太陽能光伏發(fā)電設(shè)計及其應(yīng)用

閆新

[摘 ? ?要]太陽能作為可再生能源而受到了廣泛應(yīng)用，為了配合太陽能光伏發(fā)電設(shè)計要點，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙贏，分析了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的原理和技術(shù)指標(biāo)，介紹了相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，并對應(yīng)用過程展開討論，以期為太陽能光伏發(fā)電設(shè)計及其應(yīng)用提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]太陽能;光伏發(fā)電技術(shù);應(yīng)用要點;電能儲存

[中圖分類號]TM615 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–03

[Abstract]With the continuous development and progress of the market economy， my country's renewable energy management work has received extensive attention， especially solar energy， as an important clean energy， it is necessary to implement an energy efficiency management mechanism， coordinate with the design points of solar photovoltaic power generation， and give full play to technology Advantages to achieve a win-win situation of economic and social benefits. This article analyzes the principles and technical indicators of solar photovoltaic power generation technology， introduces related technical content， and discusses the application process.

[Keywords]solar energy; photovoltaic power generation technology; application point; electric energy storage

要結(jié)合實際應(yīng)用要求落實對應(yīng)的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)方案，依據(jù)技術(shù)要求維持綜合效益，提高太陽能使用率，并為電力系統(tǒng)節(jié)能降耗發(fā)展提供平臺。

1 太陽能光伏技術(shù)原理和指標(biāo)

1.1 太陽能光伏技術(shù)原理

太陽能電池主要是借助光生伏特效應(yīng)實現(xiàn)應(yīng)用，在太陽光線或者是一些其他光源照射到這種特殊性能電池上后，就會被其完全吸收，此時，在電池的內(nèi)部就會形成光生電子空穴位置，借助特殊性的化學(xué)反應(yīng)，形成離散的情況，異號電荷不斷累積，然后會分別集聚在電池的兩頭，此時，就完成光生電壓。

與此同時，電極結(jié)構(gòu)內(nèi)部兩極導(dǎo)出后與負(fù)載設(shè)備連接，對應(yīng)產(chǎn)生的光生電流沿著導(dǎo)線直接從負(fù)載端流出，形成功率的損耗，這就建立了無限獲取太陽能從而建立光生電流的模式。需要注意的是，為了滿足光生電流的基本要求，電池板在吸收過程中，要吸收足夠多的光線，且形成光生負(fù)載電子，從而保證相反電性的電荷能共存，其中空穴位置為正電，電子帶負(fù)電。半導(dǎo)體中生成的具有特殊性電場的結(jié)構(gòu)要利用性能予以分析。太陽能電池中正極和負(fù)極完成光生載流子的收集，就能形成電流，從而供給日常應(yīng)用。

1.2 太陽能光伏技術(shù)指標(biāo)

近幾年，光伏發(fā)電依據(jù)其便捷化水平、自動化程度高受到了廣泛關(guān)注，其系統(tǒng)技術(shù)要求也較多，盡管我國處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期，但是對應(yīng)的研究內(nèi)容也在全面優(yōu)化。

（1）電站組件裝機(jī)能力匹配電站要求。

（2）系統(tǒng)裝機(jī)容量在126 kW，若是雙級電站，主機(jī)控制在105 kW左右。

（3）集中電站的系統(tǒng)能力為50 MW。

較為常見的光伏發(fā)電系統(tǒng)布局分為集中式光伏和分布式光伏。其中，集中式光伏要在一些地廣人稀的區(qū)域修建，保證光照條件較為優(yōu)越，因為當(dāng)?shù)氐男枨罅坎淮?，因此，一般是借助特高壓完成電力的輸送，確保一些較為偏遠(yuǎn)的城鎮(zhèn)都能獲取對應(yīng)的供電服務(wù)，與此同時，要建立升壓站，以保證低壓升高后輸送的合理性和規(guī)范性。而分布式光伏則被廣泛應(yīng)用在商業(yè)企業(yè)中，在屋頂設(shè)置電站，能在提供電能的同時獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利潤，并且配置對應(yīng)的智能處理模式，維持光伏行業(yè)綠色發(fā)展模式的合理性。

2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)內(nèi)容

較為常見的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池組、控制設(shè)備以及電能儲存設(shè)備，要結(jié)合實際應(yīng)用要求完善各個元件和組成結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效能，匹配行業(yè)發(fā)展需求，發(fā)揮不同技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

2.1 太陽能電池技術(shù)

對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，光伏電池是核心組成元件，為了全面發(fā)揮相關(guān)元件的應(yīng)用優(yōu)勢，就要從光電轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)成本兩個方面入手，確保能維持技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性。尤其是近幾年科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展和進(jìn)步，光伏電池四代被廣泛應(yīng)用。在電池中鋪設(shè)非硅材料，以減少半導(dǎo)體材料對電能的消耗，因為其實際制作工藝不會受到材料和成本的諸多限制，因此，能實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

