公司、中电电气南京光伏科技有限公司、云南天达光伏科技股份公司、上海交大泰阳绿色能源公司等主要的十多家公司总产量约为110MW。
太阳能电池组件生产量：
天威英利新能源公司、上海太阳能科技有限公司、江苏林洋新能源公司、新疆新能源公司、浙江昱辉阳光能源公司、西安佳阳能源公司、力诺光伏高科技有限公司、上海超日太阳能科技公司、无锡佳诚太阳能科技有限公司、常州天合光能有限公司、无锡国飞绿色能源有限公司、深圳能联电子有限公司等十多家公司总产量达220MW以上。
太阳能电池用硅材料产量：
河北宁晋单晶硅基地、江苏顺大半导体发展有限公司、四川峨眉半导体材料厂、洛阳中硅高科技有限公司、常州天合光能公司、宁波晶元太阳能有限公司、绍兴精工太阳能有限公司、常州亿晶光电科技有限公司、江苏华日源电子科技有限公司第十多家公司总产量约为700吨。
2005年太阳能电池组件主要销往欧洲，特别是德国，几乎是我国生产多少德国就收购多少；
硅原材料与硅太阳能电池相当一部分从国外进口。
太阳能电池制造技术方面：
由于硅材料缺乏，价格飞速上涨，极大地促进了硅太阳能电池薄片技术的发展，目前硅片厚度已普遍地从370μm降到240μm，有的厂家已减薄到220μm，仍能保持较高的成品率，同时也促进了太阳能电池转化效率的提高，多晶硅太阳能电池一般效率已达到13－14％，有的企业已能批量生产15％的产品；
而单晶硅电池效率已普遍达到14－15％，有的企业已能批量生产16％的产品。
此外，北京企业星华创股份有限公司已能制造和生产硅太阳能电池和组件的制造设备，特别是一些国产的单晶炉和太阳能电池封装设备已有较高的技术水平。
《可再生能源法》已于2006年1月1日起正式实施。
2006年4月国务院能源领导小组会议上已批准国家发改委提出的我国太阳能发电的中长期发展规划、发展重点和目标。
国家发改委还同时发布了《可再生能源发电价格和费用分摊关系试行办法》，明确了2006年及以后建设的可再生能源发电项目上网电价及费用分摊管理办法，办法中规定可再生能源发电项目上网电价要与当地燃煤机组标杆上网电价的部分费用，通过向全国电力用户统一征收电价附加的方式解决。
各省级电网企业按其销售电量占全国的比例，分摊全国可再生能源电价附加额，其实际支付的可再生能源电价附加与其应承担的电价附加的差额，在全国范围内实行统一调配。
到2010年可享受电价优惠政策的太阳能电池总安装量可达到350MW，国家的这些扶植政策和措施将大力促进我国太阳能光电产业的发展并使之应用于家用发电[8]。
2.2太阳能电池的原理
2.2.1二极管
二极管的英文是diode。
它分为2类：
1：
P型半导体
2：
N型半导体
2.2.2二极管的导电特性
二极管最重要的特性就是单方向导电性。
在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。
下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
1、正向特性
在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。
必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。
只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。
导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
2、反向特性
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。
二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。
当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
2.2.3二极管的主要参数
用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。
不同类型的二极管有不同的特性参数。
对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：
1、额定正向工作电流
是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。
因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。
所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。
例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。
2、最高反向工作电压
加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。
为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。
例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。
3、反向电流
反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。
反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。
值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。
例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。
又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。
故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。
测试二极管的好坏
初学者在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。
测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。
1、正向特性测试
把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。
若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。
若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。
短路和断路的管子都不能使用。
2、反向特性测试
把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。
2.2.4二极管的应用
1、整流二极管
利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。
2、开关元件
二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；
在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。
利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
3、限幅元件
