太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用探討

郭占軍

【摘 要】我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)不斷進(jìn)步，各種能耗大和污染大的能源造成了很?chē)?yán)重的環(huán)境問(wèn)題，為了減少對(duì)環(huán)境的污染，需要不斷開(kāi)發(fā)利用各種新的能源，改變傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，從社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)看，需要不斷開(kāi)發(fā)可再生資源和能源。我國(guó)的太陽(yáng)能資源十分豐富，對(duì)于太陽(yáng)能資源的開(kāi)發(fā)和利用是我國(guó)當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)，其中可再生資源發(fā)展中，光伏發(fā)電的發(fā)展速度較快，太陽(yáng)能光伏發(fā)電也是當(dāng)前發(fā)展較大的一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)當(dāng)前開(kāi)發(fā)的新能源的重要組成。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；光伏發(fā)電技術(shù)；應(yīng)用

1新能源光伏發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)

第一，太陽(yáng)能資源不僅取之不盡，而且在世界上分布廣泛，只要有光能照射到的地方就能利用光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，不受地理位置的影響；第二，由于太陽(yáng)能分布廣泛的特點(diǎn)，可以就近建立供電設(shè)備，這就避免了普通發(fā)電廠遠(yuǎn)距離輸電造成的電能損失；第三，新能源光伏發(fā)電直接將光能轉(zhuǎn)換成電能，工作過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要機(jī)械傳動(dòng)、燃料燃燒、冷卻水等中間過(guò)程。降低成本，節(jié)省土地資源，也在很大程度上避免了對(duì)環(huán)境的污染；第四，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，受技術(shù)條件及太陽(yáng)能本身特點(diǎn)的影響，新能源光伏發(fā)電技術(shù)也受到了自身缺點(diǎn)的制約，如工作效率低、工作時(shí)間不連續(xù)、受日照影響極大、成本高及在電池的制造過(guò)程中會(huì)有耗能和污染。

2光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成與原理

光伏發(fā)電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)變，通常包含了蓄電池、光伏方陣、控制器、逆變器、配電柜與太陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)等部分，其中還包含用來(lái)聚光的反射鏡與聚光透鏡。光伏方陣采用光伏模板組成特定形式實(shí)現(xiàn)對(duì)光能信號(hào)的捕捉與積累，在光生伏特效應(yīng)下，實(shí)現(xiàn)在蓄電池兩端電荷的累計(jì)，形成的電荷在電池兩端形成了電動(dòng)勢(shì)，完成光能到電能的轉(zhuǎn)變。蓄電池可以實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存與放電，其中為防止電能儲(chǔ)存過(guò)多或放電嚴(yán)重的情況，一般添加控制器，控制器保護(hù)蓄電池的充放電過(guò)程，可以對(duì)蓄電池的壽命起到延長(zhǎng)的作用。要實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)變往往需要添加逆變器，逆變器按應(yīng)用要求不同常分為正弦逆變器與方波逆變器兩種，前者應(yīng)用范圍廣，但是成本相對(duì)的較高。太陽(yáng)光跟蹤系統(tǒng)可以捕捉太陽(yáng)光的變化，實(shí)現(xiàn)隨太陽(yáng)光轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，保證發(fā)電效率的最大化。

3我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀

太陽(yáng)能作為世界上最豐富的可再生資源，其分布廣泛、沒(méi)有污染，是一種理想的能源。光伏發(fā)電相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電是一種新的發(fā)電形式，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何污染。光伏發(fā)電是依據(jù)光生伏特的發(fā)電原理，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換的方式將豐富的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能，通常系統(tǒng)主要由太陽(yáng)光伏組件、匯流箱、逆變器、變壓器及配電設(shè)備構(gòu)成，同時(shí)再加上監(jiān)控系統(tǒng)、有功無(wú)功控制系統(tǒng)、功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、五防系統(tǒng)及無(wú)功補(bǔ)償裝置等輔助系統(tǒng)與設(shè)備，組成一套完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

我國(guó)的光伏發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)分為分布式和集中式2種，其中分布式的電網(wǎng)在城市屋頂上應(yīng)用較多，形成光伏建筑一體化，而且該種系統(tǒng)形式占地面積少，安裝較靈活，投資成本較低。該種方式電網(wǎng)的安裝不需要考慮到負(fù)載性能，所以會(huì)降低系統(tǒng)成本。集中式的光伏電網(wǎng)系統(tǒng)是一種大型的光伏并網(wǎng)電站，通常在戈壁中使用的比較多，能有效輸出電能，該種發(fā)電形式一般都是企業(yè)出資建設(shè)，而且建設(shè)的成本較高。我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電方面在不斷發(fā)展，與此同時(shí)，我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展太陽(yáng)能熱利用及與其相關(guān)的一些新能源產(chǎn)業(yè)，而且我國(guó)在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一些政策較好，所以光伏發(fā)電的道路越來(lái)越廣闊。

