太陽能光伏發電技術及其應用

韓慶山

中電投西藏分公司 西藏自治區拉薩市 850000

摘要：文章首先簡述了太陽電池的基本原理和光伏發電的主要優勢，然后分析了太陽能光伏發電技術，最后重點探討了光伏發電系統的應用。

關鍵詞：太陽能；光伏發電技術；清潔能源；光伏發電系統

一、前言

隨著科學技術的不斷發展和經濟水平不斷提高，能源資源逐漸減少并受到污染，太陽能作為一種清潔無污染的可再生能源，可以被持續利用，因此具有廣闊的應用前景，本文就太陽能光伏發電技術及其應用進行了探討。

二、太陽電池的基本原理和光伏發電的主要優勢

1、太陽電池的基本原理

太陽能光伏發電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉換為電能的發電方式，而且隨著技術的不斷進步，光伏發電有可能成為最具發展前景的發電技術之一。太陽電池的基本原理為半導體的光伏效應。當太陽光（或其他光）照射到太陽電池上時，電池吸收光能，產生“光生電子-空穴”對。在電池內電場作用下，光生電子和空穴被分離，從而在電池兩端積累起異號電荷，即產生電壓。

2、光伏發電的主要優勢

發電原理具有先進性：即直接從光子轉換到電子，沒有中間過程（如熱能-機械能、機械能-電磁能轉換等）和機械運動，發電形式極為簡捷。與傳統的發電技術相比不僅高效、便捷，還具有清潔、環保的特點；太陽能資源的無限和分布特性：我們都知道，太陽能源是一種可再生的資源，它會隨著新一天的到來而重新產生，因此我們可以說太陽能資源是無限的。同時，由于陽光照射的廣泛性，世界的各個國家以及地區都會受到太陽的照耀，而唯一不同的就是陽光照射的時間以及強度的不同，因此，太陽能資源分布廣泛，不會因為地區、氣候等自然資源的限制而阻礙太陽能資源的產生和攝取。

3、光伏發電系統的組成及各部分功能

（一）、太陽電池組件及方陣

太陽電池是光伏發電系統的核心。太陽電池單體是光電轉換的最小單元，尺寸一般為4～200cm2不等。太陽電池單體的工作電壓約為0.5V，工作電流約為20～25mA，一般不能單獨作為電源使用。將太陽電池單體進行串并聯且封裝后，就成為太陽電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。

（二）、儲能蓄電池

儲能蓄電池可以說是太陽能光伏發電的重要組成部分，同時在發電的過程之中也發揮著重要的作用。因為儲能蓄電池可以儲備有太陽能轉化的電能，從而為生產、生活提供能源資源，以保持其不停的運作，做到高效率、低污染。

（三）、充放電控制器

蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，在運作的過程之中受充放電的影響是非常大的，因為如果沒有很好地處理這一問題的話，不僅會縮短電池的使用壽命，還會影響到太陽能光伏發電的效果，所以為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統來防止蓄電池的過充電和過放電，稱為充放電控制器。

（四）、直流-交流逆變器

眾所周知，整流器的功能是將50Hz的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉換為交流電。這種對應于整流的逆過程稱為“逆變”。太陽電池在陽光照射下產生直流電，然而以直流電形式供電的系統有很大的局限性。

三、太陽能光伏發電技術

1、太陽能電池技術

太陽能電池是太陽能光伏發電系統的核心部件，它通過將太陽能的輻射光轉換為直流電電能。電池單元是光電轉換的基本單元，通常不獨立作為電源，對此，一般通過串聯以及并聯的方式將太陽能電池單元封裝起來，從而建立太陽能電池組件，其功率可以達到幾百瓦。若干太陽能電池組件按照需求進行串、并聯之后可以組建成為太陽能電池陣列，而這種大規模的組件應用需要解決兩方面的問題，即提高光電的轉換效率和降低總體成本。第一代以硅片作為基礎材料的光伏電池，其技術雖然發展已經較為成熟，但是生產成本一直較高。而第二代基于薄膜技術的光伏電池，通過將非常薄的光電材料鋪在非硅材料的襯底上，大幅降低了半導體材料的消耗，同時更加容易進行批量生產，大大降低了光伏電池的生產成本。目前，國內、外已經有廠家開發出具有較高效率和較長使用壽命的薄膜電池。同時，還有一些新概念、新結構的太陽能電池，通過減少非光能的消耗，增加光子的利用率并降低電池的內部電阻，從而使太陽能電池在轉換效率的提升方面有了一定的空間。

