太陽能發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展趨勢和展望

李紅亮

內(nèi)蒙古第三電力建設(shè)工程有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭 014030

人類社會的快速發(fā)展，對能源的需求在不斷增加，但是人類主要應(yīng)用的是石化這類不可再生能源，需要面臨能源枯竭的問題和環(huán)境問題。為了改變這樣的情況，必須加強(qiáng)對各種綠色能源的研究，而太陽能作為在地球上分布最廣泛的資源，有著極高的發(fā)展?jié)摿?，因此需要合理利用太陽能資源，滿足人類的能源需求。

1 太陽能發(fā)電技術(shù)概述

1.1 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)原理

光伏發(fā)電技術(shù)是一種將太陽光的輻射直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電模式，并借助半導(dǎo)體PN 結(jié)的光生伏特效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射在PN 結(jié)上時，部分光被反射，其余部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蛘呤构庾优c半導(dǎo)體的原子價電子發(fā)生碰撞，從而形成空穴電子對。若是將多個電池實行串聯(lián)或者是并聯(lián)的方式，接通外電路則會形成電壓和電流，將太陽能轉(zhuǎn)化成可以直接使用的電能[1]。根據(jù)時間可以將光伏發(fā)電分成三代，每一代的半導(dǎo)體類型都有所不同，導(dǎo)致在性能和效率上存在差異。第一和第二代光伏電池技術(shù)相對較為成熟，已經(jīng)實行大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。而第三代電池技術(shù)，現(xiàn)階段還處于在研發(fā)階段。

路燈數(shù)據(jù)的上報分為兩大類：主動上報，觸發(fā)型上報。其中主動型包括定時路燈狀態(tài)上報，心跳上報用以鏈路?；睿挥|發(fā)型上報為事件觸發(fā)弄的，如主動查詢，遠(yuǎn)程控制等。

1.2 太陽能光伏發(fā)電分類

①大型并網(wǎng)電站。發(fā)電主要應(yīng)用于并網(wǎng)，占地面積偏大、光照條件良好、規(guī)模相對較大、度電成本偏低，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，但是需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。②離網(wǎng)型光伏。主要應(yīng)用的范圍是無電區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)等有關(guān)的用電問題。不需要并網(wǎng)，而且在陰雨天也可以供電，但是需要配備蓄電池等儲電裝置。③分布式光伏。主要是根據(jù)建筑特點而形成相應(yīng)的設(shè)計，如屋頂太陽能發(fā)電和窗式太陽能發(fā)電等。其不但能夠應(yīng)用于家庭照電，還可以接入配電網(wǎng)。其中并網(wǎng)電站主要趨向于大型化，在數(shù)量上增長相對較為緩慢。

2 光伏發(fā)電站發(fā)電技術(shù)

2.1 光伏建筑一體化技術(shù)

光伏建筑一體化技術(shù)是一種全新的技術(shù)，也是目前主要發(fā)展的重要技術(shù)，對提升能源利用率有很大的幫助。通過在建筑物上收集太陽能接收設(shè)備和儀器，就能在建筑物利用太陽能發(fā)電，達(dá)到光伏建筑一體化的目的。一般都會將太陽能電池板安裝在建筑墻壁表面，代替建筑物的玻璃幕墻，就可以吸收太陽的能量，有效利用太陽能。使用該技術(shù)可以讓建筑物具備發(fā)電能力，并為建筑物供電，從而有效地節(jié)約材料成本，具有非常高的實用性。同時，光伏材料有效設(shè)計也能提升建筑物的美觀性，提升城市的美化程度。

2.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電

目前主要的光伏發(fā)電系統(tǒng)是地面光伏，具有規(guī)模大、建設(shè)方便的特點，但是在規(guī)模較大的情況下，對于土地要求也很高。由于我國的平原相對較少，因此傳統(tǒng)的光伏發(fā)電站推廣存在一定的困難。為此，分布式光伏發(fā)電站成為了光伏發(fā)電站發(fā)展的主要方向，分布式光伏發(fā)電站能夠利用建筑物屋頂進(jìn)行光伏布置工作，可以解決地面光伏對面積的需求，同時也能提供足夠的電力，并充分發(fā)揮了現(xiàn)有建筑資源的優(yōu)勢。而且，使用分布式光伏發(fā)電站也有利于在脫貧工作中使用，可以為貧困地區(qū)提供能源支持。

2.3 跟蹤系統(tǒng)