二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。
利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。
4、继流二极管
在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
5、检波二极管
在收音机中起检波作用。
6、变容二极管
使用于电视机的高频头中。
2.2.5P-N结的光伏效应
太阳能电池的能量转换是应用P-N结的光伏效应（PhotovoltaicEffect）。
首先对P-N结二极管做一简单说明。
如图2.2所示，为一理想的P-N结二极管的电流-电压（I-V）特性图，其对应的方程式如下：
其中
Ipn，Vpn：
P-N结二极管的电流及电压
k：
波尔兹曼常数（BoltzmannConstant：
1.38×
10-23J/K）
q：
电子电荷量（1.602×
10-19库仑）
T：
绝对温度（凯氏温度K＝摄氏温度℃＋273度）
Is：
等效二极管的逆向饱和电流
VT：
热电压（ThermalVoltage：
25.68mV）
图2.2P-N结二极管I-V特性图
太阳能电池将太阳光能转换为电能是依赖自然光中的的量子-光子（Photons），而每个光子所携带的能量为Eph：
h：
普郎克常数（PlanckConstant：
4.14×
10-15eV·
S）
c：
光速（3×
108m/s）
λ：
光子波长
2.2.6太阳光照射在太阳能电池上的能量分析
并非所有光子都能顺利地通过太阳能电池将光能转换为电能，因为在不同的光谱中光子所携带的能量不一样：
1.当光子所携带的能量大于禁带（BandGap）能量时，电子由价电带（ValenceBand）跃迁至导电带（ConductionBand）而产生所谓的“电流”，所以当光子所携带的能量若大于禁带能量时，便可以通过光电子转换成电能，如图2-2所示。
2.若光子所携带得能量小于禁带能量时，就对太阳能电池而言并没有什么作用，不会产生任何的电流。
但在太阳光照射到太阳能电池产生电子-空穴对（Electro-HolePair）的同时，也会有部份的能量以热能形式散逸掉而不能被有效的利用。
图2.3太阳光照射在太阳能电池上的示意图
当入射太阳光的能量大于硅半导体的禁带能量时，太阳光子照射入半导体内，把电子从价电带激发到导电带，从而在半导体内部产生了许多“电子-空穴”对，在内建电场的作用下，电子向N型区移动，空穴向P型区移动，这样，N区有很多电子，P区有很多空穴，在P-N结附近就形成了与内建电场方向相反的光生电场，它的一部分抵消了内建电场，其余部分则使P区带正电，N区带负电，于是在N区与P区之间产生了光生伏打电动势，这就是所谓的“光生伏打效应”。
如果位太阳电池开路，即组成电池回路中，负载电阻为无穷大，则被P-N结分开的电子和空穴，就会全部积累在P-N结附近，于是出现了最大光生电动势，它的数值即为开路电压，记作Voc。
如果把太阳电池短路，即回路负载电阻为零，则所有P-N结附近的电子与空穴，由结的一边，流经外电路到达结的另一边，产生了最大可能的电流，即短路电流记作ISC。
太阳能电池相当于具有与受光面平行的极薄P-N结的大面积的等效二极管，因此可以假设太阳能电池为一个二极管与太阳光电流发生源所并联的等效电路，如图2-4所示。
图2.4太阳能电池的理想状态等效电路
2．3不同温度下太阳能电池的电压电流特性
图2-5为固定日照量在1000W/m2，串联电组Rs=0.614Ω时，分别仿真温度在0℃～100℃时的光伏组件I-V曲线，图2-22则为其P-V曲线。
由此二图可知，在固定日照强度下，当温度升高时太阳能电池的开路电压会有所下降，短路电流却会有所增加。
整体而言，输出功率会略微减少，而所能输出的最大功率值也会随着温度的递增而递减，对应于温度变化，最大功率值也会呈现线性变化。
温度的上升，会造成太阳能电池输出功率的减少，因此工作环境的温度将会直接影响到太阳能电池的效率。
具体分析图表如下：
图2.5不同温度下对太阳能电池I-V曲线的影响
图2.6不同温度下对太阳能电池P-V曲线的影响
2．4太阳能电池的种类
目前市面上的太阳能电池的分类及其在市场上的占有率下图所示。
大致上可分为堆积型（BulkType）和薄膜型（ThinFilmType）两种，介绍如下：
图2.7太阳电池种类
图2.8各种太阳电池的市场占有率
堆积型太阳能电池又可分为：
单晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池
III-V族化合物半导体太阳能电池
薄膜型太阳能电池又可分为：
非晶硅太阳能电池
II-VI族化合物半导体太阳能电池[8-12]
2.5本章小结
本章主要介绍了太阳能电池的发电原理及太阳能电池的种类，太阳能电池是光伏发电最重要的一部分，是系统的能量来源
第三章逆变器及最大功率跟踪技术
3.1逆变器
3.1.1逆变器的功能
太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；
太阳能直流发电系统则不包括逆变器。
逆变器是一种电源转换装置，逆变器按激励方式可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。
主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。
通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。
有了逆变器，就可使用直流蓄电池为电器提供交流电。
3.1.2逆变器的分类
（1）方波逆变器
方波逆变器输出的交流电压波形为方波。
此类逆变器所使用的逆变线路也不完全相同，但共同的特点是线路比较简单，使用的功率开关管数量很少。
设计功率一般在百瓦至千瓦之间。
方波逆变器的优点是：
线路简单、价格便宜、维修方便。
缺点是由于方波电压中含有大量高次谐波，在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗，对收音机和某些通讯设备有干扰。
此外，这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点。
（2）阶梯波逆变器
此类逆变器输出的交流电压波形为阶梯波，逆变器实现阶梯波输出也有多种不同线路，输出波形的阶梯数目差别很大。
阶梯波逆变器的优点是，输出波形比方波有明显改善，高次谐波含量减少，当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波。
当采用无变压器输出时，整机效率很高。
缺点是，阶梯波叠加线路使用的功率开关管较多，其中有些线路形式还要求有多组直流电源输入。
这给太阳电池方阵的分组与接线和蓄电池的均衡充电均带来麻烦。
此外，阶梯波电压对收音机和某些通讯设备仍有一些高频干扰。
（3）正弦波逆变器
正弦波逆变器输出的交流电压波形为正弦波。
正弦波逆变器的优点是，输出波形好，失真度很低，对收音机及通讯设备干扰小，噪声低。
此外，保护功能齐全，整机效率高。
缺点是：
线路相对复杂，对维修技术要求高，价格较贵。
上述三种类型逆变器的分类，有利于光伏系统用户对逆变器进行识别和选型。
实际上，波形相同的逆变器在线路原理，使用器件及控制方法等等方面仍有很大区别。
3.1.3逆变器的原理
以下为逆变器的原理图，下面对逆变的原理做简要分析。
图中的
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