太陽能光伏發(fā)電技術(shù)淺析

秦小玲

摘要：本文作者對太陽能光伏發(fā)電技術(shù)進行了分析探討，并對其發(fā)展前景進行了研究，供大家參考。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電技術(shù)

我國幅員遼闊，可利用的太陽能多，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)大大提高了轉(zhuǎn)換率，因此光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景看好。隨著電價補貼和光伏發(fā)電的使用時間增加，未來太陽能發(fā)電成本有可能降到和常規(guī)電價相近的水平。另一方面我國石油、煤炭、天然氣等不可再生能源不斷減少，太陽能等清潔能源的開發(fā)利用是未來能源發(fā)展必然的方向。

1 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

1.1 太陽光伏發(fā)電技術(shù)原理

太陽能電池是太陽能光伏企業(yè)的核心設(shè)備，光伏發(fā)電利用太陽能電池將光能直接轉(zhuǎn)換成電能。1839 年Becquerel 發(fā)現(xiàn)了光生伏打效應(yīng)，為太陽能電池的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。太陽能電池芯片的PN 結(jié)被光照射后，高能狀態(tài)下的電子吸收了光能，被激發(fā)成為自由電子，自由電子在晶體里移動，余下的空穴也圍繞晶體移動，自由電子在N 結(jié)聚集，空穴在P 結(jié)聚集，由此PN 結(jié)間形成電勢差，從而可以作為電源使用。

1.2 太陽能電池

提高太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵是提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化率。太陽能電池主要分為硅基太陽、化合物半導(dǎo)體電池。

1.2.1 硅基電池

電池和化學(xué)電池是目前商業(yè)化最成熟的太陽電池。硅基太陽電池分為晶體硅和非晶硅電池，晶體硅可分為多晶硅電池和單晶硅電池，單晶硅光伏電池雖然轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好但是成本也比較高，多晶硅電池雖然轉(zhuǎn)換率低些，但是以其較高的性價比成為市場上最主要的光伏太陽能電池。晶硅光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展的方向主要是硅薄膜光伏發(fā)電。硅薄膜太陽電池的是指將硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持襯底上制成的太陽能電池，相對傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池而言，生產(chǎn)硅薄太陽能膜電池所需的硅材料少，成本低，能耗小但是生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜。

1.2.2 化合物半導(dǎo)體電池

半導(dǎo)體硅的價格比較貴，相對而言化合物半導(dǎo)體的成本就比較低了，化合物半導(dǎo)體電池主要有CdTe 電池和CIGS 電池。這些化合物半導(dǎo)的體能隙寬度可以方便的調(diào)節(jié)，從而與太陽光譜匹配，將更多的光能轉(zhuǎn)換為電能。理論上CdTe 電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達30%，而且性能穩(wěn)定，原材料價格低廉。另外，金屬鎘Cd 具有毒性，會嚴(yán)重的污染環(huán)境，根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，生產(chǎn)相同多的電量，CdTe 與煤、石油和晶體硅電池相比，排放的鎘等重金屬的量是最低的。

1.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏電池板、儲電裝備、控制器存和逆變器構(gòu)成，包含了電能變換系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。太陽能通過太陽能光伏電池板被轉(zhuǎn)換為電能，并通過逆變器轉(zhuǎn)換后可以提供給負載用戶使用。

1.3.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)是獨立運行的發(fā)電系統(tǒng)，不與電網(wǎng)相連，一般建設(shè)在遠離電力系統(tǒng)的邊遠地區(qū)或者作為野外移動式電源使用。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)將白天生產(chǎn)的部分電能存儲在蓄電池里，晚上釋放出來使用，對沒有條件接入電網(wǎng)的居民而言是很好的選擇。但是在實際應(yīng)用過程中，因為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)供電不穩(wěn)定，通常會建立一個普通電站輔助，這提高了光伏發(fā)電的成本，也與利用清潔能源發(fā)電的目的背道而馳。

1.3.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指將光伏發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)連接在一起的發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電設(shè)備與其他類型的發(fā)電站一樣能為公共電網(wǎng)提供有功電能和無功電能。光伏電池在陽光照射下產(chǎn)生的是直流電，需要經(jīng)過相關(guān)設(shè)備變換成與公共電網(wǎng)頻率相同的交流電，之后再以電流源、電流源等方式把電能送入電網(wǎng)，所以并網(wǎng)系統(tǒng)不需要蓄電池，系統(tǒng)運行成本低于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。另外，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率比獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)高很多，所以發(fā)電系統(tǒng)的供電比較穩(wěn)定，是太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的比較合理發(fā)展方向。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)階段太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要以小型戶光伏發(fā)電、屋頂型光伏發(fā)電和大型并網(wǎng)型光伏發(fā)電的應(yīng)用進行介紹。

