太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

楊數(shù)

摘 要：隨著人類社會(huì)的發(fā)展，地球上的自然資源開(kāi)始出現(xiàn)了大量消耗，導(dǎo)致能源匱乏。因此各國(guó)開(kāi)始對(duì)可再生能源進(jìn)行了研究利用，其中太陽(yáng)能作為可再生資源中利用率最高的能源，其在世界各地都受到了廣泛的使用。文章在簡(jiǎn)單介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理和優(yōu)點(diǎn)后，以此作為切入點(diǎn)，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的種類進(jìn)行了研究，并詳細(xì)分析了其主要應(yīng)用的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；應(yīng)用

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理及優(yōu)點(diǎn)概述

1.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理分析

當(dāng)前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已成為最有潛力的可再生技術(shù)之一，其主要是通過(guò)將太陽(yáng)能輻射光能儲(chǔ)存到太陽(yáng)能電池中，從而產(chǎn)生電能。該技術(shù)中利用了半導(dǎo)體光伏發(fā)電光能的原理，在太陽(yáng)電池中聚集來(lái)自于太陽(yáng)能輻射的光，將其轉(zhuǎn)換為電能，具體過(guò)程為：太陽(yáng)能電池中有電場(chǎng)的存在，而光能中“光生電子-空穴”的存在，因此使得電子和空穴相互分析，在電池的兩側(cè)產(chǎn)生電荷，進(jìn)行出現(xiàn)電壓。

1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電體的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 高效、節(jié)能、清潔

太陽(yáng)能光伏發(fā)電與其他的電力系統(tǒng)發(fā)電相比，其產(chǎn)生電能的過(guò)程更為簡(jiǎn)單，其主要是通過(guò)將太陽(yáng)光能中的光子轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮樱M(jìn)行產(chǎn)生電能，太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有效率高、簡(jiǎn)單便捷的特點(diǎn)，同時(shí)在節(jié)能環(huán)保方面也有所突破。

1.2.2 儲(chǔ)備豐富、分布范圍廣

太陽(yáng)能的使用，不僅能夠保護(hù)環(huán)境，同時(shí)還能杜絕資源浪費(fèi)，同時(shí)由于太陽(yáng)光分布范圍較為廣泛，因此對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用是十分便捷的。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，主要由太陽(yáng)電池組件、蓄能蓄電池、直交流逆變器等部分組成。對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電而言，太陽(yáng)電池組件是最重要的部件，其承擔(dān)著將光能轉(zhuǎn)換為電能的重要作用。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)

2.1 太陽(yáng)能電池技術(shù)

對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，光伏電池在其中占據(jù)著最重要的地位，然而在應(yīng)用光伏電池時(shí)光電轉(zhuǎn)換的效率以及生產(chǎn)的成本是其最應(yīng)當(dāng)注重的問(wèn)題。隨著科技的進(jìn)步，人們開(kāi)始對(duì)第一代光伏電池進(jìn)行了改變，在光伏電池這能夠加入了許多的非硅材料，一方面能夠減少制作材料的成本，同時(shí)在降低半導(dǎo)體材料對(duì)電能消耗方面也有著十分顯著的作用。除此之外，目前光伏電池還開(kāi)發(fā)出了其他的新型電池，如繼晶體硅、薄膜電池的等，在此之后專家們還在現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念和技術(shù)的支持下，對(duì)光伏電池進(jìn)行了更加深入的研究，大大提高了光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。

2.2 光伏陣列的最大功率跟蹤技術(shù)

根據(jù)實(shí)際的情況，光伏陣列功率在輸出時(shí)通過(guò)非線性的傳導(dǎo)，能夠與周?chē)沫h(huán)境、光照強(qiáng)度以及負(fù)載狀況等因素聯(lián)系在一起。從圖1我們可以看出，圖上的兩條曲線分別表示了光伏陣列的電流以及電壓輸出的特性。其中A點(diǎn)表示的是當(dāng)曲線1以及曲線2在太陽(yáng)光照強(qiáng)度不同的情況下，光伏陣列某個(gè)時(shí)刻的運(yùn)行軌跡的相交。一旦太陽(yáng)輻照強(qiáng)度出現(xiàn)變化，輸出特性曲線也會(huì)隨之改變，從1上升到2，此時(shí)若負(fù)載1若保持不變，則系統(tǒng)會(huì)停留在A'上，其功率與相應(yīng)的最大點(diǎn)存在了一定的距離。而將負(fù)載特性將1變化到2，則太陽(yáng)輻照度變化也會(huì)由2轉(zhuǎn)為1，相應(yīng)的工作點(diǎn)會(huì)從B點(diǎn)轉(zhuǎn)為B'點(diǎn)。

圖1 MPPT技術(shù)示意圖

2.3 聚光光伏技術(shù)

太陽(yáng)的光能經(jīng)過(guò)路徑出現(xiàn)損耗，因此地面上太陽(yáng)光能中的能量十分有限，而聚光光伏技術(shù)的產(chǎn)生，不僅能夠減少路徑對(duì)太陽(yáng)光能的損耗，同時(shí)還能進(jìn)一步增加太陽(yáng)能的使用效率。其主要的工作原理是使用面積較小的高性能聚光電池來(lái)聚集太陽(yáng)光，這樣能夠在提高太陽(yáng)光輻照密度的同時(shí)，有效的減少生產(chǎn)的成本。聚光器在聚光光伏系統(tǒng)中非常重要。其中熱光伏聚光器主要是通過(guò)輻射器來(lái)加入太陽(yáng)能，從而獲得成光熱能，再利用輻射器將成光熱能發(fā)射到太陽(yáng)能電池中，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為光電。

