太陽能光伏發電技術及發展前景展望

周保衛

摘 要：隨著能源緊缺問題的不斷嚴重，全世界都在關注綠色能源的發展。近年來，隨著太陽能電池光伏單晶硅原材料成本的下降，太陽能光伏發電得以受到越來越多的重視。不僅能夠替代部分常規能源，而且在開始在世界能源消費中占據重要的位置，并將成為未來世界能源供應的主體。文章從國內太陽能光伏發電的發展現狀入手，對光伏發電的基本工作原理、優缺點及發電技術進行了分析，并進一步對太陽能光伏并網發電的前景進行了闡述。

關鍵詞：能源；太陽能光伏發電；并網發電；發展；前景

前言

隨著社會的不斷發展，人口、資源和經濟之間存在著越來越大的矛盾，這嚴重制約了世界和諧發展的步伐，所以為了更好地解決社會發展過程中能源短缺的問題，太陽能光伏技術的應用和開發為解決能源緊缺問題起到了非常重要的作用。目前在對太陽能利用上，主要還是取暖和發電這兩個方面，特別是在利用太陽能發電上，其可以完全取代水能和火能的技術，成為新型、綠色的發電技術，確保了能源的可持續利用和發展。

1 國內太陽能光伏發電的發展現狀

目前我國利用太陽能光伏發電項目已建成投產，而且國家也采取了相關的財政補助政策，這對于太陽能光伏發電的建設起到極為重要的作用，特別是2013年敦煌10MW光伏項目建設，這對于我國光電和大規模光伏電站的建設起到了極大的推動作用，而且隨著各項目的建設和投產，我國光伏發電的裝機總量將不斷增加，相信到2020年將能夠達到2000萬千瓦。

2 光伏發電的基本工作原理

光伏發電技術是充分的利用光生伏特效原理實現的，其通過太陽能電池來將太陽光轉化為電能。光伏發電技術可以獨立使用進行發電，也可以并網進行發電，其主要由太陽能電池板、控制器和逆變器等部分組成，其組成元器件都為電子元器件，因此發電設備不僅精煉，而且較為穩定，壽命較長，更易于安裝和維護。而且在任何電源場合中都可以利用光伏發電技術進行發電。在進行光伏發電時，其以太陽能電池為其最基本的元件，而且電池種類較多，目前以單晶和多晶用量最為常見，只有在一些小系統和計算器輔助電源中都會采用非晶電池。而光伏組件多是由一個或是多個太陽能電池片組成的太陽能電池板。

3 太陽能光伏發電的優缺點

太陽能光伏發電與常規的發電系統相比具有較為明顯的優點，由于其是利用太陽能來進行發電，不僅安全可靠，而且無污染，沒有噪音產生，同時太陽能資源也不會存在枯竭的危險。利用太陽能進行發電不用受到資源分布地域的限制，而且可以充分的利用建筑屋面，不需要消耗燃料，同時也不需要架設輸電線路，能源質量較高，而且易于建設，可以在較短時間內即可獲取到能源，使用者對太陽能光伏發電更易于接受。但利用太陽能光伏發電也有其自身的缺點，由于太陽能會受到四季變化及天氣等氣象條件的影響，而且由于太陽照射能源分布密度較小，所以利用太陽能進行發電時還需要占用較大的空間面積。

4 太陽能光伏發電技術

4.1 太陽光伏發電技術原理

太陽能電池是太陽能光伏企業的核心設備，光伏發電利用太陽能電池將光能直接轉換成電能。1839年Becquerel發現了光生伏打效應，為太陽能電池的產生奠定了基礎。太陽能電池芯片的PN結被光照射后，高能狀態下的電子吸收了光能，被激發成為自由電子，自由電子在晶體里移動，余下的空穴也圍繞晶體移動，自由電子在N結聚集，空穴在P結聚集，由此PN結間形成電勢差，從而可以作為電源使用。

4.2 太陽能電池

提高太陽能光伏發電技術的關鍵是提高太陽能電池的轉化率。太陽能電池主要分為硅基太陽、化合物半導體電池。

（1）硅基電池

電池和化學電池是目前商業化最成熟的太陽電池。硅基太陽電池分為晶體硅和非晶硅電池，晶體硅可分為多晶硅電池和單晶硅電池，單晶硅光伏電池雖然轉換效率高，穩定性好但是成本也比較高，多晶硅電池雖然轉換率低些，但是以其較高的性價比成為市場上最主要的光伏太陽能電池。晶硅光伏發電技術的發展的方向主要是硅薄膜光伏發電。硅薄膜太陽電池的是指將硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持襯底上制成的太陽能電池，相對傳統的晶硅太陽能電池而言，生產硅薄太陽能膜電池所需的硅材料少，成本低，能耗小但是生產工藝比較復雜。

（2）化合物半導體電池

半導體硅的價格比較貴，相對而言化合物半導體的成本就比較低了，化合物半導體電池主要有CdTe電池和CIGS電池。這些化合物半導的體能隙寬度可以方便的調節，從而與太陽光譜匹配，將更多的光能轉換為電能。理論上CdTe電池的光電轉換效率可達30%，而且性能穩定，原材料價格低廉。另外，金屬鎘Cd具有毒性，會嚴重的污染環境，根據有關研究結果，生產相同多的電量，CdTe與煤、石油和晶體硅電池相比，排放的鎘等重金屬的量是最低的。

4.3 太陽能光伏發電系統

（1）獨立光伏發電系統

利用太陽能光伏技術可以進行獨立發電，其不需要與電網相連，獨立運行光伏發電系統即可進行發電，這種獨立光伏發電系統通常會在邊遠地區及野外的電源中進行應用，由于其可以將白天生產出來的部分電能通過蓄電池儲存起來，而在晚上釋放出來供人們對電能的需求，所以對于一些沒有接入到電網中的居民也是十分好的選擇。但由于獨立光伏發電系統在日常應用中穩定性還較為欠缺，往往需要建立普通電站作為輔助，這不僅導致發電成本增加，而且與綠色能源的目的也不相符合。

（2）并網光伏發電系統

并網光伏發電系統是指將光伏發電設備與電網連接在一起的發電系統。太陽能光伏發電設備與其他類型的發電站一樣能為公共電網提供有功電能和無功電能。光伏電池在陽光照射下產生的是直流電，需要經過相關設備變換成與公共電網頻率相同的交流電，之后再以電流源、電流源等方式把電能送入電網，所以并網系統不需要蓄電池，系統運行成本低于獨立光伏發電系統。另外，并網光伏發電系統的轉換率比獨立光伏發電系統高很多，所以發電系統的供電比較穩定，是太陽能光伏發電產業的比較合理發展方向。

5 太陽能光伏并網發電的應用前景

目前在太陽能光伏并網發電的應用，通常是通過建立集中式大型并網光伏電站及一些分散式小型并網光伏系統來實現光網光伏發電，但由于大型并網電站的建設不僅周期較長，而且投資較大，并不是一朝一夕可以實現的目的，而利用光伏建筑一體化發電系統，不僅投資小，而且不需要占有多大的面積，建設周期較短，所以已成為當前光伏發電的主流趨勢。近年來，我國太陽能光伏發電行業得以快速的發展，無論是太陽能電池的產量還是太陽能光伏發電裝機容量都得以不斷增加，相信在不久的將來，太陽能光伏發電將取代常規的發電系統，成為能源的主體。

參考文獻

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