太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用研究

黃敏楷

摘 要：在發(fā)電領(lǐng)域，目前的火電系統(tǒng)雖不能完全取代，但是新能源的引入已經(jīng)具備發(fā)展趨勢。本文將結(jié)合新能源的可再生性和清潔性對太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用技術(shù)和組網(wǎng)方式進行總結(jié)分析，并結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計，試歸納光伏發(fā)電的具體應(yīng)用方法，從而為新能源應(yīng)用改革提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：新能源 生態(tài)文明 輸出功率

前言

我國以煤炭為主要能源的傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)在發(fā)展過程中逐漸顯現(xiàn)出頹勢，不但作為不可再生能源其含量十分有限，同時在能源應(yīng)用的過程中還會造成環(huán)境污染。在能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中，能源改革正在迫切尋求可再生、清潔、易獲取的能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，從而實現(xiàn)經(jīng)濟文明和生態(tài)文明的協(xié)調(diào)發(fā)展。在發(fā)電這一能源密集型領(lǐng)域，太陽能能源的應(yīng)用引起較為廣泛的關(guān)注。

一、太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)方法

（一）太陽能電池技術(shù)

太陽能光伏發(fā)電的主要實現(xiàn)手段是通過太陽能電池進行能源的采集和存儲，因此在整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，太陽能電池既是整個系統(tǒng)的核心零件，又是系統(tǒng)中的能量來源。因此太陽能電池技術(shù)主要應(yīng)該針對解決兩個方面的問題。其一，太陽能技術(shù)為了保證能源供給的充足和持續(xù)，需要提高光能向電能轉(zhuǎn)化的效率和速度；其二，作為新能源的應(yīng)用，在保證能源可再生和環(huán)境生態(tài)不遭受污染的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該充分考慮成本控制避免浪費。在以往的光伏發(fā)電領(lǐng)域中，通常采用硅片作為發(fā)電工作的基礎(chǔ)材料使用，并組建成為第一代光能電池。但是應(yīng)用過程中，硅片電池的成本高昂，轉(zhuǎn)化率不加的缺陷逐漸顯現(xiàn)出來。面對弊端，研究人員銳意改革，通過薄膜技術(shù)研發(fā)第二代光能電池，極大程度改善了前代存在的問題。

（二）光伏陣列技術(shù)

太陽能的光伏發(fā)電往往表現(xiàn)出非線性的整體特征，尤其在輸出功率中，該特征表現(xiàn)得更加明顯。這是由于在發(fā)電時，發(fā)電的部分設(shè)備會受到太陽輻射，從而發(fā)生不可控的溫度變化，從而導(dǎo)致電腦荷載增加。為了解決這一問題，需要工作人員能夠在電場中嚴(yán)格控制光伏陣列，并在發(fā)電時時實時跟蹤電場所獲得的最大功率，同時進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從而保證動態(tài)尋找的光能為最優(yōu)光能。在功能電池的陣列中，可以選用對輸入和輸出電壓的監(jiān)測方式實現(xiàn)跟蹤，通過前后電壓量的對比，確定其電壓的變化規(guī)律，以便獲取電場中光能轉(zhuǎn)化電能的全過程。

（三）聚光光伏技術(shù)

光能向電能轉(zhuǎn)化的過程中，需要利用聚光技術(shù)使太陽光能夠集中在某一個區(qū)域，在區(qū)域當(dāng)中裝置面積較小的電池，從而有效提高太陽能的利用率，使其能夠更加充分地發(fā)揮價值避免浪費。同時聚光技術(shù)的使用，還可以進一步降低生產(chǎn)成本和材料成本，其不僅可以在價格較低的聚光器當(dāng)中使用，還能夠在控制電腦生產(chǎn)成本的同時，達到最大的電量，從而保證在區(qū)域當(dāng)中進行輸電時能夠達到最高峰值。

二、太陽能光伏發(fā)電的實際應(yīng)用

本文以我國北方某城市為例進行了太陽能光伏發(fā)電的設(shè)計及應(yīng)用。該城市所在位置緯度較高，四季差別明顯，冬夏溫差極大。同時太陽高度角較高，日均日照時間為10小時左右，太陽能資源較好。因此本文選用了瞬時系統(tǒng)模擬程序（TRNSYS）來進行光伏發(fā)電的設(shè)計和實踐。

（一）建立模型結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)該城市的光伏發(fā)電，使城市的太陽能能源得到有效利用，需要在設(shè)計中進行光伏裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩個方面的設(shè)計。其中光伏裝置首先進行電池板的組件構(gòu)成，針對城市太陽能環(huán)境，本文選用了每塊功率為240w的多硅晶電池板，以八塊為一組進行串聯(lián)，共使用四組，成為太陽能采集的重要光伏組建，作為光伏發(fā)電的一級能量變換。此外，針對外部環(huán)境和發(fā)電功率，還加入了天氣模塊、逆變器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置等輔助設(shè)施。其中天氣模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，在模型當(dāng)中，天氣模塊通過在不同天氣環(huán)境中對有效輻射的搜集，通過計算剔除陰影、光譜以及污物損失等無效內(nèi)容，提取出太陽輻射的測量數(shù)據(jù)，為光伏發(fā)電提供數(shù)據(jù)支持。

（二）安裝太陽能電池板

太陽能電池板的安裝本文選用了常用的固定支架方式，因其方向、角度都為固定設(shè)計，所以無法跟隨太陽位置進行自動變化，需要在安裝之前進行設(shè)計，保證電池板可以獲取最大輻射量。在設(shè)計過程中，需要對光伏方陣的電池板有限選擇位置和方位角，在選擇傾斜角。通過對不同季節(jié)、不同時刻的太陽傾斜角度的分析，本文選用了安裝位置緯度加7°的設(shè)計方案，從而保證輻射量可以滿足季節(jié)變化的需求。

（三）優(yōu)化最大輸出功率

首先需要在太陽板上加裝光線捕捉傳感器，并使其能夠與太陽一同轉(zhuǎn)動。在傳感器工作的過程中，通過輸出失衡信號、輸出電壓超過閾值等方式，幫助工作人員對變化角度進行判斷，而在傳感器與太陽光線和光伏板的角度控制合理時，則電機停止轉(zhuǎn)動。整個過程為一個工作周期。工作人員可以通過工作電站中固定陣列的傾斜角度，對最大輸出功率以及太陽能利用效率進行權(quán)衡，從而制定出相應(yīng)的方案，進行提高。

（四）建立光伏直流供電系統(tǒng)

除了交流發(fā)電外，光伏發(fā)電通過逆變器還可以實現(xiàn)直流供電。例如目前市面上逐漸涌現(xiàn)出的太陽能冰箱、太陽能電視等設(shè)備，都屬于太陽能光伏直流供電的應(yīng)用。由于傳統(tǒng)逆變器價格相對高昂，因此在直流供電的設(shè)計中，本文選用了DC/DC轉(zhuǎn)換電路作為一路輸入多路輸出的重要應(yīng)用，從而為多個電器進行供電。在設(shè)計中，首先需要控制模塊的額定功率，一般要求穩(wěn)定在30%-80%之間，還需要對工作頻率進行設(shè)定，通過隔離電壓的方法進行故障保護。目前光伏直流供電尚處于起步階段，技術(shù)上升空間較大。

結(jié)論

太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，不但減輕了能源結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染壓力，更是未來技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新方向。就技術(shù)層面上來說，太陽能光伏發(fā)電除了可以充分利用可再生能源，而且對于成本控制，發(fā)電的輸出功率提高都有較高的意義和價值，值得推廣和發(fā)展。

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