光伏發(fā)電技術(shù)分析及應(yīng)用探討

孫巖

（中油電能電力研究設(shè)計(jì)院，黑龍江 大慶 163000）

隨著石油天然氣、煤炭等資源的消耗日益增多，能源的消耗危機(jī)已經(jīng)逐漸成為全世界共同的問題。新能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為了刻不容緩的課題，太陽能是最為豐富的可再生能源之一，具有無污染、可再生等優(yōu)勢，是世界上公認(rèn)的最為理想的代替能源之一。將太陽能這種可再生能源進(jìn)行有效利用，就能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源，可有效地緩解能源緊張的情況，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。

1 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

1.1 太陽光伏發(fā)電技術(shù)原理

光伏發(fā)電技術(shù)是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在太陽能光伏發(fā)電技術(shù)中，太陽能電池是其中的核心關(guān)鍵設(shè)備，最初的光生伏打效應(yīng)是在1839年發(fā)現(xiàn)，有效的奠定了太陽能電池發(fā)展的基礎(chǔ)。當(dāng)太陽光對(duì)太陽能電池芯片中PN結(jié)進(jìn)行照射之后，電子芯片在高能狀態(tài)下吸收光能，將其中的自由電子激發(fā)，晶體中的自由電子進(jìn)行移動(dòng)，調(diào)動(dòng)剩下的晶體在圍繞其進(jìn)行移動(dòng)，N結(jié)出形成自由電子聚集，P結(jié)出形成空穴聚集，因此PN結(jié)之間產(chǎn)生電勢差，提供一定程度的電源。

1.2 太陽能電池

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)中最為重要的就是將太陽能電池的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行提高，太陽能電池中重要的組成部分為化合物半導(dǎo)體、硅基太陽等。

（1）硅基電池。目前的商業(yè)太陽能電池中使用比較普遍的為電池和化學(xué)電池。硅基太陽電池中大概可以分為晶體硅和非晶體硅，其中的晶體硅又可以分為單晶硅電池和多晶硅電池。單晶硅光伏電池的優(yōu)勢在于轉(zhuǎn)換的效率比較多、具有較高的穩(wěn)定性，缺點(diǎn)是成本比較高；多晶硅電池中轉(zhuǎn)換的效率雖然比較低，但是其性價(jià)比比較高，成本比較低，因此是目前市場中使用率最高的太陽能電池。目前我們將硅薄膜光伏發(fā)電作為晶硅光伏發(fā)電技術(shù)中的主要研究方向，硅薄膜太陽能電池的主要優(yōu)勢是在傳統(tǒng)的玻璃材料等上加裝硅薄膜，做成支持襯底，形成太陽能電池，硅薄膜太陽能電池在材料的消耗上更加節(jié)省，成本比較低，能耗的消耗比較小，但是其制作的工藝流程比較復(fù)雜。

（2）化合物半導(dǎo)體電池。實(shí)際中的半導(dǎo)體硅材料價(jià)格十分的昂貴，但是化合物半導(dǎo)體的成本就很低，其中利用化合物半導(dǎo)體制作而成的電池主要有CdTe 電池和CIGS 電池兩種?；衔锇雽?dǎo)體的優(yōu)勢在于能夠通過調(diào)節(jié)之間的體能隙寬度，從而有效的和太陽光譜進(jìn)行匹配，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男蔬M(jìn)一步提升。CdTe 電池在理論上能夠?qū)?0%左右的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、成本較低的優(yōu)勢。能源的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生有毒的金屬Cd，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，根據(jù)我們的實(shí)際研究和分析發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)變電能相同的情況下，CdTe與石油、晶體硅電池等相比較，產(chǎn)生的重金屬量是最少的。

1.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要包括儲(chǔ)電電池、太陽能光伏電池、控制儲(chǔ)存器、逆變器等，光伏電池板將太陽能有效的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通過逆變器后才能為人們正常使用。主要分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)指的是處理運(yùn)行的發(fā)電機(jī)構(gòu)，是自身獨(dú)立的一套發(fā)電系統(tǒng)，不和任何電網(wǎng)進(jìn)行連接，建設(shè)的地點(diǎn)都是在野外邊遠(yuǎn)的地區(qū)，經(jīng)常使用在移動(dòng)式電源中。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將白天儲(chǔ)存的電能存儲(chǔ)在電池中，供沒有接入電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶晚上使用。但是在實(shí)際的使用過程中，獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)并不是很穩(wěn)定，一般需要建立一個(gè)電站與之進(jìn)行輔助，導(dǎo)致光伏發(fā)電的成本增加，沒有達(dá)到清潔能源發(fā)電的目的。

