關(guān)于新能源光伏發(fā)電技術(shù)的一些探討思考

文/吳 程

隨著20世紀(jì)80年代可持續(xù)發(fā)展的理念提出以來(lái)，探索新型能源就成了引領(lǐng)我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要抓手。煤和石油等化石能源屬于不可再生能源，不可能持續(xù)不斷地供給人類，而且傳統(tǒng)能源在開發(fā)過(guò)程中也對(duì)自然環(huán)境造成了極大的污染。新能源不僅對(duì)環(huán)境影響很小，滿足社會(huì)各界日常的使用需求，還屬于再生能源，滿足可持續(xù)發(fā)展的理念，因此開發(fā)新能源成了人類社會(huì)不可逃避的話題，必須用新能源取代傳統(tǒng)能源。太陽(yáng)的能量取之不盡，用之不竭。根據(jù)天文學(xué)相關(guān)資料，太陽(yáng)正處于壯年時(shí)期，人類完全不需要擔(dān)心太陽(yáng)能源的枯竭，而且轉(zhuǎn)化電能的速度相比其它類型的新能源較快，故新能源光伏發(fā)電技術(shù)將成為21世紀(jì)人類開發(fā)新能源的最重要手段之一。光伏發(fā)電技術(shù)若想長(zhǎng)期穩(wěn)定地發(fā)展下去，必須在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中多角度、全方位、深層次地進(jìn)行剖析，提出相應(yīng)的優(yōu)化策略，助力新能源光伏發(fā)電技術(shù)長(zhǎng)期穩(wěn)定的發(fā)展。

1 光伏發(fā)電技術(shù)概述

1.1 光伏發(fā)電技術(shù)原理

光伏發(fā)電顧名思義就是光能轉(zhuǎn)化電能的過(guò)程，借助半導(dǎo)體的性質(zhì)，將太陽(yáng)能和電能之間構(gòu)建一個(gè)過(guò)渡的橋梁，太陽(yáng)能發(fā)電裝置由4個(gè)部分組成：電池板、控制器、逆變器和蓄電池。整個(gè)裝置中最關(guān)鍵的部分就是電池板，它能夠儲(chǔ)存電能供發(fā)電裝置使用，是整個(gè)系統(tǒng)得以運(yùn)行的支撐部分；控制器控制系統(tǒng)的運(yùn)行，太陽(yáng)能電池內(nèi)的電池組在白天有足夠多的太陽(yáng)能時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部作用將電能儲(chǔ)存，在夜晚沒有太陽(yáng)的時(shí)候再將電能釋放，而控制器就是調(diào)配充放電的關(guān)鍵組成部分；逆變器是把直流電轉(zhuǎn)化為調(diào)頻調(diào)壓交流電或定頻定壓交流電的一種轉(zhuǎn)換器，逆變器又由濾波電路、逆變橋和內(nèi)部控制邏輯組成，光伏發(fā)電裝置中的逆變器是通過(guò)半導(dǎo)體進(jìn)行轉(zhuǎn)換的；蓄電池的作用是儲(chǔ)存暫時(shí)不需要的電能，供系統(tǒng)使用。4個(gè)部分相互協(xié)調(diào)和配合，才能順利進(jìn)行光伏發(fā)電。

1.2 光伏發(fā)電技術(shù)類型

雖然光伏發(fā)電屬于一種比較先進(jìn)的技術(shù)，但也由于是新型技術(shù)，還存在一系列亟待解決的技術(shù)瓶頸。目前，日?？梢姷牡胤街饕鞘姓こ痰穆窡?、信號(hào)燈等，隨著國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)的投入不斷增加，越來(lái)越多的領(lǐng)域使用到了此技術(shù)，如軍事領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域和建筑領(lǐng)域，在未來(lái)光伏發(fā)電技術(shù)還會(huì)應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用主要有以下幾種。

1.2.1 獨(dú)立光伏發(fā)電技術(shù)

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一種孤立的發(fā)電系統(tǒng)。這種技術(shù)主要應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的無(wú)電問(wèn)題，如邊防哨所和基站等，其供電穩(wěn)定性相對(duì)成熟的發(fā)電系統(tǒng)較差，加之偏遠(yuǎn)地區(qū)的惡劣環(huán)境，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。但是偏遠(yuǎn)地區(qū)其他技術(shù)應(yīng)用更為困難，獨(dú)立光伏發(fā)電技術(shù)是最適合這種地區(qū)居民的供電技術(shù)，能夠保證他們的日常生活。

