自工業(yè)革命以來，常規(guī)化石能源一直是人類經濟發(fā)展的支柱，但是能源枯竭和環(huán)境惡化使人類加緊了尋找新的清潔的、可再生的能源，太陽能以其儲量巨大、安全和清潔等優(yōu)點必將成為21世紀人類的首選。太陽能利用形式之一的光伏發(fā)電技術以其規(guī)模靈活、建設周期短和維護簡單等優(yōu)點，成為了人們開發(fā)太陽能資源的重要方式。光伏產業(yè)發(fā)展較早的美國、日本和德國已經走在了世界的前列;而中國的光伏產業(yè)經歷了最近10年的迅猛發(fā)展，已占據了世界光伏電池生產的半壁江山。

本文在結合國內外太陽能光伏發(fā)電產業(yè)發(fā)展現狀的基礎上，論述了3代光伏電池的最新發(fā)展;分析了光伏逆變器的典型拓撲及其逆變原理;并對光伏發(fā)電控制策略中的最大功率點跟蹤和孤島檢測的原理及其實現方法作了對比研究。光伏電池

(1)光伏電池分類［1］

隨著光伏電池相關技術的發(fā)展，光伏電池種類也不斷更新。按照使用材料在各種光伏電池中，應用較多的仍是晶硅電池，2009年市場份額為85%［2］;非晶硅也占有一定的市場比率;而大部分多元化合物半導體技術仍處于實驗室階段，離大規(guī)模市場應用還有一定距離。

(2)三代光伏電池［2

］第一代光伏電池有多晶硅(Polycrys-tallineSiliconSolarCell)、單晶硅電池(MonocrystallineSiliconSolarCell)。單晶硅電池轉換效率為16%～20%，多晶體硅電池效率為14%～17%。硅材料轉化率的經典理論極限是29%，而隨著納米技術的引入，其轉化效率有望提高至30%以上。目前以單晶硅、多晶硅為主的硅基光伏電池占據著全球80%以上的市場份額。第二代光伏電池有各種薄膜(Thin-film)電池，其薄膜厚度一般在2～3μm。其中包括碲化鎘電池(CdTe)、銅銦鎵硒電池(CIGS)、非晶硅薄膜電池(ASi)、砷化鎵電池和納米二氧化鈦染料敏化電池等。據統(tǒng)計，2009年碲化鎘電池(CdTe)約占全球薄膜電池產量的60%［3］。第三代太陽電池有超疊層太陽電池、熱光伏電池(TPV)以及量子阱和量子點超晶格太陽能電池等新型光伏電池。三種硅材料半導體電池如圖2所示。一般最小的太陽能電池單元電壓為0.45～0.5V，電流為20～25mA［4］。這樣的輸出電壓電流值明顯不能滿足實際的用戶需求，所以往往通過串并聯電池單元，以達到合適的輸出電壓電流等級。為了便于維護保養(yǎng)，提高光伏電池的使用壽命，將這些電池單元封裝在一起即形成電池組件。將若干電池組件串并聯在一起即為光伏陣列［5］。

(3)世界主要光伏電池生產商

根據PhotonInternational的統(tǒng)計數據，2010年Suntech(尚德)、JASolar(晶澳)和FirstSo-lar產能排名前三，其他依次是天合、Q-Cells(歐洲)、中國英利、Motech(中國臺灣)、Sharp(日本)、Gintech(中國臺灣)和Kyocera(日本)。就市場長遠發(fā)展來看，晶硅電池所占比例會越來越小，但是在未來10年內其主導地位不會改變。另外薄膜電池以其用硅量極少，更容易降低成本，是一種新型建筑材料等優(yōu)點［2］而具有更加廣闊的發(fā)展前景。光伏電力電子變流技術［6］光伏并網逆變器是并網光伏發(fā)電系統(tǒng)(簡稱PV系統(tǒng))能量轉換和控制的核心，其性能決定了整個光伏并網系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、可靠和高效運行。根據有無隔離變壓器，光伏并網逆變器可分為隔離型和非隔離型等，分類如圖3所示。