2、光伏陣列最大功率點跟蹤技術

光伏陣列的輸出具有非線性特性，同時，太陽能的輻射強度以及環境溫度等多方面的因素都會對光伏陣列的輸出產生一定的影響。當太陽能輻射強度及環境溫度一定時，光伏陣列可以在不同的輸出電壓下工作，當輸出電壓值處于某一具體值時，光伏陣列的輸出功率會出現最大值，此時光伏陣列的工作點被稱為最大功率點。

當光伏陣列的工作電壓大于最大功率點電壓時，光伏陣列的輸出功率會隨著太陽能電池輸出電壓的增加而不斷變小；而當光伏陣列的工作電壓小于最大功率點的電壓時，光伏陣列的輸出功率會隨著太陽能輸出電壓的增加而不斷增大。在太陽能光伏發電系統中，為了提高系統的整體光電轉換效率，可以根據實際情況對光伏陣列的工作點進行實時調整，從而使其始終保持在最大功率點附近進行工作，該過程被稱為最大功率點跟蹤。

四、光伏發電系統的應用

1、通信和工業應用

主要有微波中繼站、光纜通信系統、衛星通信和衛星電視接收系統、農村程控電話系統、部隊通信系統、鐵路和公路信號系統、燈塔和航標燈電源、氣象和地震臺站、水文觀測系統、水閘陰極保護和石油管道陰極保護等。

2、農村和邊遠地區應用

我們都知道，農村的發展不同于城市的發展，它的發展速度遠遠低于城市的發展速度，尤其是在電力資源的發展上。在城市，居民的用電可以隨時隨地的得到保證，但是在農村由于交通以及經濟發展的水平等因素的限制，使得電力等發展資源得不到保障。在這樣的發展情況之下，太陽能光伏發電就可以很好地解決這一難題，因為農村多為空曠的陸地，對于太陽能資源的收集有很大的優勢，所以太陽能光伏發電技術在農村得到了很大的發展與應用，且主要由獨立光伏電站、小型風光互補發電系統、太陽能照明燈、太陽能水泵等組成。

3、太陽能商品

主要有太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能噴泉、太陽能城市景觀、太陽能信號標識、太陽能廣告燈箱、太陽能電動汽車、太陽能游艇、太陽能鐘、太陽能帽、太陽能手表、太陽能玩具等。

4、光伏建筑一體化（BIPV）

BIPV指的是光伏建筑一體化。BIPV模式這種新能源利用方式，能將太陽能光伏發電與建筑相結合，利用了建筑屋頂的閑置空間，組裝太陽能光伏發電模塊，滿足或者補充電力需求。科技成果顯示，這種BIPV模式日后將與建筑物幕墻相結合，以獲得更多的陽光和電力，但目前的BIPV主要以樓頂為主，應用技術較為成熟。

5、大型荒漠光伏電站

沙漠是一望無際的，在沙漠里人們無法進行耕種，但是面對一望無際的沙漠，人們如若不進行一些活動，就會造成資源的浪費。所以通過科學家的研究與調查后發現沙漠里的太陽資源是相當的充足的，所以荒漠之中建立光伏發電站是非常的明智與正確。同時還可以為荒漠地區的發展，提供就業機會以及經濟發展的機會。

6、光伏發電未來應用前景

隨著科學技術的不斷發展，經濟技術也隨著時間的推移不斷發展，在這樣的情況之下，人們的生活水平以及生活質量都得到了顯著的提高，人們在物質生活得到滿足之后，也逐漸向精神生活方向轉移。

五、結束語

綜上所述，太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，在未來會得到越來越廣泛的應用，因此，我們要大力發展太陽能光伏發電技術，加大新能源的研究，實現對能源的最大化利用。

參考文獻：

[1]安文韜，劉彥豐.太陽能光伏光熱建筑一體化系統的研究[J].應用能源技術，2013

[2]陳諾夫，白一鳴.聚光光伏系統[J].物理，2013

[3]國網能源研究所.2011中國新能源發電分析報告[M].北京：中國電力出版社，2012