新能源光伏發(fā)電技術應用探析

中通服咨詢設計研究院有限公司 徐 倩

1 新能源光伏發(fā)電技術原理和特點

1.1 新能源光伏發(fā)電技術的原理

光伏發(fā)電就是把光能轉換成電。利用半導體的特性，建立了太陽能與電力的聯(lián)系，其光伏效應基本原理如圖1所示。光伏發(fā)電裝置由電池板、控制器、逆變器和電池4部分組成。整個裝置中最重要的部件就是蓄能用來發(fā)電的電池組，而電池組又是全套裝置的支撐點，由控制器來控制整個裝置的運轉。

圖1 光伏發(fā)電半導體光伏效果原理

在白天，太陽能電池有充足的能源，電池組就會將這些能源儲存起來，在夜晚，沒有陽光照射的時候再將其釋放出來。其中，控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)中最重要的部分；逆變電源是一種將直流電源變換成具有一定頻率、電壓、頻率可調的交流電源的變換裝置[1]。該逆變器主要包括濾波電路，逆變橋，以及內(nèi)部的控制電路。光伏發(fā)電裝置的逆變器經(jīng)由半導體來轉換；電池的功能就是把電力存儲起來，以供在整個系統(tǒng)中使用。4個部件互相協(xié)作，互相協(xié)作，從而使太陽能電池的生產(chǎn)運行順暢。

1.2 新能源光伏發(fā)電技術的特點

新能源光伏發(fā)電是由一種半導體物質將太陽能轉化成電能，在運行的時候沒有任何的機械元件，也沒有任何的燃料，可以實現(xiàn)無噪聲、無污染的目的，而且，太陽能是一種取之不盡用之不竭的可再生資源，可以有效地減輕中國的能源壓力，因此，對光伏發(fā)電技術進行深入的研究和高效的應用，將會是一個劃時代的進步。新能源光伏發(fā)電技術具有以下優(yōu)點。

一是太陽能源不但是無窮無盡的，并且在全球范圍內(nèi)都是無處不在的，任何有光照的地區(qū)都可以通過光伏技術來產(chǎn)生電力，不受地理位置的影響；二是利用太陽能的分散特性，可以在附近設置供電設備，從而避免常規(guī)電站因長距離傳輸而帶來的電力損耗；三是新能源光伏發(fā)電是一項把光能轉換為電能利用的新型方法，擁有較簡化的運行過程，不需要機械傳動、燃料燃燒和冷卻水等中間環(huán)節(jié)，既節(jié)約了成本，又節(jié)約了土地，同時又大大減少了對環(huán)境的污染；四是太陽能電池板的優(yōu)點是工作穩(wěn)定性好、構造簡單、靈活。但受現(xiàn)有技術及太陽本身特點的影響，目前的新能源光伏技術還面臨著工作效率低、工作時間短、受光照影響大、成本高、制備過程中的能量消耗及環(huán)境污染等問題。

2 新能源光伏發(fā)電技術的重要性

2.1 保障能源供應安全性

盡管在火力發(fā)電廠的運作下，基本可以滿足人均用電等各方面的要求，但由于我國總體人口數(shù)量龐大，石油、天然氣等礦產(chǎn)資源仍需以進口的方式進行采購，這就造成了這類資源的對外依賴性越來越強[2]。因此，要加強新能源的研發(fā)，并提出有針對性的開發(fā)方案，不斷進行能源發(fā)電模式的創(chuàng)新，將新能源光伏發(fā)電技術的應用優(yōu)勢最大化，自覺有目的地減少煤炭、天然氣等不可再生資源的使用，緩解自然資源短缺等問題，減少對外來資源的依賴。另外，在城市電網(wǎng)發(fā)生突發(fā)事件時，還可以利用新能源光伏技術，為建筑物提供足夠的電力供應。在停電情況下，利用新能源光伏發(fā)電技術，能夠有效地減少電力系統(tǒng)的故障，保障建筑物內(nèi)的電力供應及用電環(huán)節(jié)的安全。

