太陽能光伏發(fā)電工程技術(shù)研究

摘 要：太陽能是地球綠色能源中最重要的清潔能源大力發(fā)展光伏發(fā)電。開發(fā)利用太陽能，有利于節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，推動(dòng)人類向可持續(xù)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型的進(jìn)程，其中，光伏建筑一體化因其安裝簡便、外形美觀、實(shí)用性強(qiáng)，近年來越來越受到各級政府的重視，成為太陽能利用的重要方面。

關(guān)鍵詞：太陽能;光伏發(fā)電;控制技術(shù)

我國有豐富的太陽能資源以及潛在的巨大的市場，經(jīng)過20多年的艱苦努力，已經(jīng)為太陽能光伏發(fā)電更大發(fā)展和更大規(guī)模應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化的目的，還要消除制約發(fā)展的一些障礙。中國太陽能光伏技術(shù)處于發(fā)展的初期階段，大多光伏組件廠家規(guī)模小，基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)備落后，產(chǎn)品質(zhì)量總體水平比國外產(chǎn)品低，生產(chǎn)成本卻相對較高。此外，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和建設(shè)規(guī)范，將無法保證光伏電站和系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量.影響光伏發(fā)電的進(jìn)一步推廣。穩(wěn)定且不斷發(fā)展的市場和強(qiáng)有力的政府支持是光伏電池研發(fā)的根本動(dòng)力。目前，我國正在繼續(xù)培育國內(nèi)的光伏市場，如開展“送電到村”項(xiàng)目，加大城市屋頂和沙漠并網(wǎng)電站的研發(fā)和示范投入等;同時(shí)注意人才培養(yǎng)，抓緊技術(shù)平臺(tái)和隊(duì)伍的建設(shè)，積極研發(fā)新型電池生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)。

1.光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景

國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，截至2012年底，2012年我國全社會(huì)用電量為4.9萬億kw.h。如果按照5%為光伏發(fā)電，那么，光伏發(fā)電需要貢獻(xiàn)2450億kw.h的發(fā)電量，則我國需要約184.5GW的光伏電站。而2013年，我國累計(jì)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量僅為10GW。由此可見，中國光伏發(fā)電的總裝機(jī)量還有很大的市場空間。在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域。德國、日本、美國一直保持著世界領(lǐng)先的位置。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的光伏產(chǎn)業(yè)還處于初級階段，2006年我國太陽能電池僅占世界總產(chǎn)量的6%左右。依照目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢和中國的資源情況，到2020年的電力供應(yīng)單靠傳統(tǒng)的煤、水是不夠的，電力供給在2020年的缺口將達(dá)到l0.70%，這部分缺口將通過可再生能源來補(bǔ)充。因此，光伏發(fā)電將在中國未來的電力供應(yīng)中扮演重要的角色，預(yù)計(jì)到2020年累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到30GWp;2050年將達(dá)到100GWp。隨著光伏電池技術(shù)的進(jìn)步，其發(fā)電成本將會(huì)進(jìn)一步降低，并能夠和常規(guī)的化石能源發(fā)電技術(shù)相競爭。根據(jù)我國光伏發(fā)電的發(fā)展情況。

2.太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1獨(dú)立光伏系統(tǒng)

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)指采用光伏組件方陣為主要供電電源，通過獨(dú)立小電網(wǎng)為居住相對集中的用戶群供電的系統(tǒng)。通常供電半徑不超過lkm，以保證末端用戶的供電電壓。這樣的系統(tǒng)一般用于解決偏遠(yuǎn)山區(qū)、沿海的村落供電問題。獨(dú)立光伏系統(tǒng)可根據(jù)有無儲(chǔ)能設(shè)備分為兩種形式：一種不帶儲(chǔ)能設(shè)備，系統(tǒng)發(fā)出來的電直接供負(fù)載使用，這種情況下負(fù)載的工作完全取決于太陽輻射情況;另外一種帶儲(chǔ)能設(shè)備，光伏陣列發(fā)出的電能除直接供負(fù)載使用外，剩余部分可通過儲(chǔ)能設(shè)備（一般是蓄電池）儲(chǔ)存起來，供需要時(shí)使用。

