现代社会的生存与发展都离不开能源，伴随着全球经济社会的不断发展，对于能源的需求也不断攀升，而煤矿、石油能源是地球发展，生物沉积几千万年的产品，这些地球能源的存储量都是很有限的，如果不研发其他新的能源，人类将面临能源短缺的危险，石油、煤矿等能源不但数量有限，而且在使用的过程中还伴随着二氧化硫、二氧化碳、粉尘等污染物质的排放，这些都会造成环境的污染，加重地球环境的负荷。为了解决能源短缺和环境污染等为题，世界各国都在努力研发和寻找新的能源，经过世界各国的科学家的研究，发现了一种清洁无污染、没有数量限制的新能源，解决了能源枯竭的忧虑，这种新能源就是太阳能，太阳能不但清洁环保、热量高，而且可用性很高，没有地域的限制，没有使用量的限制，补充了不可再生能源的缺点。经过人类的不断探索，发明了太阳能光伏发电这一门技术，这种技术能把太能转化为电能，提高太阳能的实用性，其拥有的潜能不可小觑，文章从 DSP 的太阳能独立光伏发电系统的原理出发，对光伏发电系统的研究与设计进行了探讨。
1 太阳能概述
太阳能就是一种能源，但是它相比于煤矿、石油等能源，太阳能的使用渠道相对比较窄，很多生活生产设备都不能直接对太阳能进行利用，同时太阳能的使用是受时间的限制，白天有光照才有太阳能，到了夜晚没光照时太阳能也就没有了，太阳能的直接利用就会影响到人们的正常生活秩序，所以太阳能直接利用到生活生产中的可能性比较小，为了提高太阳能的可用性，只有把太阳能转化为可用性比较高的电能，太阳能光伏发电系统就是把太阳能转化成电能。目前对于太能的利用途径主要有生物化利用、动力性利用、热能利用，光伏发电利用，其中运用比较广的是太阳能光伏利用，太阳能光伏利用之所以能得到广泛的应用，主要是因为太阳能光伏发电具有以下优点。
1)太阳能源取之不尽用之不竭，太阳就是一个大热源体，太阳辐射给地球的热量源源不断。
2)环保无污染，光伏发电本身不需要煤矿等物质的焚烧作为动力，没有其他污染物质的产生，同时没有水电、火电等发电的大型机械运转，杜绝了噪声的来源，是一种适合人类发展的发电方式。
3)资源分布广泛，与火电和水电相比，太阳能发电对发电的地理位置没有很高要求，只要有太阳的地方都可以进行，同时太阳能发电不需要煤矿等原材料的运输，节约了生产成本。
4)太阳能发电的发电设备建筑相对比较简单，缩短了建设时间，后期管理要求比较低，后期管理费用投入比较少，同时光伏发电的设备体积比较小，可以根据用户的实际需求对灵活选择设备的安装地点，节约电力输送成本。
5)太阳能发电的二次投入低，光伏发电只需要花费发电设备的购置成本，除了后期的设备维护费用，不需要再花费其他费用。
2 太阳能光伏发电系统原理
光伏发电系统的发电原理是把太阳能转化为电动势，当电动势达到了系统的要求，系统就会把电能储存到电池里面，当用户需要用电的时候，系统的逆变器就会根据储电池提供的直流电转变用户所需的交流电，蓄电池对外输电的大小是由控制器决定的，但是被逆变器转化过来的交流电也并不是马上就能让用户用的，它还有经过配送柜的配送后才能使用，太阳能光伏系统除了主要的转化、输送电的装置以外，还有适当的保护装置，例如防雷装置、负荷限制等保护措施。
2.1 光电效应概述
光电效应就是光能转化为电能的一个过程，所谓光电效应就是光在经过某种物质的时候，并且造成电性在物质上的改变，最终产生电能，光电效应发生的前提条件是有光和物质的存在，光电效应发生的一个表现是有电性的变化。
2.2 光生伏打效应概述及应用
光生伏打效应是一个辐射能能转化为电能的过程，它是一个电动势的变化，只不过光生伏打效应中，物体产生电动势的前提条件是物体有光子的加入，当物体处于日光照射的环境下，物体里面的电荷位置就会改变，这种改变最终引起物体产生电流和电动势，目前光生伏打效应广泛应用于半导体的 PN 结上，这种 PN 结对于提高光能转化为电能的效率起到了很好的作用。
2.3 太阳能电池及其太阳能组件
2.3.1 太阳能电池的工作原理