2.2 解決資源緊張問題

國民經(jīng)濟的發(fā)展，促進了工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，促進了各種資源的開發(fā)，促進了資源的開發(fā)和利用。目前，能量系統(tǒng)中的技術運用還不夠成熟，不能有效地提升能量的利用率，能量間的轉換速率不高，造成了大量的資源浪費、環(huán)境污染等問題。但同時，我國的人口也是龐大的，而且在地理上有很大的分布。隨著資源使用量的持續(xù)增長和資源總量的逐步下降，在龐大的人口規(guī)模的作用下，人均擁有的資源量也會相應下降。因為煤炭、天然氣等資源是不可再生的，而且在使用的時候也是有限制的，因此，要加強對太陽能等新型資源的開發(fā)，充分利用這些新能源，發(fā)揮光伏發(fā)電技術的優(yōu)點和作用，從而解決資源短缺的問題。此外，還可以將太陽能轉化為其他非再生能源，如煤炭和天然氣，減少對生態(tài)系統(tǒng)造成的危害。

3 新能源光伏發(fā)電技術的經(jīng)濟性能

新能源光伏技術的推廣與應用，不僅取決于其技術特征，也取決于經(jīng)濟性能。因此，在使用時，還需要對新能源光伏發(fā)電技術的經(jīng)濟性有一個全面的認識。

一是新能源的光伏發(fā)電技術能否獲得實際效果，取決于發(fā)電成本，而發(fā)電成本又取決于發(fā)電總費用與發(fā)電總費用的比重。新能源光伏發(fā)電裝置的運行費用較低，而且總的投資費用主要是在初期的投入上。從光伏市場的現(xiàn)狀可以看出，在整個發(fā)電系統(tǒng)中，其光伏模塊的成本高達50%。而且，隨著光伏模塊的價格的走跌，其光伏發(fā)電成本也會越來越低，這在某種程度上為接下來的應用推廣帶來了很大的方便。

二是我國的新能源太陽能電池技術在太陽能電池領域的應用還處于起步階段，發(fā)展非常緩慢，運營數(shù)據(jù)難以客觀有效地精確計算光伏發(fā)電的成本。目前，目前市面上使用的光伏發(fā)電技術主要分為兩種，一種為屋頂太陽能電池，一種為陸地太陽能電池，前者的造價比后者高。另外，相對于晶硅光伏電池，薄膜光伏電池的投資成本也要稍微低一點。雖然中國的太陽能資源豐富，但是整體上較為分散，使得光伏電站的建設也較為分散，這使得新能源的光伏發(fā)電成本差異較大，難以對不同地區(qū)的光伏發(fā)電成本進行精確的計算[3]。

三是新能源光伏技術普及程度的高低，直接影響到新能源光伏技術的普及程度。從當前的社會情況來看，新能源光伏發(fā)電技術具有更好的經(jīng)濟性能。然而，由于該技術的基礎設施發(fā)展緩慢，人們沒有意識到其性能優(yōu)勢和優(yōu)勢，對其理解也不夠深刻。就拿目前比較流行的新能源小汽車來說，在體驗和使用的過程中，往往會產(chǎn)生疑問和擔心，這種狀況往往表現(xiàn)在新能源光伏發(fā)電技術的應用和普及性上。

4 光伏發(fā)電應用

4.1 獨立光伏發(fā)電

在太陽能發(fā)電的應用中，可以有獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是一種獨立運行的發(fā)電系統(tǒng)，因此，在實際應用中，通常被用于距離電網(wǎng)較遠的地方，近年來，由于其能夠在電力無法到達的地區(qū)使用，使得其在野外、鄉(xiāng)村、移動通信基站等領域受到了越來越多的關注。

另外，由于太陽能電池具有全天供電的特點，因此能夠有效滿足人們對用電的需要。然而，由于其在使用過程中易受氣候、天氣等因素的干擾，使得其使用穩(wěn)定性降低。然而，在某些偏遠地區(qū)，獨立光伏發(fā)電技術對人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了重大影響。在使用獨立光伏發(fā)電技術時，由于可以將太陽光吸收到內(nèi)部面板中，不需要對其他模塊進行二次加工，因此具有經(jīng)濟、環(huán)保的特點，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，減少了能源的消耗。其發(fā)電結構如圖2所示。

