太陽(yáng)能光伏發(fā)電及相關(guān)技術(shù)研究

劉向前

（中廣核晉中市太陽(yáng)能有限公司，山西 晉中 030600）

工業(yè)革命的開(kāi)展大大促進(jìn)了能源的使用，但同時(shí)也消耗了很多化石能源。當(dāng)下，隨著全球化的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)在日常生產(chǎn)中需要使用較多化石能源，如果大規(guī)模地使用化石資源，很容易給環(huán)境帶來(lái)不良影響，還會(huì)阻礙社會(huì)的發(fā)展和前進(jìn)，故相關(guān)部門(mén)要充分重視環(huán)境的保護(hù)。隨著低碳環(huán)保目標(biāo)的推廣，工業(yè)企業(yè)逐漸使用清潔能源，其中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)也是關(guān)鍵性技術(shù)。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.1 電能供應(yīng)比較穩(wěn)定

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)使用的是太陽(yáng)能資源，以往的太陽(yáng)能要加熱太陽(yáng)能，人類在早期發(fā)現(xiàn)了光生伏打效應(yīng)，受到技術(shù)和生產(chǎn)能力等限制，20 世紀(jì)50 年代才生產(chǎn)出單品硅光伏電池。這些技術(shù)迅速引起了世界各地的關(guān)注，可是電池的生產(chǎn)成本很高，故并未得到大面積的推廣。21 世紀(jì)，光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展越來(lái)越好，與之相關(guān)的材料和設(shè)備成本變低，這有助于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的有效運(yùn)用。當(dāng)下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用很普遍。太陽(yáng)能光伏發(fā)電電廠給各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市提供電能電力。在政府部門(mén)的推廣下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)給更多用戶帶來(lái)了穩(wěn)定的電能資源。

1.2 儲(chǔ)量豐富，清潔干凈

太陽(yáng)能資源屬于一種清潔性能源，這類能源的總量豐富；與以往的化石能源燃燒發(fā)電技術(shù)相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)不容易破壞生態(tài)環(huán)境，能源過(guò)度開(kāi)采與使用現(xiàn)象有所緩解。就太陽(yáng)能資源的分布情況來(lái)看，我國(guó)擁有很廣的地域面積，西部高原地帶擁有豐富的太陽(yáng)能資源，人口密度比較低，這給光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了充分的條件，一些地區(qū)的太陽(yáng)能輻射量高于每平方米每小時(shí)4 千瓦，西北部分地區(qū)的輻射量高于每平方米每小時(shí)7 千瓦。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用

2.1 混合發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能光伏混合發(fā)電系統(tǒng)要合理地使用太陽(yáng)能與風(fēng)力資源，把不同類型的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)混合發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定和順暢。我國(guó)西北地區(qū)地勢(shì)高，太陽(yáng)能資源很豐富，風(fēng)力資源也很豐富，風(fēng)力資源和太陽(yáng)能資源的結(jié)合可以優(yōu)化光伏發(fā)電的不足之處。比如，青藏高原冬季太陽(yáng)能資源少，風(fēng)力比較強(qiáng)，這時(shí)光伏發(fā)電技術(shù)難以確保電能的有效供應(yīng)。但是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的配合就能夠更好地緩解冬季光伏發(fā)電不夠的現(xiàn)象，提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，提高電源的質(zhì)量和效率。

2.2 聚光光伏技術(shù)

聚光光伏技術(shù)能夠提高太陽(yáng)能資源的使用效率，使用聚光板和鏡面等，把太陽(yáng)光線匯聚在聚光電池上，有效地提高太陽(yáng)光線的強(qiáng)度，進(jìn)而大大優(yōu)化太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率。該技術(shù)的使用有利于光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的提高，不僅提高了太陽(yáng)光線的強(qiáng)度，還降低了光伏發(fā)電的成本費(fèi)用。相關(guān)部門(mén)利用聚光器提高太陽(yáng)能強(qiáng)度的時(shí)候，需要注意到光伏發(fā)電系統(tǒng)可以進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換，光熱就可以較好地進(jìn)入電能生產(chǎn)中，提高光伏發(fā)電效率。

2.3 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)聯(lián)系起來(lái)，借助公共電網(wǎng)的力量，可以給社會(huì)提供穩(wěn)定的電能資源。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)需要相關(guān)部門(mén)使用電網(wǎng)資源，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能儲(chǔ)備和運(yùn)輸?shù)?。光伏發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)的時(shí)候無(wú)須安裝太陽(yáng)能蓄電池，可以直接給市場(chǎng)帶來(lái)電能資源，光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行與管理成本比單獨(dú)的運(yùn)行成本更低。在公共電網(wǎng)的幫助下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電更加穩(wěn)定和高效。這一方法和單獨(dú)的光伏發(fā)電系統(tǒng)相比有著較高的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率，故光伏發(fā)電技術(shù)在推廣和使用的時(shí)候，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較好的運(yùn)用前景。

2.4 單獨(dú)的光伏發(fā)電系統(tǒng)

