太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究與普及

蘆 浩

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究與普及

蘆 浩

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

太陽(yáng)能是一種干凈的可再生的新能源，越來(lái)越受到人們的重視與開發(fā)利用，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域中開始應(yīng)用，并展現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。本文重點(diǎn)分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的原理、優(yōu)勢(shì)以及具體應(yīng)用。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)；原理；優(yōu)勢(shì)；應(yīng)用；普及

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù)，現(xiàn)已經(jīng)成為各行各業(yè)重點(diǎn)開發(fā)與研究的技術(shù)之一。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出：清潔、環(huán)保、節(jié)能、健康等優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高能源利用效率，應(yīng)該成為重點(diǎn)研究與開發(fā)的對(duì)象，未來(lái)的能源建設(shè)與發(fā)展必然少不了太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。

一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理與優(yōu)點(diǎn)分析

太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理最基本體現(xiàn)為：通過(guò)太陽(yáng)能電池把來(lái)自于太陽(yáng)的輻射光能變成電能，現(xiàn)代科技的持續(xù)發(fā)展使得太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)成為最具潛能的一項(xiàng)技術(shù)。主要是發(fā)揮半導(dǎo)體的光伏發(fā)電光能，來(lái)自于太陽(yáng)輻射出的光，聚集于太陽(yáng)電池中，電池吸收這些光能，對(duì)應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為電能，具體過(guò)程為：光能中將出現(xiàn)“光生電子-空穴”，太陽(yáng)能電池中存在電場(chǎng)，從而使得電子與空穴相互分開，對(duì)應(yīng)于電池兩側(cè)出現(xiàn)了電荷，誕生了電壓。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：

1.高效、節(jié)能、清潔

不同于普通的電力系統(tǒng)發(fā)電，太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要是利用太陽(yáng)光能，將光子變成電子，光能轉(zhuǎn)化為電能，這其中省略掉了一系列的能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，電能轉(zhuǎn)化更為簡(jiǎn)單，同普通發(fā)電對(duì)比起來(lái)，其效率高、簡(jiǎn)單、便捷，同時(shí)又節(jié)能環(huán)保。

2.儲(chǔ)備豐富、分布范圍廣

太陽(yáng)能是一種來(lái)自于大自然的能源，具有清潔、環(huán)保、可再生等特點(diǎn)，太陽(yáng)光的廣泛分布為其開發(fā)與利用帶來(lái)了巨大便利，充分利用太陽(yáng)光能就可以減少對(duì)其他常規(guī)能源的開發(fā)，從而減少對(duì)環(huán)境的污染與破壞。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：太陽(yáng)電池組件，儲(chǔ)能蓄電池、充放電控制器、直交流逆變器等。其中太陽(yáng)電池組件是最核心的部件，主要發(fā)揮著電能轉(zhuǎn)換作用。

二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與普及研究

太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一項(xiàng)現(xiàn)代化新能源在我國(guó)得到了發(fā)展，目前也已經(jīng)成為最具開發(fā)價(jià)值、最具利用價(jià)值的技術(shù)。所謂的太陽(yáng)能光伏發(fā)電最基礎(chǔ)原理為：通過(guò)太陽(yáng)電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，達(dá)到發(fā)電的目的，當(dāng)前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到以下領(lǐng)域：

1.通信工程

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在通訊領(lǐng)域得到了深入而廣泛的應(yīng)用，具體體現(xiàn)為：光纜通信工程、衛(wèi)星通信工程、鐵通工程、水文探測(cè)工程等，這些通信工程項(xiàng)目的發(fā)展都依賴于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛躍式發(fā)展。

表1　太陽(yáng)能溫度與利用

2.太陽(yáng)能水泵

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的支持下，水泵通常無(wú)須采用蓄電池發(fā)電，在光伏發(fā)電系統(tǒng)帶動(dòng)下能夠推動(dòng)水泵迅速運(yùn)轉(zhuǎn)。一般將逆變器配置在光伏水泵站，第一步是電池板直流電、交流電之間的轉(zhuǎn)換，這樣水泵就能在交流電的支持下開始運(yùn)轉(zhuǎn)。太陽(yáng)能水泵實(shí)際使用的弱點(diǎn)體現(xiàn)在：初期投入大，然而，實(shí)際運(yùn)行成本較低、無(wú)須過(guò)多的維護(hù)費(fèi)用，易于長(zhǎng)期使用，相對(duì)于小型號(hào)普通的水泵，其工作效率更高。太陽(yáng)能水泵通常適合用在太陽(yáng)能豐富、光能儲(chǔ)備較強(qiáng)的地域環(huán)境中。

3.光熱利用

其應(yīng)用原理為：聚集太陽(yáng)輻射，使其同某物接觸然后變成熱能，最終得以應(yīng)用這部分熱能?，F(xiàn)階段，主要的太陽(yáng)能聚集設(shè)備為：平板集熱器、聚焦性收熱設(shè)備等。根據(jù)太陽(yáng)光的溫度，能夠發(fā)揮不同的光熱作用，具體見表1。