光电效应太阳能电池的工作原理就是当太阳光照在半导体 p - n 结上时，形成新的空穴 - 电子对，在 p - n 结电场的作用下，空穴由 n 区流向 p 区，电子由 p 区流向 n 区，接通电路后就形成电流。
2.3.2 太阳能电池阵列设计步骤
1)计算负载 24h 消耗容量 P。
P=H/V
V—— 负载额定电源。
2)选定每天日照时数 T(H)。
3)计算太阳能阵列工作电流。
IP=P(1+Q)/T
Q—— 按阴雨期富余系数，Q=0.21～1.00。
4)确定蓄电池浮充电压 VF。
镉镍 (GN) 和铅酸 (CS) 蓄电池的单体浮充电压分别为 1.4 V～1.6 V 和 2.2 V。
5)太阳能电池温度补偿电压 VT。
VT=2.1/430(T-25)VF
6)计算太阳能电池阵列工作电压 VP。
VP=VF+VD+VT
其中 VD=0.5～0.7
约等于 VF。
7)太阳电池阵列输出功率 WP 平板式太阳能电板。
WP=IP×UP
8)根据 VP、WP 在硅电池平板组合系列表格，确定标准规格的并联组数和串联块数。
2.4 太阳能光伏发电系统
2.4.1 太阳能光伏发电系统工作原理 光伏发电系统是运用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转化成为电能的一种技术，光伏发电系统的运作依靠的是光伏发电系统的装置，光伏发电系统装置中起到主要作用的就是太阳电池组，光伏发电装置需要很多的太阳电池组才能确保发电工作的正常进行，但是也不是说有了太阳电池组就行，还需要功率控制器的参与，确保输出电能正常、平稳输出，同时日光是地球比较充裕的能源，并且没有地域的限制，所以对于光伏发电系统的使用很方便。
2.4.2 太阳能光伏发电系统的组成
1)太阳能控制器，太阳能控制器在整一个发电系统中起到主导地位的作用，直接关系到发电的进行，太阳能控制器具有保护作用，当蓄电池的放电或者充电超负荷时，太阳能控制器就会停止放电或者充电的过程，除了这些主要功能外，太阳能控制器还有温度补偿的功能，当温度过高或者过低时，太阳能控制器就会做出相应的改变。
2)太阳能电池板，发电过程中的太阳能 — 电能的转化环节就是在电池板中进行的，同时太阳能电池板还有输送电能的作用，把转化过来的电能输送到蓄电池中。
3)蓄电池，蓄电池的作用就是蓄电，它是在太阳能光伏发电系统进行发电时将电池板的电能收集起来，在用户需要电时再输出，保持电能输出的连续性，目前使用的蓄电池主要有 12 V 和 24 V 这两种。
4)逆变器，逆变器的作用并不是简单的降压，逆变器除了具有降压的作用外，逆变器还具有把直流电转化为交流电的能力，目前很多电器都是使用 110 V 或者是 220 V 的交流电的，但是目前的太阳能发电系统普遍输出的是直流电，为了满足用户的要求，逆变器太阳能蓄电池的直流电转化为交流电，同时逆变器还能用与多电压的设备上或者多电压的工作上。
2.4.3 太阳能光伏发电系统的发电方式
1)光 — 热 — 电转换方式，这种方式首先把光能转化为热能，然后再把热能转化为电能，这种方式发电和火力发电有点相似，火力发电利用的是煤矿燃料燃烧产生的热量，而这种方式利用的是太阳辐射的热量，火力发电是通过燃料焚烧的形式，而这种方式的热量收集工具就是太阳能集热器，这种集热器把太阳能辐射下来的热量集聚起来，这种方式的发电的电能来源于汽轮机的转动，而汽轮机的转动动力是来自集热器，太阳辐射下来的热能经过集热器后变成蒸气来推动汽轮机的运转，这种方式的太阳能光伏发电可以说是无污染的火力发电，它没有煤矿能源的浪费和污染，但是它的投资成本和发电成本很高，受技术的限制，这种方式的光伏发电比火力发电成本高出了五到十倍，不符合现实的生产，可用性不高，所以目前对光 — 热 — 电这种方式的利用还少。
