光本质的认识史

　　从笛卡儿(R.Descartes 1596-1650)1637年出版的《屈光学》一书中对光的猜测性的论述开始,人类探索光的本性已有300多年的历史,其间经历了复杂而漫长的认识过程。笛卡儿认为光好像机械脉冲沿着手杖传入盲人的手和脑

　　一样。1667年,胡克(R.Hooke1635-1703)出版了《显微术》一书,他赞同笛卡儿的观点,认为“发光体的每个脉冲或振动都必然会形成一个球面,这个球面不断扩大,就如同把石头投进水中在水面周围形成波动”,他们可以说是波动说的创始人。光的微粒说的创始人可以上推到古希腊的德漠克利特,他认为光是一束从发光体运动到眼睛的微粒,而为光的微粒说奠定基础的却是牛顿。1672年牛顿(Newton)在做棱镜色散实验的基础上,发表了《光与颜色的新理论》的文章,阐明了他由光的波动观点而转变倾向于光的微粒观点。到了1704年,牛顿出版了《光学》一书,其中在对光的微粒说进一步肯定下能说明光在晶体中传播时所显示出光的传播的不对称性。但是,牛顿的微粒说也存在着缺陷,不能解释摩擦发光、独立传播定律、折射定律等。所以,牛顿的观点也受到了惠更(C.Hagens1629-1695)、胡克等人的反对。1690年,惠更斯在他出版的《光学》书中,提出了描述光传播过程的著名的惠更斯原理,他认为光的传播方式与声音类似,“可以互不干扰地相互穿透”。后来在十八世纪光学理论基本上无什么进展,直到托马斯·杨(T.young,1773-1829)、菲涅耳(A.J.Fresnel1788-1827)等人的潜心研究,才使光的波动说重新复兴起来。1814年,菲涅耳开始着眼于光的波动说的基础性理论研究和实验。最后菲涅耳和阿拉果一起进行了偏振光的干涉实验,得出振动方向一致是发生干涉的一个必要条件。1815年10月菲涅耳发表了关于光的衍射的第一篇研究论文。他认为波阵面前的振动是波阵面上面元发出子波在该点的迭加。其强度和面元面积成正比,和该点到面元的距离成反比并随衍射角的增加而下降。

　　1817年,英国物学家托马斯·扬知道偏振现象后,他设想如果认为光像“水波或拉紧的琴弦那样振动,”他说“用这理论可以解释沿半径方向以相等速度传播的横向振动”。但是这种观点未能得到物理学家的支持反而受到顽固的微粒说信奉者的强烈攻击,托马斯·扬在这关键时刻退却了。1819年,菲涅耳和阿拉果进一步用偏振光干涉实验证实了光的横波特性,解决了一系列的偏振问题,使光学发展到了一个新的阶段。1821年,菲涅耳用三个对称的椭园代替了惠更斯的旋转椭园建立了晶体双折射的可靠理论,进而清楚地解释了偏振光振动面旋转的现象,同时得到实验的证实。1824年,菲涅耳在光波横振动的假定下,得到可准确地计算出光的折反射时的能量分配问题、解释光的折反射时偏振态、说明半波损失及描述光在界面上反射和折射时的能量交换的菲涅耳公式。

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　　本论文对光伏发电系统的相关核心问题做了分析和研究，将系统中的逆变器控制作为重点内容。归纳概括后，论文的主要工作主要是对光伏发电系统的基本构成和原理进行了概括和分析，并且对其进行了分类总结。光伏并网逆变器是光伏发电系统的一个重要部分，对逆变器的控制策略的研究关系到逆变器输出电能的品质。

　　从环境的角度来看，大量的开发和利用化石能源，是导致环境污染和生态破坏的主要原因。因此在开发和利用化石能源的同时，也要对我们赖以生存的地球进行保护，这已经成为全球性的重要问题了。太阳距地球大约为1.5xIO8km，有害的放射能就不会对地球产生影响，而且，太阳能也不会产生像C02等有害的物质，所以太阳能即不污染环境，也不会引起温室效应。由此可见，太阳能作为一种洁净的能源，取代化石能源是保护生态环境、走可持续发展的必经道路。

　　从储量上来看，太阳能是可再生能源，它的资源丰富，因此具有很大的开发潜力。

　　太阳辐射到地球大气层的年平均辐射能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但己高达173，000Tw，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳，可以说，太阳能是真正的取之不尽、用之不竭的能源。虽然太阳能在能源结构中占有很大优势，但它还是存在一些缺点。太阳照射的能量分布密度较小，要收集太阳能即要占用巨大的面积;获得的太阳能量与四季、昼夜及阴晴等气象条件有关;还有太阳能的储能困难。所以，要大力开发太阳能源，光伏