與此同時，薄膜制造技術(shù)和太陽能電池的結(jié)合，也能提升電能的轉(zhuǎn)換效率，打造更加完整且高效的技術(shù)應(yīng)用平臺。

2.2 光伏列陣最大功率跟蹤技術(shù)

結(jié)合實際應(yīng)用狀態(tài)和處理內(nèi)容可知，光伏陳列功率輸出要按照非線性傳導(dǎo)模式展開，要想維持其技術(shù)應(yīng)用效果，就要多元考量環(huán)境因素、光照強(qiáng)度以及負(fù)載情況，配合光伏陳列電流和電壓輸出特性等進(jìn)行綜合評估。例如，在某一個時刻節(jié)點，太陽光照強(qiáng)度中光伏列陣運行軌跡會達(dá)到固定點，此時，若是改變太陽能輻照強(qiáng)度，則輸出的特性區(qū)域就會隨之變化，若是負(fù)載參數(shù)不變，則功率最大數(shù)值之間就會存在參數(shù)差距。基于此，在實際應(yīng)用中為了滿足最大功率點應(yīng)用管理要求，就要匹配實際技術(shù)要求，完善光伏列陣最大功率跟蹤技術(shù)運行內(nèi)容，確保能維持技術(shù)流程的完整性和規(guī)范性。

2.3 聚光光伏技術(shù)

在太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用體系內(nèi)，太陽的光能要達(dá)到地面必然會產(chǎn)生路徑消耗，要想進(jìn)一步維持太陽能使用率，就要結(jié)合技術(shù)要求采取聚光光伏技術(shù)，匹配時效性處理模式的同時，減少能耗。

（1）借助聚光光伏技術(shù)時，能有效將太陽光都集聚在較小的范圍內(nèi)，保證高性能聚光電池應(yīng)用效率的最優(yōu)化，并且，配合折射聚光器、反射聚光器以及混合聚光器等進(jìn)行綜合處理，減少光能損耗產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。

（2）聚光光伏技術(shù)利用熱光伏聚光器能更好地將輻射器加熱產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娹D(zhuǎn)換過程，盡管技術(shù)還存在一定的難度，但是目前學(xué)術(shù)界對其研究的深度和質(zhì)量都在優(yōu)化。

2.4 孤島效應(yīng)檢測技術(shù)

對于電力系統(tǒng)管理控制工作而言，電網(wǎng)供電故障問題是非常關(guān)鍵的因素，若是因為操作不當(dāng)或者是維修處理不當(dāng)造成供電中斷，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，就要借助負(fù)載電壓的處理模式完成供電處理，這就必然會形成孤島狀態(tài)的供電模式，甚至?xí)黾与婎l電壓硬化，對用戶的用電設(shè)備使用效能產(chǎn)生影響。值得一提的是，這種問題在處理維修時也存在安全隱患，對維修人員安全產(chǎn)生威脅。

對孤島效應(yīng)的檢查要采取主動檢測和被動檢測兩種模式。

（1）被動測試要在電網(wǎng)斷電時利用檢測設(shè)備對逆變器予以分析，得出端電壓參數(shù)、頻率參數(shù)以及相位變化參數(shù)等，以保證能評估電壓輸出過程是否存在孤島效應(yīng)，為后續(xù)落實信息數(shù)據(jù)監(jiān)管工作提供保障。這種基礎(chǔ)性的檢測方式一般會應(yīng)用在負(fù)載功率變化幅度較小的檢測方案內(nèi)。

（2）主動測試是借助逆變器調(diào)節(jié)操作，針對輸出功率、頻率以及相位等擾動處理完成分析工作。

在電網(wǎng)處于正常運行環(huán)境時，電網(wǎng)鎖相形成環(huán)結(jié)構(gòu)，建立平衡運行模式，此時檢測儀器不會受到干擾信號產(chǎn)生的影響，一旦系統(tǒng)和電網(wǎng)運行出現(xiàn)異常，逆變器的擾動頻率就會積累到一定的數(shù)值，超出整個電網(wǎng)的允許參數(shù)范圍，此時就會造成孤島效應(yīng)。正是借助對應(yīng)的功率擾動處理和檢測技術(shù)，全面分析其應(yīng)用運行結(jié)構(gòu)。

3 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究

在明確太陽能的作用以及發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，就要結(jié)合實際情況選擇對應(yīng)的技術(shù)流程和方案，從而發(fā)揮太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢，最大程度上實現(xiàn)資源的綜合利用。

3.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)