2)光 — 电直接转换方式，这种方式相对光 — 热 — 电转化方式省略了太阳能转化为环节，该方式利用了光电效应的原理直接把太阳能转化为电能，这种方式的光伏发电的主要设备是太阳能电池，太阳能电池是利用光生伏特效应进行工作的，太阳能电池实际上就是一个能感应到太阳能，并且能将太阳能转化为电流的一个光电二极管物件，但是发电工作的正常进行不只是靠一个太阳能电池的，它需要很多太阳能电池串联起来，才能输出满足用户用电需求的功率，光 — 电直接转换方式的光伏发电操作比较简单，生产工序相对比较少，这种方式的发电有两个优点，第一点是长期性使用成本低，只要一次投入成本就可以长期使用，无需再次投入，而且太阳能电池的可使用时间比较长，不需要经常更换，从长期性的角度看，这种发电的电力成本很低，第二点是这种方式发电环保无污染，符合国家的长期发展要求，还间接保护地球环境。
2.4.4 太阳能光伏发电系统对逆变电源的要求
1)逆变电源要有高的效率，从生产成本的角度出发，逆变器的效率必须要高，受目前的科技水平的限制，在太阳能电池上的制造成本比较高，为了尽最大可能发挥太阳能的发电能力，降低生产成本，所以要提高逆变器的效率。
2)要求具有较高的可靠性，降低问题出现的几率，减少后期维修工作，太阳能发电设备普遍安装在偏远的地方，维修工作的开展比较困难，同时大部分的电站都是无人看守的，对于突发事故的处理能力也很弱，逆变电源作为发电系统的重要元件，除了质量要高，还有有自我保护功能。
3)直流输入电压的适应范围要大，太阳电池的端电压是受太阳光的强度和负载的影响的，太阳电池的稳定性比较差，尽管蓄电池可以在一定程度上稳定太阳电池的电压，但是蓄电池的电压也会随之使用时间的增加而减少或者增大，波动幅度比较大，为了保证发电工作正常进行，逆变电源的直流电压的使用范围要大。
4)逆变电源的正弦波要比较小，同时失真度还有足够小，特别是在大中容量的发电系统中，如果采用方波供电就会出现过多的谐波分量，增加损耗，污染电网。
3 太阳能光伏发电系统的应用
太阳能光伏发电系统最早的应用可以追溯到 20 世纪的 60 年代，最早得到应用的是太阳能电池，太阳能电池最早是被利用于通信卫星的供电，随着科学技术的发展，和人们视觉的扩展，越来越多人认识到太阳能的好处，对未来能源发展的重要性，对于太阳能的利用被更多的科学家研究，在人们的生活生产中渐渐出现了更多的太阳能的产品，例如城镇中路标、村寨供电的独立系统、公路的路灯、海水淡化系统等，太阳能光伏发电系统的应用对我国的能源结构造成了一定冲击，太阳能发电的环保、方便、平均成本低等优点已经开始引起更多人对太阳能发电的重视。
3.1 我国太阳能光伏发电应用
太阳能光伏发电的电量在我国的电量能源中所占的比例保持这一个上升的状态，随着太阳能光伏发电技术的不断成熟，太阳能光伏发电的成本也不断降低，越来越多的人已经开始使用太阳能，跟有关数据统计，我国的光伏电池产量截至 2007 年已经超过 1000 MW，已经占领国际光伏制造量排名的第二位，在我国的各大领域都得到了广泛的应用，不久我国的光伏电站将上网，目前光伏电正处于电价审核阶段，我国各地都相继建立了光伏发电站，例如无锡机场 800KW 屋顶光伏并网系统工程。
3.2 我国太阳能光伏发电应用的操作难点
目前我国的太阳能光伏发电应用还处于一个摸索阶段，在应用上还存在很大的难度，首先对于光伏并网的审批和操作程序比较复杂，增加了光伏并网开发的难度，在光伏发电投入经营上，缺少相关的文件对光伏发电的电价进行规定或者引导性文件，缺少可再生能源电力附加的具体使用办法，同时我国对于电力公司在发展可再生能源电力中的角色和责权利并没有做出相关的规定，在光伏发电应用上没有具体可行的财税和金融扶持政策，没有可执行的光伏并网技术标准，国民对于太阳能光伏发电的认识也不够，各地区、行业、企业和个人使用可再生能源电力积极性不高。
4 总结
太阳能的发展不但关系到未来的能源结构，还关系着地球的未来发展，是一个长久性计划，虽然经过世界各国专家的不断研究和完善，太阳能已经得到了很大了利用，但是目前的太阳能利用技术还是不够成熟，利用成本相对较高，很难形成大规模利用，这需要广大研究工作者的不断努力，提高太阳能的可用性，本文对光伏发电的发电原理和发电系统进行了深入的了解，对目前的太阳能光伏发电应用的要求和操作难点进行了分析，并且对光伏发电的应用进行了举例。