2.1 小戶型光伏發(fā)電

小戶型家用型光伏系統(tǒng)作為非并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成部分之一，廣泛應(yīng)用于較為貧困的山區(qū)和農(nóng)村，以保證他們的用電所需。其優(yōu)良的性能和可靠性，得到了廣大用戶的好評。以遼寧某縣為例，該地區(qū)以安裝了353 套獨立的家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，不但能夠滿足白天的電能供應(yīng)，所儲存起來的電能還能夠滿足夜間和天氣不好時候的供應(yīng)。

2.2 屋頂型光伏發(fā)電

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸得到普及的今天，太陽能屋頂光伏發(fā)電也得到了廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用中，不但能夠滿足用戶用電的需求，還能夠充分利用屋頂資源，減少土地資源的占用，降低屋頂?shù)纳郎?，緩解用電高峰等?yōu)點。

現(xiàn)如今，已有很多城市都在應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電照明燈，如對車站、道路或公共場所中的路燈、庭院燈、草坪燈運用太陽能技術(shù)，在保證其美觀大方的同時，降低了城市中能源的消耗。

2.3 大型并網(wǎng)型光伏發(fā)電

系統(tǒng)作為光伏發(fā)電的未來，是技術(shù)進步的標(biāo)志，若能夠?qū)⒋笮筒⒕W(wǎng)型光伏發(fā)電作為發(fā)電的主要方式，這對于緩解能源的損耗具有非常深遠的影響。對降低化石能源的使用，保護環(huán)境都有很大的幫助。

3 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景

我國公布的相關(guān)規(guī)劃提出，2015 年的分布式光伏發(fā)電要達到一千萬千瓦；英國，日本國家成為光伏產(chǎn)業(yè)新興海外市場；股神巴菲特第三次投資光伏電站項目，一系列行動表明光伏產(chǎn)業(yè)正在緩慢回升。中國的光伏企業(yè)的市場主要是歐美等發(fā)達國家，但是隨著我國出臺了一系列光伏補貼政策，國內(nèi)市場將逐漸被打開，光伏企業(yè)有望擺脫生產(chǎn)過剩的現(xiàn)狀。國家已經(jīng)明確提出鼓勵在中東部地區(qū)建設(shè)和建筑相結(jié)合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所以分布式光伏發(fā)電和建筑光伏一體化將是我國未來光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。由此，光伏產(chǎn)業(yè)可能從高端市場向下游市場延伸，專業(yè)從事諸如太陽能照明或者屋頂太陽能的企業(yè)可能得到大力發(fā)展，光伏企業(yè)需要更加重視相關(guān)技術(shù)的開發(fā)與研究，比如光伏并網(wǎng)電路的拓撲結(jié)構(gòu)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量管理，對系統(tǒng)的顯示和遠程監(jiān)控等，同時也應(yīng)該提供安裝維護等增值服務(wù)。

雖然晶硅太陽能板仍然是市場的主流，但是很多企業(yè)也將目光投向了薄膜太陽能板技術(shù)。薄膜太陽能板相對于晶硅太陽能板而言，更能適應(yīng)高溫潮濕的條件，在我國大多用于下游的建筑幕墻，生產(chǎn)成本低，在制造過程中使用的能源也在晶硅太陽能板的一半以下。全球經(jīng)濟衰退影響時，薄膜太陽能板市場仍然穩(wěn)定增長，美國的FirstSolar 公司也因此成為全球最大的太陽能板生產(chǎn)商之一。目前，MiaSole 公司將CIGS 薄膜的光能轉(zhuǎn)化率提高到17%，改變了以往薄膜太陽能板轉(zhuǎn)化率低的狀況，對晶硅太陽能板提出了挑戰(zhàn)。

4 結(jié)束語

人類一切經(jīng)濟文化活動都需要以能源來作為動力來源，20世紀(jì)及以前人們主要以煤炭、天然氣和石油等來作為主要的能源來源，而這些能源都是經(jīng)過上萬年甚至更長的時間由古生物變化而來，不珍貴的不可再生的能源。隨著人類對能源需求的不斷提高，近年來，人類開采不可再生能源的腳步日益加快，使得這些化石能源的存量不斷減少，以現(xiàn)在的這種開采狀態(tài)，在不遠的將來地球上的化石能源就會被人類消耗殆盡。在消耗能源的同時，在使用的過程中，還會排放大量的溫室氣體，對大氣造成的嚴(yán)重污染。導(dǎo)致全球氣候變暖，南北極冰山融化，使得海平面上升，對人類和生物的生命安全造成威脅。由此可見，開發(fā)、利用并推廣高效環(huán)保的綠色可再生能源是當(dāng)務(wù)之急，太陽能作為一種可再生資源，對環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻：

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