太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

韓慶山

中電投西藏分公司 西藏自治區(qū)拉薩市 850000

摘要：文章首先簡述了太陽電池的基本原理和光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢，然后分析了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，最后重點探討了光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電技術(shù)；清潔能源；光伏發(fā)電系統(tǒng)

一、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟水平不斷提高，能源資源逐漸減少并受到污染，太陽能作為一種清潔無污染的可再生能源，可以被持續(xù)利用，因此具有廣闊的應(yīng)用前景，本文就太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了探討。

二、太陽電池的基本原理和光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢

1、太陽電池的基本原理

太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電有可能成為最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。太陽電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)。當(dāng)太陽光（或其他光）照射到太陽電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生“光生電子-空穴”對。在電池內(nèi)電場作用下，光生電子和空穴被分離，從而在電池兩端積累起異號電荷，即產(chǎn)生電壓。

2、光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢

發(fā)電原理具有先進(jìn)性：即直接從光子轉(zhuǎn)換到電子，沒有中間過程（如熱能-機械能、機械能-電磁能轉(zhuǎn)換等）和機械運動，發(fā)電形式極為簡捷。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)相比不僅高效、便捷，還具有清潔、環(huán)保的特點；太陽能資源的無限和分布特性：我們都知道，太陽能源是一種可再生的資源，它會隨著新一天的到來而重新產(chǎn)生，因此我們可以說太陽能資源是無限的。同時，由于陽光照射的廣泛性，世界的各個國家以及地區(qū)都會受到太陽的照耀，而唯一不同的就是陽光照射的時間以及強度的不同，因此，太陽能資源分布廣泛，不會因為地區(qū)、氣候等自然資源的限制而阻礙太陽能資源的產(chǎn)生和攝取。

3、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部分功能

（一）、太陽電池組件及方陣

太陽電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。太陽電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4～200cm2不等。太陽電池單體的工作電壓約為0.5V，工作電流約為20～25mA，一般不能單獨作為電源使用。將太陽電池單體進(jìn)行串并聯(lián)且封裝后，就成為太陽電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。

（二）、儲能蓄電池

儲能蓄電池可以說是太陽能光伏發(fā)電的重要組成部分，同時在發(fā)電的過程之中也發(fā)揮著重要的作用。因為儲能蓄電池可以儲備有太陽能轉(zhuǎn)化的電能，從而為生產(chǎn)、生活提供能源資源，以保持其不停的運作，做到高效率、低污染。

（三）、充放電控制器

蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，在運作的過程之中受充放電的影響是非常大的，因為如果沒有很好地處理這一問題的話，不僅會縮短電池的使用壽命，還會影響到太陽能光伏發(fā)電的效果，所以為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電，稱為充放電控制器。

（四）、直流-交流逆變器

眾所周知，整流器的功能是將50Hz的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對應(yīng)于整流的逆過程稱為“逆變”。太陽電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。

三、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

1、太陽能電池技術(shù)

太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它通過將太陽能的輻射光轉(zhuǎn)換為直流電電能。電池單元是光電轉(zhuǎn)換的基本單元，通常不獨立作為電源，對此，一般通過串聯(lián)以及并聯(lián)的方式將太陽能電池單元封裝起來，從而建立太陽能電池組件，其功率可以達(dá)到幾百瓦。若干太陽能電池組件按照需求進(jìn)行串、并聯(lián)之后可以組建成為太陽能電池陣列，而這種大規(guī)模的組件應(yīng)用需要解決兩方面的問題，即提高光電的轉(zhuǎn)換效率和降低總體成本。第一代以硅片作為基礎(chǔ)材料的光伏電池，其技術(shù)雖然發(fā)展已經(jīng)較為成熟，但是生產(chǎn)成本一直較高。而第二代基于薄膜技術(shù)的光伏電池，通過將非常薄的光電材料鋪在非硅材料的襯底上，大幅降低了半導(dǎo)體材料的消耗，同時更加容易進(jìn)行批量生產(chǎn)，大大降低了光伏電池的生產(chǎn)成本。目前，國內(nèi)、外已經(jīng)有廠家開發(fā)出具有較高效率和較長使用壽命的薄膜電池。同時，還有一些新概念、新結(jié)構(gòu)的太陽能電池，通過減少非光能的消耗，增加光子的利用率并降低電池的內(nèi)部電阻，從而使太陽能電池在轉(zhuǎn)換效率的提升方面有了一定的空間。