光伏發(fā)電站都處在固定的地點，而陽光在一年四季、一天中的不同時間照射角度是不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變的，但是只有保證太陽能電池板正對太陽才能確保發(fā)電效率。為此，就需要利用跟蹤系統(tǒng)，接收陽光的光照方向，對太陽能電池板的方向作出調(diào)整，保證電池板始終正對太陽，處在最佳的發(fā)電狀態(tài)。世界上通用的太陽跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)對安放點的經(jīng)緯度計算太陽的入射角度，并將每個時刻的太陽位置儲存到跟蹤系統(tǒng)的單片機(jī)中。目前，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出能完美跟蹤陽光角度的跟蹤系統(tǒng)，處于世界領(lǐng)先水平。

3 光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 加強(qiáng)材料的研發(fā)

女人記得后來兩人在一起做愛的時候，男朋友總是壓在她的身子上說那句話，虎吃牛，虎吃牛呀。男朋友還趴在她耳根處問她，你愿意讓我吃嗎？女人滿臉通紅地說愿意，你想什么時候吃就什么時候吃。男朋友就說吃你一輩子，男朋友的話說過幾次便把女人說得淚流滿面，她很小父母親便離異了，她是靠姐姐微薄的工資讀完大學(xué)的呀，能有了一個男人呵護(hù)她、愛她這還不是福氣嗎？

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)中，需要合理的選擇材料以提升能量的轉(zhuǎn)化效率，從理論上來講，需要將轉(zhuǎn)化效率保持在63.2%，但是在實際情況上很難達(dá)到。目前光伏發(fā)電中主要使用單晶硅電池板或者多晶硅電池板，一般轉(zhuǎn)化效率都在10%-15%。為提升能量轉(zhuǎn)化效率，德國采用將稀土元素Er 加入單晶硅中，將光電轉(zhuǎn)化率提升到了23%以上[3]。另一方面，當(dāng)前的太陽能電池制造中大量使用了硅材料，這種材料的成本比較高，而且在制造上也需要較長的時間，因此會面臨一定的市場風(fēng)險，所以目前還需要加強(qiáng)對新材料的研發(fā)。我國由陳海寧研發(fā)碳基鈣鈦礦作為全新的材料，具有成本低、工藝簡單的優(yōu)點，在光電轉(zhuǎn)化率上也達(dá)到了18%。

3.2 光伏電站類型

并網(wǎng)光伏發(fā)電是太陽能組件產(chǎn)生的直流經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)化成符合城市要求的交流電，然后并入公共電網(wǎng)的技術(shù)，其中包括帶蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)和不帶蓄電池的電網(wǎng)系統(tǒng)。帶蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)具有明顯的可調(diào)度性，能夠根據(jù)需求進(jìn)入或者退出并網(wǎng)，而且還具備一定的電源功能，如果電網(wǎng)出現(xiàn)故障，可以進(jìn)行緊急供電。帶蓄電池的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般在民用建筑上，而不帶蓄電池的系統(tǒng)一般在較大的系統(tǒng)中，但是不具備調(diào)度功能[2]。并網(wǎng)光伏發(fā)電有集中式大型并網(wǎng)光伏發(fā)現(xiàn)，一般都是國家級電站，其特點在于能夠?qū)⑺械碾娔苤苯虞斔偷诫娋W(wǎng)，然后由電網(wǎng)統(tǒng)一分配電力。

3.3 惡劣環(huán)境光伏發(fā)電站

在一些高原、荒漠地區(qū)，雖然環(huán)境惡劣，但是具有非常豐富的光能資源，這些地區(qū)擁有大量的光照，由于不適合人的居住并沒有獲得足夠的應(yīng)用，導(dǎo)致了巨大的輻射量浪費。為此還需要提升光伏發(fā)電站的環(huán)境適應(yīng)能力，滿足惡劣環(huán)境中的光伏發(fā)電需求，充分應(yīng)用高原等地區(qū)的資源。

由于國際碳交易市場前景的不確定性，眾多參與方將希望寄托于國內(nèi)碳交易市場的建立。受2012年1月1日起歐盟對飛經(jīng)歐洲的航空公司征收“碳關(guān)稅”以及我國自主承諾單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%等因素影響，近兩年建立國內(nèi)碳交易市場的呼聲很高。

4 結(jié)語

太陽能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有廣闊的前景，但是仍需要深入研發(fā)才能真正解決人類的能源需求。隨著太陽能應(yīng)用領(lǐng)域的逐步成熟和擴(kuò)展，必然會轉(zhuǎn)變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染，為人類的發(fā)展創(chuàng)造動力。