太陽能光伏發(fā)電技術的應用研究

姚亞軍

（國家電投集團江蘇電力有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215000）

太陽能是世界公認的清潔性能源，其不僅具有較大的應用價值，而且具有環(huán)保性的顯著特點，隨著太陽能光伏發(fā)電技術的普及，得到了大眾一致的認可與好評。目前，我國太陽能光伏發(fā)電技術仍然維持清潔性、可持續(xù)發(fā)展性和環(huán)保性等優(yōu)勢，并在此基礎之上，側重于提高太陽能光伏能源的利用效率。如此，便可在一定程度上起到保護環(huán)境并獲得能源的目的，賦予自然資源足夠的生命活力，促進我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

1 太陽能光伏發(fā)電技術原理及優(yōu)勢

1.1 太陽能光伏發(fā)電技術原理

太陽能光伏發(fā)電技術，能夠通過自身做功將太陽能轉化為電能，其具有一定的能量調節(jié)與能量轉換的作用（通常情況下被稱為“光伏電池”），在我國整體新能源之中占據(jù)主要地位，屬于我國目前應用最廣泛的新能源之一。太陽能之所以能夠轉換為電能，其主要原因就是“光生伏特”效應（當太陽光或是其他光線照射在太陽能電池表面之上時，太陽能便可通過對光線的吸收，利用光生電子產(chǎn)生電能）。太陽光經(jīng)過一系列的變化與化學反應，最后會呈現(xiàn)光生電子的離散現(xiàn)象，此種現(xiàn)象在一定程度上能夠促使異號電荷帶動光生電子運動，進而產(chǎn)生電壓。若此時，將太陽能所產(chǎn)生的電能的兩極，進行負極連接，則在2個負極的連接處會產(chǎn)生光生電流，進一步加劇功率的流失幾率，就能實現(xiàn)從太陽能到電能的轉變[1]。

1.2 太陽能光伏發(fā)電技術優(yōu)勢

太陽能與普通電能相比具有2個顯著的特點，一是具有清潔性與節(jié)能性，二是具有能源儲備豐富，涉及范圍較廣的特性，其主要表現(xiàn)在：

其一，清潔性與節(jié)能性。太陽能與普通電能最根本的區(qū)別就在于其自身具有一定的清潔性與節(jié)能性，不僅可以節(jié)約電能的使用，而且還能夠確保在使用過程中不對自然環(huán)境造成污染，維持我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國對太陽光的應用范圍較廣、涉及領域較多，因此，太陽能被稱為光伏發(fā)電。將太陽光的光能轉變成人們生活、工作及企業(yè)發(fā)展所需要的電能，不需要經(jīng)過能量轉化環(huán)節(jié)，如此便賦予了太陽能簡單性、敏捷性的特點與優(yōu)勢，能夠更好地滿足人們的需求[2]。

其二，能源儲備豐富性、應用范圍廣泛性。太陽能相比其他能源具有較為明顯的分布特點，其分布范圍極為廣泛，應用領域繁多，是促進我國國民經(jīng)濟穩(wěn)定增長的因素之一。太陽能源的儲備十分豐富，且目前呈現(xiàn)出取之不盡、用之不竭的現(xiàn)象，能夠良好地解決人類能源緊缺的問題。另外，太陽能具有較強的環(huán)保性特點，不會在使用過程中對環(huán)境造成污染，而又分布廣泛，便于人們收集與利用。通過對太陽能的充分運用，我國其他能源指標的使用量明顯下降，有效阻止了自然環(huán)境的進一步惡化。

2 太陽能光伏發(fā)電技術具體應用

2.1 通信工程與太陽能照明燈

太陽能光伏發(fā)電在我國的通信領域中得到了較為廣泛的運用，尤其是通信工程方面，包括衛(wèi)星通信工程、光纜通信工程等，將太陽能光伏發(fā)電技術展現(xiàn)得淋漓盡致[3]。

太陽能照明燈在我國應用較為普遍，其主要是在白天通過吸收太陽光作為自身運作的主要能源，在此過程之中，太陽能照明燈會利用自身電池儲備系統(tǒng)，將太陽能轉變?yōu)榛瘜W電能后儲備在電池之中。如此，夜間太陽能照明燈便會釋放出太陽能電池中所儲備的電能，進而可為太陽能照明燈的夜間工作提供相應的電能，確保夜間照明的持續(xù)性。通常情況下，一套完整的太陽能照明燈系統(tǒng)具有光源、太陽能儲蓄電池、電池板及相應的電量控制器等設備，一方面便于太陽能照明燈產(chǎn)生直流電，另一方面也可通過太陽能照明燈的內置逆變器轉換成220 V的交流電，而后再將220 V的交流電供應到太陽能照明燈的照明系統(tǒng)之中，維持太陽能照明燈的亮度與運作時長，具體運作原理如圖1所示。

