太陽能光伏發電技術應用研究與普及

蘆 浩

（廣東電網有限責任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

太陽能光伏發電技術應用研究與普及

蘆 浩

（廣東電網有限責任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

太陽能是一種干凈的可再生的新能源，越來越受到人們的重視與開發利用，太陽能光伏發電技術已經在各個領域中開始應用，并展現出了良好的發展前景。本文重點分析了太陽能光伏發電技術的原理、優勢以及具體應用。

太陽能光伏發電技術；原理；優勢；應用；普及

太陽能光伏發電技術作為一項新型技術，現已經成為各行各業重點開發與研究的技術之一。太陽能光伏發電技術在實際應用中體現出：清潔、環保、節能、健康等優勢，能夠有效提高能源利用效率，應該成為重點研究與開發的對象，未來的能源建設與發展必然少不了太陽能光伏發電技術的應用。

一、太陽能光伏發電的原理與優點分析

太陽能光伏發電原理最基本體現為：通過太陽能電池把來自于太陽的輻射光能變成電能，現代科技的持續發展使得太陽能發電技術成為最具潛能的一項技術。主要是發揮半導體的光伏發電光能，來自于太陽輻射出的光，聚集于太陽電池中，電池吸收這些光能，對應將其轉化為電能，具體過程為：光能中將出現“光生電子-空穴”，太陽能電池中存在電場，從而使得電子與空穴相互分開，對應于電池兩側出現了電荷，誕生了電壓。

太陽能光伏發電體現出一定的優勢，具體表現為：

1.高效、節能、清潔

不同于普通的電力系統發電，太陽能光伏發電主要是利用太陽光能，將光子變成電子，光能轉化為電能，這其中省略掉了一系列的能量轉化環節，電能轉化更為簡單，同普通發電對比起來，其效率高、簡單、便捷，同時又節能環保。

2.儲備豐富、分布范圍廣

太陽能是一種來自于大自然的能源，具有清潔、環保、可再生等特點，太陽光的廣泛分布為其開發與利用帶來了巨大便利，充分利用太陽光能就可以減少對其他常規能源的開發，從而減少對環境的污染與破壞。

太陽能光伏發電系統主要由以下幾部分構成：太陽電池組件，儲能蓄電池、充放電控制器、直交流逆變器等。其中太陽電池組件是最核心的部件，主要發揮著電能轉換作用。

二、太陽能光伏發電技術的應用與普及研究

太陽能光伏發電作為一項現代化新能源在我國得到了發展，目前也已經成為最具開發價值、最具利用價值的技術。所謂的太陽能光伏發電最基礎原理為：通過太陽電池把光能轉化成電能，達到發電的目的，當前該項技術已經運用到以下領域：

1.通信工程

太陽能光伏發電技術在通訊領域得到了深入而廣泛的應用，具體體現為：光纜通信工程、衛星通信工程、鐵通工程、水文探測工程等，這些通信工程項目的發展都依賴于太陽能光伏發電技術實現了飛躍式發展。

表1　太陽能溫度與利用

2.太陽能水泵

在太陽能光伏發電技術的支持下，水泵通常無須采用蓄電池發電，在光伏發電系統帶動下能夠推動水泵迅速運轉。一般將逆變器配置在光伏水泵站，第一步是電池板直流電、交流電之間的轉換，這樣水泵就能在交流電的支持下開始運轉。太陽能水泵實際使用的弱點體現在：初期投入大，然而，實際運行成本較低、無須過多的維護費用，易于長期使用，相對于小型號普通的水泵，其工作效率更高。太陽能水泵通常適合用在太陽能豐富、光能儲備較強的地域環境中。

3.光熱利用

其應用原理為：聚集太陽輻射，使其同某物接觸然后變成熱能，最終得以應用這部分熱能。現階段，主要的太陽能聚集設備為：平板集熱器、聚焦性收熱設備等。根據太陽光的溫度，能夠發揮不同的光熱作用，具體見表1。