圖2 獨立光伏發(fā)電結構

4.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電

采用并網(wǎng)光伏發(fā)電技術時，在運行過程中需要接入公網(wǎng)，因此能夠將太陽能轉換，并將電流輸送到電力系統(tǒng)。在轉換時，因為并網(wǎng)的光伏發(fā)電有很大的功率，所以在轉換之后，可以儲存電能[4]。在常規(guī)的太陽能裝置中，除了裝置外，還需在裝置內(nèi)加一個電池來存儲能量，因此，該技術的實施相對較為簡便和經(jīng)濟。而且，在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運行時，光轉換效率高，所以可以滿足更多的人，在更多的人居住的地方也可以得到更多的應用。但是，在實際應用中，必須與公網(wǎng)協(xié)同工作，很難在邊遠地區(qū)普及，只能在有公網(wǎng)、人口稠密的地方使用，其發(fā)電原理如圖3所示。

圖3 并網(wǎng)發(fā)電原理

4.3 光伏建筑集成化

在使用太陽能發(fā)電時，有一種將光伏與建筑一體化的技術，可以從以下兩個方面對該技術進行認識。一方面是光伏建筑一體化技術是當前太陽能發(fā)電領域的一項重要發(fā)展方向，在研究中，可以將光伏裝置置于對應的建筑物內(nèi)，通過裝置內(nèi)的網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)對使用者的供電，并在滿足使用者需求的前提下降低能耗。另一方面是在對光伏建筑一體化的研究中，需要在屋頂上安裝一塊電池，并且將普通的玻璃換成一塊具備光伏發(fā)電功能的玻璃，這種方法可以采集太陽能，并利用光電轉換-電力玻璃提供電力。但是，在采用這一方法的時候，由于這種玻璃的價格相對較高，導致這一技術很難得到大規(guī)模的推廣，所以，就有必要對這種玻璃進行研究，例如，用大面積的彩色玻璃來替代光伏發(fā)電玻璃，使其在具有發(fā)電能力的同時，還可以降低材料的成本，同時還可以在外形上保持一定的美觀，從而符合可持續(xù)發(fā)展的需要，并增加經(jīng)濟效益。

4.4 光伏LED 結合

LED 照明，是由半導體材料的發(fā)光二極管構成的一種固體照明方法，可以將電能和光能進行相互轉換。在實際應用中，以 LED 為基礎的半導體照明系統(tǒng)，可以降低能量損耗，減少對環(huán)境的污染，具有較長的使用壽命，方便維修和維護等優(yōu)點，因此近些年，已逐漸成為國內(nèi)的一大新興產(chǎn)業(yè)。而光電式LED 燈具產(chǎn)品，也就是在LED 燈具體系中，先利用光電變換技術，將太陽光轉換為電能，然后再將電能轉換為光能。光伏發(fā)電技術和LED 照明技術的應用，其實質是，無論光伏發(fā)電技術，或是LED照明技術，均采用了低能耗的直流電，而且二者有著互相匹配的作用。因此，在實際的使用過程中，無須采用變頻器即可完成直流與交流之間的轉換，這樣就能夠降低相關的投資和工作量，從而提升照明的品質和照明效率。此外，通過并網(wǎng)技術，可以實現(xiàn)電能的充放和儲存，所以，與其他發(fā)電技術相比，將光伏發(fā)電技術與 LED 照明系統(tǒng)相結合，有著更大的優(yōu)勢。

5 結語

作為一種新能源，太陽能具有豐富的可再生性，并具有廣泛的普遍性和均勻性，在其發(fā)電環(huán)節(jié)的合理利用，既可降低尾氣和廢棄物的排放，又可避免產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境污染問題。隨著新能源光伏發(fā)電技術的發(fā)展，其在電網(wǎng)中的應用越來越廣泛。通過拓展我國太陽能電池技術的研究范圍，促進光相關產(chǎn)業(yè)的一體化發(fā)展，推動新能源光伏發(fā)電技術的發(fā)展和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的升級和更新。