圖1 太陽能離網(wǎng)系統(tǒng)運行原理圖

將太陽能照明燈與我國傳統(tǒng)路燈進行比較，不難發(fā)現(xiàn)，太陽能照明燈的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)點較為明顯。事實上，太陽能照明燈所應用的是一種亮化照明技術，其具有單次投資、長期運營、費用較少、安裝與使用便捷、無須后期專業(yè)維護和壽命較長等顯著特點。且其在運行過程中不會被外部環(huán)境所覆蓋，同時也不會因為太陽能照明燈的正常運行，為自然環(huán)境帶來破壞，對于各項投入資金沒有較高要求，進而具有降低各環(huán)節(jié)費用支出的作用，真正做到太陽能照明燈使用過程中的“一舉多得”。但是目前太陽能照明燈的使用還存在一定的局限性，雖然此種局限性不是不可打破的，只是依據(jù)我國目前技術還暫時難以達到[4]。如太陽能照明燈造價較高、功率相比普通路燈較小及太陽能照明燈所應用的電池板會對城市景觀的美觀度產(chǎn)生一定負面影響?？傮w分析，太陽能照明燈優(yōu)點大于缺點，目前市場的流通性較好，應用范圍也比較廣泛，具有良好的發(fā)展前景。

2.2 太陽能水泵

太陽能水泵的基本原理來自太陽能光伏發(fā)電技術，且其在水泵的制造中得到了廣泛的運用，不僅進一步促進了水泵良好運行，而且還在原有的水泵制造基礎上，徹底打破了蓄電池發(fā)電的必要環(huán)節(jié)，提升了水泵的運行效率，降低了水泵的使用與維修難度及水泵價格。通常情況下，我國所應用的太陽能水泵在光能水泵站中，都會設置相應的逆變器，用于促進電池板中交流電與直流電之間的相互轉換，此種轉換可為太陽能水泵的高效率運轉奠定良好基礎，同時可以為其創(chuàng)造一定的運轉條件，維持太陽能水泵的工作效率[5]。

太陽能屬于清潔能源，具有一定的節(jié)能性與環(huán)保性，因此，太陽能水泵，在運轉過程中，所需要耗費的運行成本遠低于其他水泵，可以在很大程度上節(jié)約水泵的后期維修與保養(yǎng)費用。但太陽能水泵的運用需要足夠的太陽能源作為基礎支持，同時也需要較強的光儲條件，才能夠確保太陽能水泵正常運行。

2.3 動車組太陽能光伏系統(tǒng)

我國高鐵建設堪稱世界第一，在高鐵的建設與運行過程中，太陽能光伏發(fā)電技術所產(chǎn)生的積極影響毋庸置疑，我國借助MATLAB系統(tǒng)，在很大程度上促進了高鐵事業(yè)中動車組的系統(tǒng)完善程度與發(fā)展速度，其構造如圖2所示。

圖2 動車組光伏系統(tǒng)構造圖

此系統(tǒng)的主要構造包括光伏陣列、蓄電池和控電器等系統(tǒng)。其中最為主要的是動車組所配置的光伏列陣，通常情況下，光伏列陣需要結合動車的具體情況進行動車電池組的設置，進而開展電池組相關配置的選擇。在實際工作過程中，電池組件的相關構造，必須嚴格按照工程的實際要求與動車的實際情況進行相應作業(yè)，并通過加強串聯(lián)電池與并聯(lián)電池之間的相互作用，為太陽能光伏電池組件提供一定運行保障與運行依據(jù)[6]。

2.4 光伏建筑一體化

我國對于太陽能光伏發(fā)電技術的應用范圍極為廣泛，尤其是在各項建筑及安裝過程中對于太陽能光伏發(fā)電技術的應用至關重要，如今，我國已經(jīng)成功利用太陽能光伏發(fā)電技術達到了光伏建筑一體化的目標。其中的運作原理也較為簡單，主要是通過對工程建筑物的頂部安裝相應的太陽能光伏發(fā)電技術組件，或具有類似原理的雙玻組件，而后將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)連接到建筑施工所運用的電路之上[7]。如此，可將太陽能轉變?yōu)殡娔?，確保能夠將所產(chǎn)生的電能的補償性作用全面發(fā)揮出來，達到在保障工程施工正常用電的基礎之上，有足夠支撐電子設備正常運行電網(wǎng)的目標。在建筑工程的施工過程中，很可能會因為自然環(huán)境因素或是人為因素及供電不足等情況，造成工程斷電，嚴重影響建筑施工工作的順利開展，此時便可應用太陽能光伏發(fā)電技術進行發(fā)電，維護各項建筑機械正常運轉。

