太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用探討

鐘玲玲　賴(lài)國(guó)勝

【摘 要】本文論述了太陽(yáng)能的技術(shù)及應(yīng)用，介紹了太陽(yáng)能的發(fā)電原理，綜合光伏發(fā)電現(xiàn)有的應(yīng)用詳盡的列舉了現(xiàn)有的光伏發(fā)電應(yīng)用在闡述各種發(fā)電技術(shù)的理論與優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的前景做了探討。同時(shí)，也簡(jiǎn)要地介紹了我國(guó)在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)上的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了我國(guó)大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的有利條件和自然空間。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電技術(shù)；光伏應(yīng)用；建筑一體化；太陽(yáng)能照明

一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

環(huán)境污染嚴(yán)重太陽(yáng)能屬于綠色能源，但是太陽(yáng)能的上游組件以及硅原料加工卻能產(chǎn)生很?chē)?yán)重的污染。許多歐洲國(guó)家都無(wú)力承擔(dān)太陽(yáng)能制造引起的消極影響，因此，中國(guó)才會(huì)成為世界太陽(yáng)能的制造中心.隨著我國(guó)出臺(tái)了一系列光伏補(bǔ)貼政策，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將逐漸被打開(kāi)，光伏企業(yè)有望擺脫生產(chǎn)過(guò)剩的現(xiàn)狀。國(guó)家已經(jīng)明確提出鼓勵(lì)在中東部地區(qū)建設(shè)和建筑相結(jié)合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所以分布式光伏發(fā)電和建筑光伏一體化將是我國(guó)未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。

二、太陽(yáng)電池的基本原理

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的一種重要形式，是采用太陽(yáng)電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，而且隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電有可能成為最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。太陽(yáng)電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光（或其它光）照射到太陽(yáng)電池上時(shí)，電池吸收光能，產(chǎn)生“光生電子―空穴”對(duì)。在電池內(nèi)電場(chǎng)作用下，光生電子和空穴被分離，從而在電池兩端積累起異號(hào)電荷，即產(chǎn)生電壓.

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

中國(guó)是光伏產(chǎn)業(yè)大國(guó)，中國(guó)光伏企業(yè)生產(chǎn)的太陽(yáng)電池占據(jù)全球市場(chǎng)份額50%以上。但國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)電池約98%出口，銷(xiāo)往國(guó)內(nèi)市場(chǎng)僅占很小一部分。國(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用還處在初步階段，目前主要有通信和工業(yè)應(yīng)用、農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用、太陽(yáng)能商品、光伏建筑一體化、大型荒漠光伏電站等。今后，按照可再生能源發(fā)展規(guī)劃，將逐步擴(kuò)大光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量。

（一）通信和工業(yè)應(yīng)用

主要有微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話(huà)系統(tǒng)、部隊(duì)通信系統(tǒng)、鐵路和公路信號(hào)系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、氣象和地震臺(tái)站、水文觀測(cè)系統(tǒng)、水閘陰極保護(hù)和石油管道陰極保護(hù)等。

（二）農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用

主要有獨(dú)立光伏電站（村莊供電系統(tǒng)）、小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能照明燈、太陽(yáng)能水泵、農(nóng)村社團(tuán)。

（三）太陽(yáng)能水泵

太陽(yáng)能水泵一般不需要蓄電池，而由太陽(yáng)能電池板直接帶動(dòng)水泵工作。大型光伏水泵站通常備有逆變器，首先將太陽(yáng)能電池板的直流電變?yōu)榻涣麟?，然后用交流電機(jī)帶動(dòng)水泵工作，這樣可以與常規(guī)供電互補(bǔ)。雖然太陽(yáng)能光伏水泵系統(tǒng)一次性投資較高，但它的運(yùn)行費(fèi)用低、維修少，使用壽命比較長(zhǎng)，通常來(lái)說(shuō)比小型柴油機(jī)抽水更合算。特別是對(duì)于太陽(yáng)輻射強(qiáng)的干旱地區(qū)，發(fā)展光伏水泵具有良好的前景。

（四）太陽(yáng)能商品

主要有太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能?chē)娙?、太?yáng)能城市景觀、太陽(yáng)能信號(hào)標(biāo)識(shí)、太陽(yáng)能廣告燈箱、太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能游艇、太陽(yáng)能鐘、太陽(yáng)能帽、太陽(yáng)能手表、太陽(yáng)能玩具等。

（五）光伏建筑一體化（BIPV）

BIPV即BuildingIntegratedPhotovoltaic，指的是光伏建筑一體化。BIPV模式這種新能源利用方式，能將太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合，利用了建筑屋頂?shù)拈e置空間，組裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電模塊，滿(mǎn)足或者補(bǔ)充電力需求?？萍汲晒@示，這種BIPV模式日后將與建筑物幕墻相結(jié)合，以獲得更多的陽(yáng)光和電力，但目前的BIPV主要以樓頂為主，應(yīng)用技術(shù)較為成熟。BIPV在建設(shè)初期成本較高，隨著我國(guó)財(cái)政對(duì)BIPV項(xiàng)目的大力支持，我國(guó)將大幅擴(kuò)大BIPV技術(shù)的應(yīng)用。