2.2并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可分為戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)、光伏建筑一體化（BIPV）系統(tǒng)和大規(guī)模光伏電站。目前為止，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了兆瓦級電站的建設(shè)，國家又相繼支持了幾個(gè)兆瓦級課題項(xiàng)目，力求在大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域取得突破。光伏陣列發(fā)出的電力不足時(shí)，則由電網(wǎng)向家用電器供應(yīng)部分或全部電力。光伏戶用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，控制器和逆變器可以集成為一體，蓄電池應(yīng)選擇專門用于光伏系統(tǒng)的產(chǎn)品，我國有從10W到lkW的系列產(chǎn)品。在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，在建筑結(jié)構(gòu)外表面鋪設(shè)光伏組件提供電能。在城市里發(fā)展太陽能光伏發(fā)電可高效利用太陽能所發(fā)的電能，我國已經(jīng)有不少示范項(xiàng)目成功地實(shí)現(xiàn)了光伏系統(tǒng)與建筑結(jié)合的一體化模式，在有限的城市空間實(shí)現(xiàn)太陽能的無限利用。

3.太陽能光伏發(fā)電工程技術(shù)

3.1太陽能電池技術(shù)

光伏電池是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。由于光伏電池的作用是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，并將轉(zhuǎn)換成的電能存儲(chǔ)或供應(yīng)其他負(fù)載使用的，因此改善光伏電池的性能可以提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率。要提高光伏電池的關(guān)鍵在于兩點(diǎn)，即提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率和降低光伏電池的生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在，對光伏電池的性能研究，主要是集中在電池的材料上?，F(xiàn)在的光伏電池的制作材料包括硅片、基于薄膜技術(shù)開發(fā)的非硅材料。與硅片材料相比，基于薄膜技術(shù)開發(fā)的第二代光伏電池的成本比較低，且生產(chǎn)工藝比較簡單，方便大規(guī)模生產(chǎn)。隨著科技的進(jìn)步，第三代光伏電池的材料會(huì)更加先進(jìn)。這些新型光伏電池的轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)效率對比過去將會(huì)有大幅度的提高。

3.2光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，簡稱MPPT技術(shù)。MPPT技術(shù)的作用是通過實(shí)時(shí)控制光伏陣列的工作點(diǎn)，充分發(fā)揮光伏電池在供電系統(tǒng)中的作用，使得供電系統(tǒng)的輸出功率達(dá)到最大化。太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)需要采取MPPT技術(shù)的原因在于光伏陣列的輸出功率會(huì)受到太陽輻射、溫度變化和負(fù)載情況的影響呈現(xiàn)非線性的變化特征。太陽輻射和環(huán)境變化因素是人類無法控制的。因此，需要通過MPPT技術(shù)獲得系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)，保證太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng)在太陽輻射和環(huán)境因素變化的情況下仍然能保證最大功率輸出。最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的工作原理主要包括恒定電壓法、擾動(dòng)觀測法和導(dǎo)納增量法等。每一種應(yīng)用原理都有各自的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，需要的設(shè)備和技術(shù)條件也不相同。因此，在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要根據(jù)需求和硬件設(shè)施的情況應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓ぷ髟?。恒定電壓法是指將最大功率點(diǎn)跟蹤簡化為穩(wěn)壓控制。根據(jù)研究，在影響因素中影響力最大的輻射變化對于最大功率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓量大小變化的影響很小，因此可以認(rèn)為最大輸出功率的對應(yīng)電壓是恒定的。

4.結(jié)束語

太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展對我國的新能源開發(fā)具有重要的意義。隨著太陽能光伏技術(shù)水平不斷提高，我國的太陽能在中國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例將會(huì)越來越高，對緩解我國目前能源緊張的狀況起著積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

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