依據(jù)我國對太陽能光伏發(fā)電技術的應用程度分析，光伏建筑一體化具有良好的發(fā)展前景與巨大的發(fā)展優(yōu)勢，目前，我國已經(jīng)在工程建筑的諸多方面應用了光伏建筑一體化技術，并取得了良好的成效，且其自身的技術完善度較高，具有一定的工程施工保障性。但目前，我國對于光伏建筑一體化還處于初級探索階段，若要進一步深度挖掘光伏建筑一體化的應用領域與應用方式，以及完善其組件性能，都還需要更大的投資成本與科研時間[8]。

總體分析，太陽能光伏發(fā)電應用領域極為廣泛，無論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，太陽能光伏發(fā)電技術都起到了良好的核心支撐作用。從理論角度分析，太陽能光伏發(fā)電技術只需要充足的太陽光，對于供電器及其他發(fā)電環(huán)境并沒有嚴格要求，上至國家航天技術，下至家庭用電，都可以通過太陽能光伏發(fā)電技術來達成。目前，市場上不乏各式各樣的太陽能小玩具，以及兆瓦級電站，其主要原理都是太陽能光伏發(fā)電技術，由此可見，我國在太陽能光伏發(fā)電方面的應用幾乎已經(jīng)滲透到了人們的生活與工作之中。太陽能光伏發(fā)電技術的廣泛運用，在很大程度上幫助我國節(jié)約了其他發(fā)電資源，提高了人民的整體生活水平[9]。

3 太陽能光伏發(fā)電技術的發(fā)展建議

3.1 提高轉換效率

由于在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，太陽能電池所占的整體比例較大，因此，可根據(jù)實際需要開發(fā)不同類型及不同型號的太陽能電池，太陽光的輻射較為集中之時，便可促進太陽能電池充分發(fā)揮自身效應，確保太陽能轉換為電能的轉換率。但其耗費材料較多，可能會導致材料成本迅速上升，進而形成大量現(xiàn)金外流的現(xiàn)象。針對此點，我國一方面可以加大對太陽能光伏發(fā)電技術研究的投資力度，另一方面也可加大對太陽能光伏發(fā)電技術的政策支持力度，提高我國太陽能光伏發(fā)電技術水平，減少材料耗費量[10]。

3.2 維持現(xiàn)狀、注重創(chuàng)新

我國現(xiàn)階段光伏產(chǎn)業(yè)雖然較為普遍，但其實際發(fā)展卻較為緩慢，若要達到太陽能光伏發(fā)電技術可持續(xù)發(fā)展的目標，一方面需要我國出臺相應的政策進行支持，另一方面也需要我國加大資金投資力度，為其提供科研器材，全力做好太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展的長遠規(guī)劃與布局。另外，還需要我國全力探索太陽能的應用領域，爭取將太陽能光伏發(fā)電技術所應用領域的生產(chǎn)成本降到最低，以確保我國太陽能光伏發(fā)電技術水平穩(wěn)步提升。

3.3 擴大太陽能光伏發(fā)電技術的開發(fā)面積

目前我國個別省份提出將光伏發(fā)電作為城市可持續(xù)發(fā)展的奮斗目標之一，將其運用到居民生活、工作、企業(yè)及工業(yè)發(fā)展之中去，最大程度上減少城市的傳統(tǒng)用電量，進而降低城市用電成本。因此，我國可依據(jù)目前太陽能光伏發(fā)電技術的實際應用情況與領域，在城市居民樓及商業(yè)樓盤等建筑物的屋頂建立光伏發(fā)電系統(tǒng)，以此滿足整個城市的用電需求，同時達到節(jié)約資源、保護環(huán)境的目的。另外，太陽能光伏發(fā)電技術應用范圍較為廣泛，尤其是針對西北及荒漠地區(qū)，具有用電需求較大、供電不足的特征，可嘗試將太陽能光伏發(fā)電技術應用在此類地區(qū)，進一步豐富當?shù)氐恼彰髻Y源，滿足當?shù)厝嗣竦挠秒娦枨?。此外，還可以應用太陽能光伏發(fā)電技術，對西北地區(qū)獨特的地理環(huán)境進行美化，開發(fā)旅游景點，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，進而推動我國整體經(jīng)濟穩(wěn)步向前。

4 結束語

綜上所述，加大太陽能光伏發(fā)電技術應用力度，擴大太陽能光伏發(fā)電技術應用范圍，是我國可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。開展對太陽能光伏發(fā)電技術的研究，不僅可以充分運用太陽資源，而且還可以滿足人們的用電需求，避免傳統(tǒng)用電模式對自然環(huán)境造成污染。目前，我國太陽能光伏發(fā)電技術雖然發(fā)展較為緩慢，但依舊穩(wěn)步向前，相信在不久的將來，太陽能光伏發(fā)電技術將會完全融入到人民的生活與社會的發(fā)展之中。