2、光伏陣列最大功率點跟蹤技術(shù)

光伏陣列的輸出具有非線性特性，同時，太陽能的輻射強度以及環(huán)境溫度等多方面的因素都會對光伏陣列的輸出產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)太陽能輻射強度及環(huán)境溫度一定時，光伏陣列可以在不同的輸出電壓下工作，當(dāng)輸出電壓值處于某一具體值時，光伏陣列的輸出功率會出現(xiàn)最大值，此時光伏陣列的工作點被稱為最大功率點。

當(dāng)光伏陣列的工作電壓大于最大功率點電壓時，光伏陣列的輸出功率會隨著太陽能電池輸出電壓的增加而不斷變小；而當(dāng)光伏陣列的工作電壓小于最大功率點的電壓時，光伏陣列的輸出功率會隨著太陽能輸出電壓的增加而不斷增大。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的整體光電轉(zhuǎn)換效率，可以根據(jù)實際情況對光伏陣列的工作點進(jìn)行實時調(diào)整，從而使其始終保持在最大功率點附近進(jìn)行工作，該過程被稱為最大功率點跟蹤。

四、光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

1、通信和工業(yè)應(yīng)用

主要有微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話系統(tǒng)、部隊通信系統(tǒng)、鐵路和公路信號系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、氣象和地震臺站、水文觀測系統(tǒng)、水閘陰極保護和石油管道陰極保護等。

2、農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用

我們都知道，農(nóng)村的發(fā)展不同于城市的發(fā)展，它的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市的發(fā)展速度，尤其是在電力資源的發(fā)展上。在城市，居民的用電可以隨時隨地的得到保證，但是在農(nóng)村由于交通以及經(jīng)濟發(fā)展的水平等因素的限制，使得電力等發(fā)展資源得不到保障。在這樣的發(fā)展情況之下，太陽能光伏發(fā)電就可以很好地解決這一難題，因為農(nóng)村多為空曠的陸地，對于太陽能資源的收集有很大的優(yōu)勢，所以太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在農(nóng)村得到了很大的發(fā)展與應(yīng)用，且主要由獨立光伏電站、小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)、太陽能照明燈、太陽能水泵等組成。

3、太陽能商品

主要有太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能噴泉、太陽能城市景觀、太陽能信號標(biāo)識、太陽能廣告燈箱、太陽能電動汽車、太陽能游艇、太陽能鐘、太陽能帽、太陽能手表、太陽能玩具等。

4、光伏建筑一體化（BIPV）

BIPV指的是光伏建筑一體化。BIPV模式這種新能源利用方式，能將太陽能光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合，利用了建筑屋頂?shù)拈e置空間，組裝太陽能光伏發(fā)電模塊，滿足或者補充電力需求?？萍汲晒@示，這種BIPV模式日后將與建筑物幕墻相結(jié)合，以獲得更多的陽光和電力，但目前的BIPV主要以樓頂為主，應(yīng)用技術(shù)較為成熟。

5、大型荒漠光伏電站

沙漠是一望無際的，在沙漠里人們無法進(jìn)行耕種，但是面對一望無際的沙漠，人們?nèi)缛舨贿M(jìn)行一些活動，就會造成資源的浪費。所以通過科學(xué)家的研究與調(diào)查后發(fā)現(xiàn)沙漠里的太陽資源是相當(dāng)?shù)某渥愕?，所以荒漠之中建立光伏發(fā)電站是非常的明智與正確。同時還可以為荒漠地區(qū)的發(fā)展，提供就業(yè)機會以及經(jīng)濟發(fā)展的機會。

6、光伏發(fā)電未來應(yīng)用前景

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟技術(shù)也隨著時間的推移不斷發(fā)展，在這樣的情況之下，人們的生活水平以及生活質(zhì)量都得到了顯著的提高，人們在物質(zhì)生活得到滿足之后，也逐漸向精神生活方向轉(zhuǎn)移。

五、結(jié)束語

綜上所述，太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，在未來會得到越來越廣泛的應(yīng)用，因此，我們要大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，加大新能源的研究，實現(xiàn)對能源的最大化利用。

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