4太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用措施

（1）新能源光伏照明系統(tǒng)在我們生活周邊，已經(jīng)存在很多太陽(yáng)能照明燈，如路燈、樓道燈和草坪燈等。太陽(yáng)能燈一般有定時(shí)和光控兩種控制方式。定時(shí)控制系統(tǒng)一般采用單片機(jī)和模擬電路進(jìn)行控制，一般需要提前設(shè)定好自動(dòng)開(kāi)關(guān)的時(shí)間。光控控制系統(tǒng)是利用光敏器件，設(shè)置光線限度值，自動(dòng)控制燈的開(kāi)關(guān)。照明系統(tǒng)中除了燈具還包含太陽(yáng)能電池板、蓄電池、充放電控制器、逆變器等。

（2）新能源水泵技術(shù)太陽(yáng)能水泵一般利用在干旱地區(qū)，這些地區(qū)一般太陽(yáng)光照能力很強(qiáng)，又需要大量并且長(zhǎng)時(shí)間抽水?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了大型新能源光伏水泵站，通過(guò)逆變器將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，從而帶動(dòng)水泵工作。這種水泵系統(tǒng)一般投資很高，但是運(yùn)行不需要耗能，減少了運(yùn)行費(fèi)用，維修次數(shù)也比普通柴油抽水機(jī)少，所以有一定的利用價(jià)值。

（3）新能源光伏與建筑一體化新能源光伏與建筑一體化設(shè)計(jì)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有相應(yīng)的研究計(jì)劃。光伏與建筑物有兩種方式的結(jié)合：①在建筑物頂部安裝太陽(yáng)能電池板向用戶(hù)供電，形成用戶(hù)并聯(lián)系統(tǒng)，在國(guó)外成為“太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”潮；②是從第一種發(fā)展而來(lái)，除在屋頂安裝光伏電池板，還要用能夠進(jìn)行光伏發(fā)電的玻璃墻面代替普通的玻璃墻面，屋頂和墻面都能進(jìn)行太陽(yáng)能的吸收和轉(zhuǎn)換，目前已經(jīng)研制出了此種墻體材料。

（4）光伏并網(wǎng)計(jì)劃是指光伏發(fā)電系統(tǒng)與已有的公共電網(wǎng)連接，承擔(dān)公共電網(wǎng)的部分發(fā)電任務(wù)。在天氣穩(wěn)定、利于太陽(yáng)能發(fā)電的環(huán)境里利用光伏發(fā)電，節(jié)省能源降低污染。當(dāng)環(huán)境條件不利于光伏發(fā)電，就由電網(wǎng)供電。因?yàn)樾履茉垂夥l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電能直接供入電網(wǎng)中，省掉了蓄電池，節(jié)約成本、降低損失，并且提高了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換率，是當(dāng)今來(lái)說(shuō)新能源光伏發(fā)電技術(shù)最合理的發(fā)展方向。并且在整個(gè)并網(wǎng)過(guò)程中也可以引用其他發(fā)電形式，如風(fēng)能發(fā)電等，這就可以在不同環(huán)境條件下任意轉(zhuǎn)換發(fā)電方式，最大限度地節(jié)約能源。

5太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展前景

根據(jù)日本的權(quán)威機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，一小時(shí)的太陽(yáng)光能若是能夠全部轉(zhuǎn)化為可利用的能源，就能夠直接滿(mǎn)足全球一年的能源需求。我國(guó)豐富的太陽(yáng)能資源使得我國(guó)擁有巨大的太陽(yáng)能光伏發(fā)電潛力，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年太陽(yáng)能的接收量能夠媲美1.7×104億t標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的能量供應(yīng)，這是太陽(yáng)能光伏發(fā)電巨大發(fā)展?jié)摿Φ闹苯芋w現(xiàn)。綜上所述，隨著不可再生資源的不斷減少，開(kāi)發(fā)新能源是未來(lái)能源工作發(fā)展的重中之重，根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析，20世紀(jì)末，可再生能源在全球能源占比當(dāng)中會(huì)突破80%大關(guān)，成為主要的能源供應(yīng)。由此可見(jiàn)，可再生能源的發(fā)展是未來(lái)的基本趨勢(shì)，這對(duì)于我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電行業(yè)來(lái)說(shuō)，具有重大推動(dòng)意義。國(guó)家能源局已經(jīng)明確提出，在未來(lái)的2-3年時(shí)間里，我國(guó)的光伏發(fā)電裝機(jī)容量有望突破1億kW，到2050年，我國(guó)光伏發(fā)電轉(zhuǎn)機(jī)容量要達(dá)到10億kW。并且隨著國(guó)家對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的大力支持，可再生能源行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)必然擁有更為廣闊的發(fā)展前景。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，太陽(yáng)能是一種可再生的能源，而且太陽(yáng)能的光照充沛，分布相對(duì)比較均勻，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，不會(huì)有任何的排放和污染，而且應(yīng)用技術(shù)成熟、安全可靠?；谖覈?guó)光伏發(fā)電技術(shù)的研究，產(chǎn)業(yè)也在不斷發(fā)展，鑒于其組成科技含量高，需要加強(qiáng)對(duì)各種新材料的研發(fā)，提高光伏發(fā)電的效率，降低發(fā)電的成本，推進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)和更新。

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（作者單位：大唐同舟科技有限公司唐山分公司）