（六）太陽(yáng)能照明系統(tǒng)

“光環(huán)境”是指光與顏色建立的生理和心理環(huán)境，它對(duì)人的精神狀態(tài)和心理感受具有積極影響。“綠色照明”是指“節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)效率、改善質(zhì)量、有益身心”的照明光環(huán)境，太陽(yáng)能照明即屬于綠色照明。建筑領(lǐng)域的太陽(yáng)能燈主要有路燈、草坪燈、庭園燈、樓道燈等。太陽(yáng)能燈的控制器除了要具備一般光伏系統(tǒng)的防反充、防過(guò)充和過(guò)放、防短路和反接等功能以外，還要具有自動(dòng)開(kāi)關(guān)照明燈的功能。

（七）大型荒漠光伏電站

氣象資料顯示，中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，主要集中在西北地區(qū)。太陽(yáng)能資源極豐富帶的地區(qū)包括西藏大部、新疆南部以及青海、甘肅和內(nèi)蒙古的西部。這些地區(qū)的年太陽(yáng)照量超過(guò)1750kWh/（m2.a），而且月際最大與最小可利用日數(shù)的比值較小，年變化較穩(wěn)定，是太陽(yáng)能資源利用條件最佳的地區(qū)。這些地區(qū)大部分為荒漠，很適合利用起來(lái)建設(shè)大型荒漠光伏電站。

（八）光伏貯能系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用思路

光伏貯能系統(tǒng)系用太陽(yáng)光進(jìn)行發(fā)電，用蓄電池貯存起來(lái)，具有光電互補(bǔ)性。這是光伏貯能系統(tǒng)的特點(diǎn)。目前電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源主要是采用蓄電池作為動(dòng)力，但當(dāng)蓄電池放完電后，需要利用市電對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，特別是當(dāng)蓄電池到使用壽命后期，電池的容量減少，續(xù)行里程會(huì)大大縮短，加之充電條件的限制，制約了其發(fā)展。在冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，電池的實(shí)際放電容量較低，同樣會(huì)影響續(xù)行里程。在白天太陽(yáng)光充足時(shí)，利用太陽(yáng)能板的發(fā)電能量給電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力，同時(shí)將多余的電能用蓄電池貯存起來(lái)。當(dāng)光線較弱時(shí)或沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，利用蓄電池貯存的能量為汽車(chē)提供動(dòng)力，保證汽車(chē)的正常行駛，延長(zhǎng)電池的續(xù)行里程。光伏貯能系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)可以根據(jù)汽車(chē)所需動(dòng)力負(fù)荷及太陽(yáng)資源情況進(jìn)行合理配置，通過(guò)太陽(yáng)能與電能互補(bǔ)，既可提高電池動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性，又可降低電動(dòng)汽車(chē)的使用成本。

（九）太陽(yáng)能光伏技術(shù)在水利應(yīng)用現(xiàn)狀

太陽(yáng)能提水泵站已在我國(guó)西藏、新疆、甘肅、青海、寧夏、海南、內(nèi)蒙古、河南等省份推廣應(yīng)用，其中農(nóng)村飲水工程太陽(yáng)能提水泵站已成功運(yùn)行。根據(jù)其他省份的研究成果，結(jié)合廣西實(shí)際情況，廣西年日照小時(shí)數(shù)1063-2263h，桂南沿海和桂東南在2000h以上，桂北則在1400h左右；年太陽(yáng)輻射總量為90-110kcal/cm2，即年均太陽(yáng)能輻射總量4190-5016MJ/m2·a。從出水量指標(biāo)看，推廣光伏提水技術(shù)可行。

四、光伏發(fā)電未來(lái)應(yīng)用前景

《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》確定的光伏發(fā)電裝機(jī)目標(biāo)為：到2015年達(dá)1000萬(wàn)kW，到2020年達(dá)5000萬(wàn)kW。中國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大.隨著我國(guó)出臺(tái)了一系列光伏補(bǔ)貼政策，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將逐漸被打開(kāi)，光伏企業(yè)有望擺脫生產(chǎn)過(guò)剩的現(xiàn)狀。國(guó)家已經(jīng)明確提出鼓勵(lì)在中東部地區(qū)建設(shè)和建筑相結(jié)合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所以分布式光伏發(fā)電和建筑光伏一體化將是我國(guó)未來(lái)光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。由此，光伏產(chǎn)業(yè)可能從高端市場(chǎng)向下游市場(chǎng)延伸，專(zhuān)業(yè)從事諸如太陽(yáng)能照明或者屋頂太陽(yáng)能的企業(yè)可能得到大力發(fā)展，光伏企業(yè)需要更加重視相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究，比如光伏并網(wǎng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量管理，對(duì)系統(tǒng)的顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控等，同時(shí)也應(yīng)該提供安裝維護(hù)等增值服務(wù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種綠色能源，近年來(lái)隨著太陽(yáng)能電池板單晶硅原材料成本的大幅下降，光伏行業(yè)被越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)。太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。

【參考文獻(xiàn)】

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