太陽能光伏發(fā)電技術及其應用探討

楊洪濤

【摘 要】目前新型可再生能源包含太陽能、水能、風能、地熱等，其中太陽能儲量大，使用安全、清潔，具有非常廣闊的應用和發(fā)展前景。當前在太陽能發(fā)電方面的研究包含熱發(fā)電和光伏發(fā)電等形式，其中，太陽能光伏發(fā)電能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能與電能之間的直接轉換，不需要消耗燃料，清潔、無污染，使用過程中不會受到地域等因素限制，能夠較為容易的結合建筑物使用。針對太陽能的利用，光伏發(fā)電屬于一種新的技術類型，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，文章就此展開了研究分析。

【關鍵詞】太陽能;光伏發(fā)電技術;應用探討

1太陽能光伏發(fā)電技術簡介

作為太陽能發(fā)電技術中的主要利用方式，其可以利用半導體材料的光伏效應來實現(xiàn)從太陽能到電能的直接轉化。根據(jù)所選電池材料以及制造工藝的不同，光伏發(fā)電技術可以分薄膜太陽能電池技術、晶硅太陽電池技術技術、聚光太陽電池技術以及新型太陽能電池技術。光伏發(fā)電技術的結構以及基本原理相對簡單，且電站建設周期比較短，設備運行和日常維護也比較簡單，因此能夠進行應用和開發(fā)的地區(qū)相對比較廣泛，另外由于光伏發(fā)電屬于靜態(tài)發(fā)電，無需機械轉動，沒有磨損，因此不會產(chǎn)生噪聲。通常光伏發(fā)電的選址會比較容易，建站前期投資較小，一般大型光伏發(fā)電站的建設時長不超過半年。通常光伏電站的系統(tǒng)組件是由逆變器以及光伏組件組成的，因此電站運行不需要燃料，基本上可以實現(xiàn)無人值守，成本比較低。此外，光伏電站的應用形式比較多，主要分為大型并網(wǎng)電站、離網(wǎng)光伏以及分布式建筑光伏，其中大型并網(wǎng)電站的度電成本低，主要建設與平坦開闊陽光充足的地面;離網(wǎng)光伏主要用于解決偏遠地區(qū)電力供應;分布式建筑光伏則依托建筑設立，主要接到配電網(wǎng)中從而完成就地消納。盡管光伏電站有著很多優(yōu)點，但缺陷也比較明顯，太陽能發(fā)電有著一定的間歇性和不穩(wěn)定性，特別是在沒有陽光照射或陽光較少的陰雨天，光伏發(fā)電波動性、間歇性明顯。

2太陽能光伏發(fā)電技術

2.1太陽能電池技術

（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)勢在于轉換的效率比較多、具有較高的穩(wěn)定性，缺點是成本比較高;多晶硅電池中轉換的效率雖然比較低，但是其性價比比較高，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雜。（2）化合物半導體電池。實際中的半導體硅材料價格十分的昂貴，但是化合物半導體的成本就很低，其中利用化合物半導體制作而成的電池主要有CdTe 電池和CIGS 電池兩種?；衔锇雽w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行匹配，將光能轉變?yōu)殡娔艿男蔬M一步提升。CdTe 電池在理論上能夠?qū)?0%左右的光能轉變?yōu)殡娔?，具有穩(wěn)定性強、成本較低的優(yōu)勢。能源的轉換過程中會產(chǎn)生有毒的金屬Cd，對環(huán)境產(chǎn)生污染，根據(jù)我們的實際研究和分析發(fā)現(xiàn)，在轉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。

2.2聚光光伏技術

地表太陽能密度低，為了提高太陽能利用有效性，聚光光伏技術可發(fā)揮重要價值，該技術的使用不僅可實現(xiàn)對太陽光的聚集，集中在較小面積的聚光電池上，確保太陽光有足夠的輻射能量密度，同時，還能夠使用低廉聚光器取代太陽電池，實現(xiàn)對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的有效控制。在聚光光伏系統(tǒng)中，聚光器屬于主要組成結構，根據(jù)光學原理的不同，可以將其分為折射、反射、熱光伏、全息等不同類型聚光器。熱光伏聚光器主要是利用太陽對輻射器加熱，完成光電轉換。