單獨(dú)的光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常建設(shè)在較遠(yuǎn)地帶，這些地方缺少電能資源，這可以作為移動(dòng)電源，比如，邊疆哨崗、山區(qū)和農(nóng)村等。單獨(dú)的光伏發(fā)電系統(tǒng)要合理地使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，白天聚集發(fā)電，然后把電能保存在太陽(yáng)能蓄電池中。因?yàn)橹苓呑匀画h(huán)境不穩(wěn)定，供電也不穩(wěn)定。可是電網(wǎng)難以覆蓋的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠達(dá)到所在地區(qū)居民的用電需要。

2.5 光伏建筑一體化

近年來(lái)，我國(guó)建筑事業(yè)發(fā)展越來(lái)越好，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在使用的時(shí)候可以適當(dāng)?shù)夭扇」夥ㄖ惑w化設(shè)計(jì)。建筑事業(yè)和光伏發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑物中很普遍。首先，光伏發(fā)電技術(shù)的使用將更好地節(jié)約建筑物的維護(hù)費(fèi)用。比如，一些建筑物通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)能夠節(jié)約較多經(jīng)費(fèi)；其次，光伏建筑一體化能夠合理地使用城市周邊的的太陽(yáng)能資源，提高建筑物的光電效應(yīng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際使用的時(shí)候要使用以下方式，做好光伏建筑的設(shè)計(jì)工作。

首先，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)和建筑一體化，這樣可以把以往的玻璃幕墻換成光伏電池板，把光伏電池板當(dāng)作建材來(lái)用，進(jìn)而更好地吸收和使用太陽(yáng)能資源，為建筑物提供充分的電能資源，控制好建筑物的電費(fèi)，大大降低光伏發(fā)電成本。

其次，建筑工程企業(yè)的頂部平面光伏系統(tǒng)要保持電網(wǎng)的聯(lián)通，這樣能夠更好地建設(shè)聯(lián)網(wǎng)的光伏供電系統(tǒng)，建筑物頂部使用有顏色的光伏配件，用來(lái)裝飾建筑物，這樣不僅可以起到發(fā)電作用，還可以使建筑物更加美觀。

3 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況

3.1 國(guó)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況

（1）引起各國(guó)的高度重視。太陽(yáng)能電池在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和演化中形成了越來(lái)越多的類型和規(guī)格，國(guó)際社會(huì)很關(guān)注環(huán)境保護(hù)工作，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)空間。近年來(lái)，國(guó)際社會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池的需求不斷增加，以往的光伏發(fā)電技助力于不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。比如，美國(guó)的“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，在建筑物頂部或其他位置安裝光伏設(shè)備，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能資源的有效使用，之后進(jìn)一步延長(zhǎng)太陽(yáng)能減稅優(yōu)惠政策，使太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)得到更好的使用。

（2）太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展較慢。當(dāng)下，雖然太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)受到了社會(huì)各界的支持，但是太陽(yáng)能光伏發(fā)電量占全球發(fā)電量的比例較小，這項(xiàng)技術(shù)推行了一段時(shí)間。結(jié)合大數(shù)據(jù)，2040 年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的占比將會(huì)增加。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這也是社會(huì)主要的用電方式。

3.2 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況

（1）太陽(yáng)能資源總量較大。從太陽(yáng)能資源分布的角度來(lái)看，我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，大部分太陽(yáng)能資源存儲(chǔ)在人口較少的西北地區(qū)，所以西北地區(qū)具有建設(shè)光伏發(fā)電廠的條件。就太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的使用來(lái)說(shuō)，20 世紀(jì)70 年代，我國(guó)就開(kāi)始使用東方紅2 號(hào)衛(wèi)星來(lái)為太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力。

（2）太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的認(rèn)可度更高。近年來(lái)，我國(guó)大力開(kāi)展改革開(kāi)放和建設(shè)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作持續(xù)開(kāi)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為重點(diǎn)研究技術(shù)。隨著送電下鄉(xiāng)政策的推廣，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)得到了更多企業(yè)的認(rèn)可。光伏發(fā)電技術(shù)具有清潔和可再生等優(yōu)點(diǎn)，這與我國(guó)生態(tài)可持續(xù)建設(shè)的理念一致。

（3）太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展較快。當(dāng)下，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)發(fā)展較好，通過(guò)一些研究數(shù)據(jù)，2021 年，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)總量就達(dá)到了全球之首，分布式光伏發(fā)電總量為1.075×109千瓦，新增的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)增加了2.9×107千瓦。2020 年市場(chǎng)光伏電量大于1×108千瓦，2021 年光伏電量大于2×108千瓦。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈處于世界前列，全球前十的光伏硅晶制造企業(yè)中絕大部分是我國(guó)的，光伏產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)與完整度也比其他國(guó)家更好。