1.2.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)連接公共電網(wǎng)，該系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池組、交流負(fù)載、DC或AC的逆變器和變換器等部件。公共電網(wǎng)與并網(wǎng)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)配合，共同供電，其中光伏發(fā)電將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，而公共電網(wǎng)主要負(fù)責(zé)儲(chǔ)能，代替了蓄電池的作用，節(jié)約了蓄電池的經(jīng)濟(jì)成本，而且公共電網(wǎng)相比蓄電池其穩(wěn)定性也大大增加。以前太陽(yáng)能電池的成本很高，大部分都是獨(dú)立的光伏發(fā)電技術(shù)，還只能用在航天、邊防等領(lǐng)域，隨著后來(lái)原材料價(jià)格的下降，光伏并網(wǎng)技術(shù)得到發(fā)展，如今光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)明顯提高了電能轉(zhuǎn)化率，是研究新能源光伏發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要方向。

1.2.3 混合光伏發(fā)電技術(shù)

混合光伏發(fā)電技術(shù)就是多種發(fā)電方式結(jié)合的技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中有很廣泛的應(yīng)用。在河流附近可以采用水力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合的方式，達(dá)到更好的供電效果；同理在風(fēng)力充足的地方還可以和風(fēng)力發(fā)電結(jié)合，提升能源利用率。這種混合光伏發(fā)電技術(shù)雖然利用率高，設(shè)備不易損壞，但由于水力和風(fēng)力這兩種因素受到天氣的影響很大，因此穩(wěn)定性較差，不易控制。

2 光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

2.1 光伏發(fā)電技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用

近幾年，油價(jià)上漲，電動(dòng)汽車越來(lái)越受到人們的青睞，特斯拉、比亞迪等汽車企業(yè)依靠自己的核心技術(shù)相繼推出了新型新能源汽車，且銷量在汽車市場(chǎng)也能占有一席之地。但電動(dòng)汽車相比于傳統(tǒng)燃油汽車，存在著電能存儲(chǔ)不方便和續(xù)航時(shí)間不長(zhǎng)的劣勢(shì)，沒有固定的充電站給汽車充能，這是電能汽車沒有得到廣泛使用最重要的原因。光伏發(fā)電技術(shù)給移動(dòng)電站的建立提供了技術(shù)上的可能，在未來(lái)，新能源汽車因其綠色無(wú)污染的特性，必將成為汽車市場(chǎng)的主流，而如何把光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)汽車中則是汽車企業(yè)需要面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。

2.2 光伏發(fā)電技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用

新能源光伏發(fā)電技術(shù)在城市軌道交通主要應(yīng)用于光導(dǎo)照明系統(tǒng)當(dāng)中，以廣州地鐵21號(hào)線為例，在地鐵運(yùn)營(yíng)中心上方安裝了該系統(tǒng)，為地鐵隧道和運(yùn)用庫(kù)提供照明；此外光伏發(fā)電技術(shù)還應(yīng)用到了軌道交通車輛的運(yùn)行中，中車唐山機(jī)車開發(fā)了一種可以搭載光伏發(fā)電系統(tǒng)的新能源車輛，這種車輛的動(dòng)力來(lái)源就是車身上的光伏發(fā)電系統(tǒng)。但由于新能源光伏發(fā)電技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用還屬于探索階段，光伏發(fā)電所提供的能源只能作為輔助電源使用，而且地鐵光伏電站主要建設(shè)在北京、上海、廣州、深圳等大城市進(jìn)行初步應(yīng)用，并未廣泛普及。

3 我國(guó)新能源光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的問(wèn)題

綜上所述，光伏發(fā)電技術(shù)雖然發(fā)展迅速，但需要攻克的技術(shù)和管理問(wèn)題還有很多，其中最突出且最關(guān)鍵的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)。

3.1 光伏發(fā)電技術(shù)不完善

光伏發(fā)電最主要的能源就是太陽(yáng)能，在我國(guó)的西北地區(qū)日照時(shí)間較長(zhǎng)、太陽(yáng)能充足，但光伏發(fā)電技術(shù)并未得到充分的應(yīng)用，致使項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度緩慢，居民普及度不高；另外，我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建已經(jīng)很多年，電網(wǎng)接入能力已經(jīng)趨于飽和，這就造成了光伏發(fā)電設(shè)備無(wú)法接入城鎮(zhèn)電網(wǎng)，而大部分城鎮(zhèn)工業(yè)園又面臨著耗電量巨大的窘迫局面。

3.2 新能源光伏發(fā)電技術(shù)及項(xiàng)目建設(shè)方面存在缺陷

對(duì)比我國(guó)傳統(tǒng)電力項(xiàng)目，新能源發(fā)電項(xiàng)目中的核心技術(shù)還不夠成熟，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)項(xiàng)目管理流程的把控還不到位，如在并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)之后，相關(guān)部門對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的收集和整理不夠仔細(xì)，應(yīng)對(duì)工程突發(fā)事件的能力不足。在技術(shù)方面，光伏發(fā)電技術(shù)在絕大多數(shù)地區(qū)會(huì)受制于天氣的影響，不僅新能源技術(shù)的發(fā)展受限，而且項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)難以把控項(xiàng)目建設(shè)的整體進(jìn)度，不利于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的飛躍。