2.3孤島效應保護技術

孤島效應，具體是指電網(wǎng)中的一些線路因為要維修或出現(xiàn)故障時會停電，停電線路會通過并網(wǎng)發(fā)電裝備繼續(xù)供應電能，同時協(xié)同附近負載組成一個自給自足的供電孤島。出現(xiàn)此效應再來較多不良影響：第一，讓頻率與電壓波動現(xiàn)象越來越嚴重，有時還會失控，進而損壞電網(wǎng)與用戶設施;第二，把孤島系統(tǒng)再次連接到電網(wǎng)中時，重合閘以后，系統(tǒng)內(nèi)的分布式發(fā)電裝備若和電網(wǎng)無法同步，會讓電路斷路器裝備遭到破壞，而且還會出現(xiàn)較大的沖擊電流，進而損壞孤島系統(tǒng)內(nèi)的相關裝備，有可能發(fā)生再次跳閘的情況。第三，這一效應無法徹底根除故障問題，損壞電網(wǎng)設施，而且影響電網(wǎng)常規(guī)供電的手動或者自動回復。第四，讓某些被視為已和電源斷開連接的線路帶電，嚴重威脅工作人員的人身安全。但若是清除了現(xiàn)階段出現(xiàn)的經(jīng)濟與技術阻礙，搭配運用一些新興的控制對策，同時重新設計分布式發(fā)電體系的構造，那么孤島效應可以提升某些負荷供應的安全性與穩(wěn)定性。

3太陽能光伏發(fā)電技術的應用

3.1工業(yè)和通信行業(yè)

當前，很多工業(yè)、通信喝科學領域都開始廣泛的使用光伏發(fā)電技術，因為這能在很大程度上降低突發(fā)事件或者氣候?qū)ぷ鞯挠绊憽Ｔ诠I(yè)生產(chǎn)領域，光伏發(fā)電應用主要有石油管道的陰極保護、水文觀測系統(tǒng)的技術支撐、水閘的陰極保護以及氣象地震臺運行的技術支撐等;在科技通信領域，光伏發(fā)電主要應用在太陽能無人值守微博中繼站、高密性光纜維護站以及農(nóng)村地區(qū)的載波電話光伏系統(tǒng)等。

3.2光伏建筑一體化

早在20世紀90年代，就提出光伏發(fā)電與建筑物集成化概念，當前在世界范圍光伏發(fā)電方面研究重視度越來越高。將光伏發(fā)電與建筑物相結合具體有兩種不同形式，一種是對光伏器件和建筑物集成化發(fā)展，利用光伏電池板替代普通玻璃幕墻，直接吸收太陽能，通過這一方式，不僅可以作為建材使用，同時還能夠有效供電，控制光伏發(fā)電成本;另一種是在建筑屋頂按照平板光伏器件，將光伏與電網(wǎng)并聯(lián)提供電力供應，形成聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)。當前市場上出現(xiàn)有彩色光伏模塊，以此代替墻體外飾材料，能夠在發(fā)揮發(fā)電作用的同時提高建筑外觀美觀性。需要注意的是《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應用技術規(guī)范》（JGJ203-2010）的相關要求，在對太陽能光伏組件進行設置的過程中，必須確保前排光伏組件于冬至日的上午九點到下午三點之間不會對后排光伏組件形成遮擋，可以借助相應的Ecotect軟件開展相應的遮擋分析，最終將相鄰兩排光伏組件的距離控制在1400mm。

3.3農(nóng)村和邊遠地區(qū)

眾所周知，農(nóng)村地區(qū)各方面的發(fā)展速度都慢于城市地區(qū)，其中尤其突出的就是電力資源建設與制造。農(nóng)村地區(qū)的用電不同與城市地區(qū)，居民生活和基本工作用電隨時隨地都有保證，因為交通和經(jīng)濟等多方發(fā)展因素的限制，電力資源沒有良好的發(fā)展條件。而太陽能光伏發(fā)電的功能和優(yōu)勢正好彌補了農(nóng)村地區(qū)的條件限制，農(nóng)村地區(qū)的空曠陸地能更有效的收集太陽能資源，因此農(nóng)村地區(qū)基于對電能的需求和自身條件的優(yōu)勢，大大的助力了太陽能光伏發(fā)電技術的發(fā)展和應用，當前較常的應用有小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)、太陽能水泵、獨立光伏電站和太陽能照明燈等。

4結束語

總之，太陽能光伏發(fā)電技術的有效應用很大程度上解決了偏遠地區(qū)的電能供應難題，并在社會發(fā)展層面上有效緩解了能源短缺問題，大大提高了能源替代的可能性。盡管我國在研究和應用太陽能光伏發(fā)電技術的過程中還存在諸多問題與不足，但經(jīng)過科研人員的不斷努力，在未來的發(fā)展中一定能突破技術上的一些瓶頸，讓太陽能光伏發(fā)電技術的應用前景更加廣闊。

參考文獻：

[1]胡云巖，張瑞英，王軍.中國太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].河北科技大學學報，2014，3501：69-72.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司大同供電公司）