4.太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)主要體現(xiàn)為發(fā)電技術(shù)，其中太陽(yáng)能的應(yīng)用形式有多種，具體體現(xiàn)為：光能與熱能以及電能之間的轉(zhuǎn)換，具體圖示為：光→熱→電，來(lái)自于太陽(yáng)所輻射的光能將變成熱能，從而用來(lái)發(fā)電，通過(guò)集熱設(shè)備來(lái)收集太陽(yáng)光，使之變?yōu)闊崮?，并逐漸變成蒸汽，巨大的蒸汽作用力下，汽輪式發(fā)電機(jī)將運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出電能?；蛘呤枪饽芘c電能之間的直接轉(zhuǎn)換，也就是：光能→電能，該過(guò)程的具體原理為：發(fā)揮光生伏特的作用，讓太陽(yáng)能在一瞬間變成電能。

5.動(dòng)車組太陽(yáng)光伏系統(tǒng)

高鐵建設(shè)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)也應(yīng)用其中，得益于MATLAB軟件系統(tǒng)的支持，動(dòng)車組光伏系統(tǒng)得以發(fā)展，該系統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)如圖1所示。

該系統(tǒng)主體構(gòu)造為：光伏陣列、照明與空調(diào)系統(tǒng)、蓄電池、充電與放電控制器。其中光伏陣列主要配置在動(dòng)車組上方，通常根據(jù)動(dòng)車組頂面大小來(lái)設(shè)置電池組，決定電池組的型號(hào)與數(shù)量。

光伏電池電路模型，單個(gè)太陽(yáng)能電池屬于基礎(chǔ)單元，構(gòu)建起太陽(yáng)能光伏陣列，實(shí)際電池組件構(gòu)造應(yīng)該參照現(xiàn)實(shí)的工程建設(shè)狀況，通過(guò)串聯(lián)電池、并聯(lián)電池等方式來(lái)從整體上構(gòu)建太陽(yáng)能電池組件。這其中主要形成了3大等效電路模型：

（1）不考慮電阻對(duì)電池的影響，簡(jiǎn)單的等效模型。

（2）將并聯(lián)電阻納入考慮范圍，分析其對(duì)光伏電池輸出的不良作用。

（3）將并聯(lián)或串聯(lián)的電阻納入考慮范圍，分析其對(duì)光伏電池的各種作用，這一等效電路模型在現(xiàn)實(shí)的工程建設(shè)中最為實(shí)用，具體的電路模型如圖2所示。

觀察圖2可以看出，在光伏電路圖中，分別串聯(lián)與并聯(lián)了兩個(gè)電阻：Rs與Rsh。同時(shí)，同光伏電池相比，器件反應(yīng)速度較快，具體的光伏電池電流用下列公式計(jì)算：

IL——光電流；

q——電子電荷；

T——絕對(duì)溫度；

I0——二極管反向飽和電流。

6.光伏建筑一體化

隨著太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)逐漸被應(yīng)用到建筑工程中，逐漸形成了光伏建筑一體化模型。具體的應(yīng)用原理為：將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在建筑物的頂端，將其同建筑內(nèi)部的電力線路連接起來(lái)，通過(guò)太陽(yáng)光能與電能之間的轉(zhuǎn)化，來(lái)發(fā)揮對(duì)建筑室內(nèi)用電的補(bǔ)償作用，當(dāng)建筑電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，出現(xiàn)斷電時(shí)，可以啟動(dòng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，來(lái)持續(xù)供電，維持建筑物內(nèi)部各個(gè)用電設(shè)備的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)研究表明，這種光伏建筑一體化的模式未來(lái)會(huì)有更廣闊的發(fā)展，能夠同建筑幕墻有效配合，二者都能夠有效吸收太陽(yáng)輻射能、光能等?，F(xiàn)階段來(lái)看，光伏建筑一體化技術(shù)多數(shù)用于建筑頂端，其技術(shù)發(fā)展相對(duì)完善。

光伏建筑一體化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用還處于初始階段，需要大量的成本投資，然而，其發(fā)展前景廣闊、對(duì)于建筑物用電系統(tǒng)的完善與發(fā)展有著不可替代的作用。

7.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的普及前景

太陽(yáng)能作為一種新能源，將其應(yīng)用于現(xiàn)代化各行業(yè)中能夠發(fā)揮多方面的優(yōu)勢(shì)作用。隨著環(huán)保節(jié)能事業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，越來(lái)越多的行業(yè)、領(lǐng)域?qū)⒅饾u開發(fā)并利用太陽(yáng)能能源，建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)作用，一方面達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，另一方面也減少對(duì)傳統(tǒng)能源資源的攫取。

未來(lái)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)會(huì)同其他技術(shù)有效配合，發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到雙方的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，滿足各行各業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展的需要。

結(jié)語(yǔ)

作為一種現(xiàn)代化的新能源，太陽(yáng)能得到了開發(fā)和利用，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在通信、發(fā)電、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)得到了有效應(yīng)用，發(fā)揮了其優(yōu)勢(shì)功能，未來(lái)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)勢(shì)必會(huì)得到更大的發(fā)展。

［1］中國(guó)能源研究會(huì).關(guān)于中國(guó)能源戰(zhàn)略及“十二五”能源規(guī)劃的建議［J］.山西能源與節(jié)能，2010（6）：15-18.

［2］中國(guó)可再生能源協(xié)會(huì).中國(guó)新能源與可再生能源年鑒（2010）［M］.廣州：中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，2010.

［3］趙爭(zhēng)鳴，劉建政，孫曉英，等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2014.

［4］劉飛，段善旭，等.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)若干技術(shù)問(wèn)題的研究［J］.太陽(yáng)能，2006（4）：34-37.

TM615

A