3.3 光伏發(fā)電技術(shù)公眾認(rèn)可度不高。

目前，我國(guó)能對(duì)新能源產(chǎn)品接受并認(rèn)可的群體只是一小部分，大部分人可能了解過(guò)新能源技術(shù)，但由于長(zhǎng)期以來(lái)在生活中一直接觸的都是傳統(tǒng)能源相關(guān)的產(chǎn)品，形成了固有的思維模式，對(duì)新能源開發(fā)技術(shù)心存疑慮，還有另外一部分人甚至根本沒接觸過(guò)新能源方面的知識(shí)，這種情況導(dǎo)致某些商家在產(chǎn)品銷售的過(guò)程中打著新能源產(chǎn)品的旗號(hào)以次充好，蒙騙消費(fèi)者，造成了惡劣的影響。

4 新能源光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的優(yōu)化措施

4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化

首先，應(yīng)該精確的計(jì)算太陽(yáng)能資源。這是提高發(fā)電站工作效率的基礎(chǔ)，技術(shù)人員應(yīng)該在計(jì)算過(guò)程中選擇科學(xué)的計(jì)算方法和合理的計(jì)算模型，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還要結(jié)合所在區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)能的實(shí)際變化情況做出相應(yīng)的調(diào)整，并對(duì)結(jié)果加以驗(yàn)證和分析。其次，要選擇最優(yōu)的安裝方式，在這里選擇光伏陣列的安裝角度很重要，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該詳細(xì)收集該項(xiàng)目區(qū)域中發(fā)電量對(duì)應(yīng)的傾角數(shù)據(jù)，全年內(nèi)的數(shù)據(jù)做對(duì)比，在技術(shù)支持的前提下選擇最優(yōu)的角度，能夠提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的效能和減少一定的經(jīng)濟(jì)成本。最后，系統(tǒng)中各部分的連接方式也會(huì)影響發(fā)電的效率，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該依據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和太陽(yáng)輻射變化，合理調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部的串聯(lián)、并聯(lián)方式，并把輸出電壓控制在逆變器的承受范圍之內(nèi)。

4.2 構(gòu)建專業(yè)的項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)

人才是發(fā)展的原動(dòng)力。新能源光伏發(fā)電技術(shù)屬于未來(lái)最重要的能源技術(shù)之一，國(guó)家和政府應(yīng)該予以一定的扶持供電力企業(yè)培養(yǎng)新能源人才，提升項(xiàng)目建設(shè)團(tuán)隊(duì)的整體專業(yè)水平。相關(guān)部門還要定期在企業(yè)內(nèi)部展開理論知識(shí)和實(shí)踐技能的培訓(xùn)，讓一線建筑人員也能掌握新能源光伏發(fā)電技術(shù)的知識(shí)，以便于項(xiàng)目進(jìn)行中能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)技術(shù)方面的問(wèn)題，減少處理的時(shí)間。除此之外，針對(duì)技術(shù)性較強(qiáng)且比較危險(xiǎn)的工種需要持證上崗，確保上崗人員有比較強(qiáng)的專業(yè)素養(yǎng)，對(duì)危險(xiǎn)有一定的預(yù)防能力，杜絕安全事故的發(fā)生，從而有效保障光伏發(fā)電站的項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程。

4.3 加強(qiáng)對(duì)新能源光伏發(fā)電技術(shù)的宣傳

新能源目前還不被群眾所熟知，大部分群眾對(duì)于新能源光伏發(fā)電的認(rèn)知只是停留在了解階段，電力企業(yè)和政府有關(guān)部門要加強(qiáng)對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)的宣傳力度。途徑如制作新能源知識(shí)海報(bào)，通過(guò)網(wǎng)站、公眾號(hào)等進(jìn)行宣傳；也可以在線下和社會(huì)組織相互配合，消除群眾對(duì)新能源產(chǎn)品使用過(guò)程中的擔(dān)憂。另外國(guó)家可以對(duì)購(gòu)買新能源產(chǎn)品設(shè)立一些補(bǔ)貼和優(yōu)惠政策，提升大眾對(duì)新能源產(chǎn)品的購(gòu)買欲望，能夠有效增加新能源光伏發(fā)電技術(shù)的普及程度。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)展新能源光伏發(fā)電技術(shù)切合人與自然和諧發(fā)展的理念。但如要把新能源完全融入到人們的日常生活當(dāng)中，應(yīng)以技術(shù)創(chuàng)新為核心，政府和社會(huì)協(xié)調(diào)配合，才能不斷完善和深化新能源光伏發(fā)電技術(shù)。