在太陽能光伏發(fā)電技術(shù)處理模式中，因為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)本身不和公共電網(wǎng)連接，所以，其建設(shè)地點都會選擇距離電網(wǎng)隔離區(qū)域較遠(yuǎn)的位置。系統(tǒng)主要包括光伏電池、DC/CD控制器、DC/AC逆變器以及蓄電池等結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)在常規(guī)化運行過程中要保證各個元件結(jié)構(gòu)的平衡性。另外，要匹配相應(yīng)的儲能元件，因為太陽能發(fā)電都集中在白天，而負(fù)荷用電是24 h全天制處理模式，這就需要匹配光伏系統(tǒng)設(shè)置儲能元件模式，結(jié)合對應(yīng)的應(yīng)用情況和環(huán)境維持供電可靠性。

3.2 光伏建筑一體化

在光伏建筑一體化方面，在建筑物屋頂安裝光伏器件，能建立完整的電網(wǎng)和光伏陣列并聯(lián)結(jié)構(gòu)，維持一體化系統(tǒng)綜合處理控制機(jī)制。

（1）借助建筑和光伏器件集成化處理的方式，在屋頂匹配光伏電池板，并且配合光伏玻璃幕墻提升墻面積屋頂?shù)奈招Ч?，從而為綜合管控提供保障。

（2）結(jié)合一體化應(yīng)用處理要求，實現(xiàn)建材功能和發(fā)電功能的匹配化處理，保證光伏發(fā)電成本控制的合理性。

（3）在墻體外飾材料研究方面，要結(jié)合實際應(yīng)用選取彩色光伏模塊，保證太陽能光伏發(fā)電原理得以落實的同時，還能提升建筑的外部美觀度。

綜上所述，在光伏建筑一體化方案中，要結(jié)合對應(yīng)技術(shù)要點和處理規(guī)范，建立健全有效的技術(shù)管理模式，并且維持各個建材元件和智能化處理方案的規(guī)范性。

3.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用過程中，發(fā)電方式的融合就是光伏發(fā)電系統(tǒng)建立匹配模式的關(guān)鍵，混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)中要想提升其應(yīng)用價值，就要結(jié)合不同發(fā)電模式的優(yōu)勢，共同建構(gòu)完整的應(yīng)用處理結(jié)構(gòu)，提升電能利用率。例如，光伏發(fā)電系統(tǒng)會受到天氣情況的影響，尤其是冬季風(fēng)力較強(qiáng)的地區(qū)，利用光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電混合的模式，就能減少天氣對于發(fā)電效率和整體系統(tǒng)運行產(chǎn)生的負(fù)面影響。除此之外，要全面分析電站所處環(huán)境，并且匹配合理化的系統(tǒng)方案，最大程度上發(fā)揮不同發(fā)電模式的作用，共建和諧且有效的混合型應(yīng)用系統(tǒng)，維持發(fā)電管理的基本水平。

3.4 LED照明應(yīng)用

LED和光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)方案的融合能搭建更加完整的電能—光能轉(zhuǎn)化模式，并且提升綜合應(yīng)用效率。

（1）在照明技術(shù)應(yīng)用中，要將環(huán)保、節(jié)能高效技術(shù)作為優(yōu)勢單元，發(fā)揮光伏發(fā)電系統(tǒng)和處理模式的優(yōu)勢，提供較長的照明周期，并且提升維護(hù)效率。

（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在LED照明模式中，能更加突出地落實光生伏特效應(yīng)，并且結(jié)合太陽能電池維持電能轉(zhuǎn)化的實效性，利用LED照明系統(tǒng)獲取光能。

（3）因為LED照明系統(tǒng)和光伏發(fā)電技術(shù)本身都是直流電，所以，在轉(zhuǎn)化過程中無需配置變頻器，這就極大提升了整體操作流程的可靠性和規(guī)范性，維持良好的執(zhí)行效率，并且配合可充放蓄電池就能更好地發(fā)揮LED照明系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢。

4 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用趨勢

要想進(jìn)一步提升太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合效益，要結(jié)合政府部門的資金優(yōu)化政策，維持新能源和可再生資源的良好發(fā)展，建立健全更加完整的新能源開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃，從而制定完整的指導(dǎo)方針，保證利用率的最優(yōu)化。

未來幾年，太陽能光伏發(fā)電總量也將逐步提升，對應(yīng)的覆蓋范圍會全面增大，成為我國電業(yè)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵動力，在各方協(xié)調(diào)和配合研究的基礎(chǔ)上，我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)向著更好的方向發(fā)展。

5 結(jié)束語

相較于發(fā)達(dá)國家，我國在光伏發(fā)電方面的研究還有很大提升空間，政府相關(guān)部門要更加關(guān)注其發(fā)展動態(tài)，給予研究工作更多的支持，對新能源管理予以重視，從而建立完整的戰(zhàn)略規(guī)劃體系，建構(gòu)合理的指導(dǎo)方針，匹配協(xié)調(diào)配合模式，為太陽能光伏發(fā)電技術(shù)更快更好發(fā)展提供保障。

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