4.太陽能發電

太陽能光伏發電技術主要體現為發電技術，其中太陽能的應用形式有多種，具體體現為：光能與熱能以及電能之間的轉換，具體圖示為：光→熱→電，來自于太陽所輻射的光能將變成熱能，從而用來發電，通過集熱設備來收集太陽光，使之變為熱能，并逐漸變成蒸汽，巨大的蒸汽作用力下，汽輪式發電機將運轉，發出電能。或者是光能與電能之間的直接轉換，也就是：光能→電能，該過程的具體原理為：發揮光生伏特的作用，讓太陽能在一瞬間變成電能。

5.動車組太陽光伏系統

高鐵建設事業的持續發展，太陽能光伏發電技術也應用其中，得益于MATLAB軟件系統的支持，動車組光伏系統得以發展，該系統的構造設計如圖1所示。

該系統主體構造為：光伏陣列、照明與空調系統、蓄電池、充電與放電控制器。其中光伏陣列主要配置在動車組上方，通常根據動車組頂面大小來設置電池組，決定電池組的型號與數量。

光伏電池電路模型，單個太陽能電池屬于基礎單元，構建起太陽能光伏陣列，實際電池組件構造應該參照現實的工程建設狀況，通過串聯電池、并聯電池等方式來從整體上構建太陽能電池組件。這其中主要形成了3大等效電路模型：

（1）不考慮電阻對電池的影響，簡單的等效模型。

（2）將并聯電阻納入考慮范圍，分析其對光伏電池輸出的不良作用。

（3）將并聯或串聯的電阻納入考慮范圍，分析其對光伏電池的各種作用，這一等效電路模型在現實的工程建設中最為實用，具體的電路模型如圖2所示。

觀察圖2可以看出，在光伏電路圖中，分別串聯與并聯了兩個電阻：Rs與Rsh。同時，同光伏電池相比，器件反應速度較快，具體的光伏電池電流用下列公式計算：

IL——光電流；

q——電子電荷；

T——絕對溫度；

I0——二極管反向飽和電流。

6.光伏建筑一體化

隨著太陽能技術的發展，太陽能光伏發電技術逐漸被應用到建筑工程中，逐漸形成了光伏建筑一體化模型。具體的應用原理為：將太陽能光伏發電系統安裝在建筑物的頂端，將其同建筑內部的電力線路連接起來，通過太陽光能與電能之間的轉化，來發揮對建筑室內用電的補償作用，當建筑電力系統出現故障問題，出現斷電時，可以啟動光伏發電系統，來持續供電，維持建筑物內部各個用電設備的持續運轉。經研究表明，這種光伏建筑一體化的模式未來會有更廣闊的發展，能夠同建筑幕墻有效配合，二者都能夠有效吸收太陽輻射能、光能等。現階段來看，光伏建筑一體化技術多數用于建筑頂端，其技術發展相對完善。

光伏建筑一體化技術實際應用還處于初始階段，需要大量的成本投資，然而，其發展前景廣闊、對于建筑物用電系統的完善與發展有著不可替代的作用。

7.太陽能光伏發電技術的普及前景

太陽能作為一種新能源，將其應用于現代化各行業中能夠發揮多方面的優勢作用。隨著環保節能事業的建設與發展，越來越多的行業、領域將逐漸開發并利用太陽能能源，建設太陽能光伏發電系統，發揮其優勢作用，一方面達到節能環保的目標，另一方面也減少對傳統能源資源的攫取。

未來的太陽能光伏發電技術會同其他技術有效配合，發揮二者的優勢，達到雙方的優勢互補，滿足各行各業經營發展的需要。

結語

作為一種現代化的新能源，太陽能得到了開發和利用，太陽能光伏發電技術已經在通信、發電、運輸等行業得到了有效應用，發揮了其優勢功能，未來的太陽能光伏發電技術勢必會得到更大的發展。

［1］中國能源研究會.關于中國能源戰略及“十二五”能源規劃的建議［J］.山西能源與節能，2010（6）：15-18.

［2］中國可再生能源協會.中國新能源與可再生能源年鑒（2010）［M］.廣州：中國科學院廣州能源研究所，2010.

［3］趙爭鳴，劉建政，孫曉英，等.太陽能光伏發電及其應用［M］.北京：科學出版社，2014.

［4］劉飛，段善旭，等.光伏并網發電系統若干技術問題的研究［J］.太陽能，2006（4）：34-37.

TM615

A