　　发电技术就是实现这个目标必不可少的重要措施，其中逆变器的控制技术是提高太阳能利用效率的重要手段。本课题就是针对独立系统的逆变器的控制方法进行研究。

　　1、国外光伏发电发展现状

　　当今世界十分重视对太阳能的开发和利用，因此推动了光伏发电技术快速发展。特别是在20世纪70年代以后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统能源不断的减少，光伏发电技术迅速发展。目前世界上对光伏发电的研究主要集中在两个方面，一方面是光伏电池的研究。另一方面是对光伏逆变器在低成本、高效率和高稳定性方面的研究。全世界各国特别是发达国家对光伏发电技术相当重视，并且投入了巨额资金进行研究。世界各国尤其是美、日、德等国家先后发起了大规模的光伏发电计划，X在1990年起动了PvMaT(光伏制造技术)计划，主旨就是要大幅度降低成本。该计划的实施产生了相当明显的效果:商品化电池的效率到达12一巧%;生产规模从以前的1一SMW/年发展到了5一20Mw/年，而且正在向50M、V增加;生产工艺不断简化，自动化程度不断提高;在这三年里，光伏组件的生产成本降低32%以上，售价降到4

　　美元/wp左右。日本于1992年启动新阳光计划，直到2003年，日本的光伏组件生产量约占世界的50%，世界上前10大光伏厂商有4家就在日本。截止到2006年，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统。瑞士、法国、意大利等国，也相继制定光伏发展计划，并且投巨资进行光伏发电技术的开发，并且加速工业化进程。

　　在技术方面，光伏发电逆变技术已经比较成熟，在欧洲，具有光伏逆变器市场化产品的公司就有SMA，Fronius，Sputnik，Sunpwer和西门子等，其中SMA公司在欧洲市场中就占有50%的份额。除欧洲外，X、加拿大、澳大利亚、西兰以及亚洲的日本在并网型逆变器方面也都已经产品化。这些都表明光伏发电产业己经是世界范围内一个蓬勃发展的高新技术产业。总之，从国际的发展趋势来看，光伏发电最终将以替代常规能源的角色进入电力市场。欧洲光伏工业协会对太阳能发电进行了预测，到2020年太阳能电池产量再全世界将达到40PGW，太阳能发电的总装机容量将达到195PGW，发电量为274TWll，占全世界发电量的1%;2040年光伏发电量7368TWh，占全球发电量的21%，因此光伏发电未来市场的发展前景值得期待。

　　2、国内光伏发电发展现状

　　中国地处北半球，南北距离和东南距离都在5000公里以上，在广阔的土地上有着丰富的太阳能资源，在这其中太阳能资源比较好的地区主要集中在西北部，大约占我国土地面积2/3以上，特别是在西北和青藏高原等地区，每年平均的日照时间都会超过2200小时。我国陆地一年能接收的太阳能辐射总量大约在24000亿吨煤，与相同纬度的其他国家相比较，可以看出我国与X相近，比欧洲、日本优越许多，因此具有巨大的开发潜力。我国从1958年开始研究太阳能电池，而在1971年3月，太阳能电池才首次应用到我国第二颗人造卫星上，1973年太阳能电池在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳能电池。在这之后我国光伏产业的发展经历的两个阶段，第一个阶段是在改革开放时期，先后引进了很多条太阳能电池生产线，太阳能电池的生产能力得到了提升。第二个阶段是在二十一世纪的初期，主要受国际大环境的影响、国际项目与XX项目的启动和市场的拉动，国家发改委启动了“光明工程”和“送电到乡工程”，有力的推

　　动了我国光伏产业的发展。直到2007年底，我国的光伏发电系统的累计装机容量达到IOOMW，太阳能电池的年产量达到1180MW，己经超过了日本和欧洲，从原材料的生产到光伏发电系统的建设等多个环节已经初步建立了完整的产业链，为我国光伏发电的规模化发展奠定了坚实的基础。

　　虽然中国的光伏发电技术己经有50多年的发展历史了，现在己经有了一定的技术水平和基础，但是与发达国家相比还有很大差距。近几年来，我国的光伏发电技术具有了一定的市场潜力，但是在关键技术和设备方面主要还是依靠进口，这导致光伏发电系统的造价高，依赖性强，并且制约了光伏发电系统在国内的发展和推广。跟据专家的预测:我国规划的总发电量到2020年为4.5万亿kwh，其中太阳能发电占总发电量的1%。假如太阳能发电的年产量日照时数平均1500小时计算，那么我国到2020年的总装机容量就会达到30GW。所以，要使我国的太阳能发电产业迅速发展，就必须要有先进的光伏发电技术，并且要有自己的知识产权，因此鼓励技术创新并增加技术的积累是发展光伏发电产业的必要手段。

　　本文采用文献法、调查法和访谈法相结合的方法进行研究，也就是在对大量文献进行研究的同时，参考前人研究的成果和结论，并结合实际的考察和数据的采集，最终通过理论结合实际的方式对论文完成分析和撰写。解决方法首先要多参考前人的研究成果，并多询问老师和同学，得到他们的帮助，弥补写作上的不足；其次是要很好的协调找工作和撰写论文，充分的利用时间；最后就是多就行社会实践，多思考问题，提高自己的解决问题的能力。

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