2.4 孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)

在電網(wǎng)運(yùn)行中，錯(cuò)誤的操作或維修原因造成供電中斷等故障時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)會(huì)持續(xù)運(yùn)行，并通過(guò)負(fù)載電壓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)供電，因此形成了自給供電的孤島，這種現(xiàn)象我們稱之為孤島效益。一旦光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)孤島效應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)電頻、電壓無(wú)法控制，用戶用電設(shè)備受到損害等情況，甚至在維修的過(guò)程中還會(huì)對(duì)維修人員的安全帶來(lái)影響。

在并網(wǎng)逆變器側(cè)中，孤島效益的檢測(cè)方法主要有兩種方法：被動(dòng)檢測(cè)和主動(dòng)檢測(cè)。其中被動(dòng)式檢測(cè)主要應(yīng)用于電網(wǎng)斷電的情況下，其能夠通過(guò)對(duì)逆變器輸出端電壓、頻率以及相位等變化來(lái)檢測(cè)電壓輸出中是否出現(xiàn)孤島效應(yīng)。而主動(dòng)式檢測(cè)主要是通過(guò)對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)整來(lái)對(duì)其輸出的頻率、功率等帶來(lái)干擾。在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，主動(dòng)式檢測(cè)所造成的干擾會(huì)被電網(wǎng)鎖相環(huán)的平衡消除。電網(wǎng)出現(xiàn)故障則會(huì)出發(fā)孤島效應(yīng)。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

3.1 太陽(yáng)能照明應(yīng)用

目前，我國(guó)開(kāi)始對(duì)能源的利用和資源的保護(hù)采取有效的措施，太陽(yáng)能照明已成為綠色照明降低能耗的重要方式。太陽(yáng)能電池板、蓄電池、節(jié)能等部分組成了太陽(yáng)能照明系統(tǒng)。當(dāng)前，太陽(yáng)能照明在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，常見(jiàn)的地方有路燈、樓道燈等。此外，在太陽(yáng)能照明中，太陽(yáng)能燈控制系統(tǒng)中同時(shí)具備了光伏系統(tǒng)的功能，因此為了有效的控制太陽(yáng)能照明系統(tǒng)，通常會(huì)使用定時(shí)和光控的方式。

3.2 太陽(yáng)能與LED光源相結(jié)合

近年來(lái)，半導(dǎo)體技術(shù)和固體物理技術(shù)的發(fā)展十分迅速，衍生出了固體光源LED。該產(chǎn)品具有能耗低、壽命長(zhǎng)、光效高的特點(diǎn)，同時(shí)其與白熾燈相比，固定光源LED的反映較快、污染較小。目前在我國(guó)燈源市場(chǎng)，固體光源LED成為了其發(fā)展的主要趨勢(shì)。

3.3 太陽(yáng)能水泵

在太陽(yáng)能水泵運(yùn)行的過(guò)程中，并不需要蓄電池來(lái)提供動(dòng)能驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行，一般情況下其運(yùn)行主要依靠太陽(yáng)能電池板的作用。而在大型的光伏水泵中，為了將太陽(yáng)能電池板中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通常會(huì)安裝逆變器，從而促進(jìn)水泵工作的順利進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能光伏水泵系統(tǒng)在建立的初期使用的資金是十分巨大的，但是在其運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生的費(fèi)用較少，使用壽命較長(zhǎng)，因此太陽(yáng)能水泵的建設(shè)能夠?yàn)槲覈?guó)的電力供應(yīng)作出巨大的貢獻(xiàn)。

3.4 光伏建筑一體化

太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃在20世紀(jì)之時(shí)被首次提出，而其計(jì)劃就提出了把太陽(yáng)能電池板安裝在建筑物的屋頂上，并通過(guò)控制器以及逆變器來(lái)進(jìn)行公共電網(wǎng)的連接，進(jìn)而產(chǎn)生了戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板和電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，且可靠性較好。同時(shí)在供電的過(guò)程中，其并不需要依靠蓄電池，大大提高了節(jié)能環(huán)保的效果。此外，對(duì)于光伏建筑一體化而言，其最重要的目的就是為了實(shí)現(xiàn)光伏器件以及建筑材料的集成化，從而幫助企業(yè)降低光伏發(fā)電成本，并擴(kuò)大其使用的范圍。

3.5 通信工業(yè)中的應(yīng)用

當(dāng)前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于通信工程行業(yè)，其涉及的行業(yè)有衛(wèi)星通信、衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、微波中繼站等。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，為了讓太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)能夠得到良好的發(fā)展，政府應(yīng)當(dāng)出臺(tái)一系列的政策法規(guī)來(lái)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行規(guī)范和完善，從而確保其能夠?qū)⒖沙掷m(xù)發(fā)展的作用真正的發(fā)展出來(lái)。相信在不久之后，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)將成為綠色工程中至關(guān)重要的部分。

參考文獻(xiàn)

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