1.各種類型逆變器結構

(1)隔離型光伏并網逆變器［7］

1)工頻隔離型光伏并網逆變器。圖4a為工頻隔離型光伏并網逆變器結構。這種結構是市場上應用最多的光伏逆變器類型，工頻變壓器的采用也使主電路和控制電路較簡單。另外，由于變壓器的隔離作用，一方面可以防止電網電流流入光伏發(fā)電系統(tǒng)側，提高系統(tǒng)安全，另一方面可以防止變流器向電網注入直流分量及變壓器飽和。缺點是體積大，成本和安裝難度高。2)高頻隔離型光伏并網逆變器。如圖4b所示，高頻隔離變壓器大大減小了逆變器的體積和重量，唯一的不足是逆變器的效率比工頻要低。

(2)非隔離型光伏并網逆變器

隔離型光伏逆變器的突出缺點是變壓器的能量損耗較大，數千瓦的小型變壓器的損耗甚至可以達到5%以上。非隔離型光伏并網逆變器顯然克服了這一缺點，它可以顯著地提高逆變器效率。同時省去變壓器，使得逆變器的體積和重量都大大減小，結構更簡單，成本更低。1)單級非隔離型光伏并網逆變器。圖5a為單級非隔離型光伏并網逆變器結構，要求逆變器工作在工頻模式。同時為了滿足直流電直接逆變并網，光伏陣列需要有較高的電壓等級，這就對系統(tǒng)的絕緣等級提出了更高的要求。2)多級非隔離型光伏并網逆變器。圖5b為多級非隔離型光伏并網逆變器，功率變換一般需DC/DC、DC/AC級聯組成。需要注意的問題:是大面積的光伏陣列與地之間存在的分布電容，即存在共模漏電流;又因為光伏陣列與電網是不隔離的，所以光伏發(fā)電系統(tǒng)會向電網注入直流分量，對電網中器件的運行產生不利影響。

2.光伏并網逆變器改進型拓撲

非隔離型逆變系統(tǒng)雖然存在上述不足，但是只要措施得當，直流分量還是可以抑制在允許的范圍內的。由于非隔離型光伏并網逆變器具有體積小、質量輕、效率高和成本較低等優(yōu)勢，使得其在未來的光伏并網逆變技術中更具發(fā)展前景。在此對非隔離型光伏并網逆變器改進型拓撲及其實現原理作進一步分析。(1)基于Z源網絡的單級非隔離型光伏并網逆變器針對常規(guī)電壓源單級逆變器存在直流電壓等級要求較高、直流側抑波電容過大等不足，文獻［8］提出了一種基于Z源網絡的單級非隔離型光伏并網逆變器，如圖6所示。這種逆變器的優(yōu)點是:交流電壓具有較大的輸出范圍，可高于、低于直流輸出電壓;同一橋臂間兩個管子可同時導通，這正是此種逆變器擁有獨特升壓特性的原因。(2)雙模式Boost多級非隔離型光伏并網逆變器常規(guī)Boost多級非隔離型光伏并網逆變器存在開關頻率高、損耗大的缺點。介紹一種改進型的雙模式Boost多級非隔離型光伏并網逆變器，如圖7所示。這種拓撲的優(yōu)點在于前后兩級環(huán)節(jié)不同時工作于高頻狀態(tài)，總開關頻率減小;旁路二極管VDb的引入使系統(tǒng)工作在全橋逆變模式時輸出電流直接通過VDb，系統(tǒng)損耗大大減小。因此，增加了系統(tǒng)的轉化效率和壽命，體積及質量都相應減小。除了上述拓撲外，文獻［9］還介紹了一種多支路光伏并網逆變器。它的特點是多個支路逆變器可獨立進行能量轉換，可最大限度地利用太陽輻射能;同時因其具有安裝靈活、維護方便等優(yōu)點而具有較高的使用價值。