4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)未來(lái)發(fā)展情況

4.1 合理地控制光伏材料成本

當(dāng)下，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)越來(lái)越成熟，影響這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的有多方面原因，首先，光伏材料的成本比較高。高轉(zhuǎn)換率的光伏單晶硅電池板成本不低；另外，低轉(zhuǎn)換率的光伏單晶硅電池板難以達(dá)到市場(chǎng)的發(fā)展需要。結(jié)合光伏材料的光電轉(zhuǎn)換率可以知道，光電轉(zhuǎn)換效率越高，光伏電池板的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性更好。相關(guān)研究人員反復(fù)計(jì)算和思考，如果將光電轉(zhuǎn)換效率控制在63.2%之內(nèi)，按就有利于光伏發(fā)電取代之前的化石能源?？墒枪夥l(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，大部分光伏單晶硅電池板的轉(zhuǎn)換率是10%～15%，它的轉(zhuǎn)換率比市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)更低。一些技術(shù)能力較高的生產(chǎn)企業(yè)能夠提升光伏轉(zhuǎn)換率，可是受到高生產(chǎn)成本的影響，難以實(shí)現(xiàn)有效的市場(chǎng)化。比如，日本三洋電機(jī)把硅與鍺運(yùn)用在太陽(yáng)能電池中，光電轉(zhuǎn)化效率提高到22%，可是太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率與成本還是與市場(chǎng)需求不一致；德國(guó)把稀土元素鉺運(yùn)用在太陽(yáng)能電池中，光電轉(zhuǎn)換率提高到23%以上，可是還是存在市場(chǎng)化普及度不高等情況。當(dāng)下，太陽(yáng)能電池中使用的硅材料需要耗費(fèi)較多成本，生產(chǎn)周期也很長(zhǎng)，這就導(dǎo)致太陽(yáng)能電池在市場(chǎng)化過(guò)程中要面臨一些阻礙。今后，太陽(yáng)能光伏技術(shù)在發(fā)展的時(shí)候，要充分降低材料的生產(chǎn)成本，這將作為光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。

4.2 光伏發(fā)電站建設(shè)的全面推動(dòng)

目前，我國(guó)光伏發(fā)電業(yè)發(fā)展越來(lái)越好，這是由于太陽(yáng)能主要集中在人口少的地區(qū)，這些地方能夠建設(shè)大規(guī)模的地面光伏發(fā)電站，從而更好地滿足光伏發(fā)電站的市場(chǎng)化需要。其中，由于光伏發(fā)電站的建設(shè)要征集大量土地資源，這就容易影響光伏電站的全面建設(shè)。所以，研究人員研發(fā)了農(nóng)光互補(bǔ)、林光互補(bǔ)等發(fā)電站，它只需要建設(shè)小型光伏發(fā)電站，進(jìn)而減少對(duì)土地資源的過(guò)度依賴。可是，這類光伏發(fā)電站維護(hù)起來(lái)比較困難，大部分居民沒(méi)有維護(hù)光伏發(fā)電站的能力，光伏發(fā)電站在推廣的時(shí)候容易遭遇關(guān)于技術(shù)、環(huán)境和政策等方面的問(wèn)題。所以相關(guān)部門(mén)對(duì)于地面光伏發(fā)電區(qū)域的規(guī)劃還不夠熟悉，仍然存在不合理或不深入等現(xiàn)象。交通不便的西北地區(qū)的高海拔地帶未得到合理使用，因?yàn)榕涮谆A(chǔ)設(shè)施存在問(wèn)題，他們沒(méi)有把地面光伏發(fā)電站引入西北地區(qū)的光伏電站建設(shè)方案中。

綜上所述，我國(guó)光伏發(fā)電站在建設(shè)的時(shí)候沒(méi)有合理地使用太陽(yáng)能資源，很多大型地面發(fā)電站未建設(shè)在太陽(yáng)能充足和人口稀少的地區(qū)。其中，分布式小型光伏發(fā)電站的市場(chǎng)化運(yùn)行模式有待優(yōu)化，今后，研究人員要重點(diǎn)解決這些不足之處，做好光伏發(fā)電站的建設(shè)和推廣工作?？偟膩?lái)看，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的前景良好，不管是土地資源的使用還是分布式光伏電站技術(shù)的使用，它們都有著更加廣闊的發(fā)展空間，光伏發(fā)電技術(shù)的使用也有著較好的資源。

5 結(jié)語(yǔ)

資源是人類社會(huì)賴以存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)下，我國(guó)要面臨環(huán)境和資源的破壞等問(wèn)題，清潔可再生資源日益成為全球關(guān)注的重要話題。太陽(yáng)能資源具有清潔和可再生等特點(diǎn)，不管是國(guó)內(nèi)或是國(guó)外都很受歡迎。當(dāng)下，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)取得了較好的成效，但是還存在較大的發(fā)展空間。相關(guān)部門(mén)在建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的時(shí)候要合理地使用有利條件，改善當(dāng)前技術(shù)，進(jìn)一步研究光電轉(zhuǎn)換效率、光伏材料成本和光伏電站等，提高太陽(yáng)能資源的轉(zhuǎn)化效率，從而更好地取代以往的化石能源，為社會(huì)發(fā)展提供相應(yīng)的新能源動(dòng)力。