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)指的是將光伏發(fā)電技術(shù)和電網(wǎng)連接在一起進(jìn)行使用。能夠有效的為公共電網(wǎng)提供電能和無功電能，起到的作用和微型發(fā)電站是一樣的。在太陽光的照射下，光伏電池將產(chǎn)生的直流電經(jīng)過相關(guān)的儀器和設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c我們公共電網(wǎng)頻率相同的交流電，然后再將交流電以電流源的方式輸送到電網(wǎng)中，因此并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要蓄電池，與獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比較成本較低。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)比獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率高，因此具有較高的供電穩(wěn)定性，是目前在太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中理想的發(fā)展方向。

2 我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)起步比較晚，近幾年來我國科技的不斷進(jìn)步，對(duì)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究也取得了一定的成果，實(shí)施了發(fā)展新型可再生能源和節(jié)能減排的政策，我國的領(lǐng)土面積幅員遼闊，因此可以利用的太陽能資源十分豐富，我國已經(jīng)逐漸成為了世界上太陽能光伏發(fā)電和生產(chǎn)相關(guān)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)零件的大國之一。

2.1 民用光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國的城市居民用電量正在逐漸增加，在民用的領(lǐng)域中光伏發(fā)電技術(shù)正在得到快速的發(fā)展，在太陽能資源比較豐富的地區(qū)，居民在屋頂安裝太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，基本能夠保障一天的生活用電量。

2.2 公用光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在公共領(lǐng)域的發(fā)展上取得了一定的成果，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在公共領(lǐng)域中的應(yīng)用有效的在民用領(lǐng)域中起到了示范作用。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，我們就已經(jīng)在多個(gè)體育場館中應(yīng)用了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，在這些體育場館中，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)提供的電量在1年中大概有70萬kW/h，產(chǎn)生的電量相當(dāng)于170t煤炭的燃燒，大約減少了500多噸的二氧化碳排放量。2010年的上海世博會(huì)期間，世博會(huì)中心、中國館等都已經(jīng)應(yīng)用了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，尤其是中國航天部門參與設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電技術(shù)，年發(fā)電量達(dá)到500萬度。

2.3 光伏發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀

近年來，我國的光伏發(fā)電技術(shù)正在逐步的發(fā)展崛起中，雖然太陽能光伏發(fā)電技術(shù)存在一些問題，但是國家的科研人員正在積極的投入到太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究和開發(fā)中，在相關(guān)政策的不斷推進(jìn)和相關(guān)部門的高度重視下將我國的光伏發(fā)電技術(shù)不斷的完善和創(chuàng)新，爭取達(dá)到國際先進(jìn)水平。

3 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景分析

3.1 民用光伏發(fā)電技術(shù)

在石油資源日益缺乏的今天，對(duì)于可再生能源的開發(fā)和利用顯得重要，隨著國家政策的推出，政府相關(guān)補(bǔ)貼的下發(fā)，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在滿足民用電能需求的同時(shí)，可以將閑置的土地建設(shè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)需要投入的資金并不是很多，尤其在太陽能資源比較豐富的地區(qū)，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)，能夠有效的利用閑置的土地，避免土地資源出現(xiàn)浪費(fèi)，也能有效的促進(jìn)我國民用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的快速、健康發(fā)展。

3.2 公用光伏發(fā)電技術(shù)

最近幾年，國家的政策和市場對(duì)于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的影響比較大，推動(dòng)了太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展。有效的減少了污染物的排放，起到了很好的環(huán)保效果。同時(shí)隨著太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)成本的下降，公共設(shè)施中應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，能夠有效降低政府的支出。因此公用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了高度重視，發(fā)展速度越來越快。

3.3 光伏發(fā)電技術(shù)研究

目前，我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成績，隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，研究和開發(fā)得到了不斷完善。我國的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)逐漸加強(qiáng)了光伏發(fā)電技術(shù)的研究工作。

4 結(jié)語

我國具有廣闊的國土面積，因此能夠有效地利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，將其中的轉(zhuǎn)換率進(jìn)行大幅度提升，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的前景十分廣闊。