太陽能光伏發電分析研究及開發應用

蘇嘉成

摘 要：社會經濟的發展以及科學技術的創新，都離不開能源基礎。現階段，能源危機日趨嚴峻，需要積極開發利用可再生能源，而太陽能光伏發電是最為理想的可再生能源利用技術。我國已經充分重視太陽能光伏發電，且采取了一系列的發展措施。該文簡要分析了太陽能光伏發電及開發應用，希望能夠提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：太陽能資源 光伏發電 開發應用

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（b）-0048-02

新時期，全球范圍內的石化能源日趨短缺，生態環境惡化問題嚴重，人類迫切需要尋求可再生清潔能源。太陽能資源因為具有較大儲量，安全、清潔程度較高等優勢，受到了人們的青睞。現階段，一般采取熱發電及光伏發電兩種太陽能發電方式。具體來講，太陽能光伏發電可以用電能來直接轉化太陽光能，不需要燃料資源，也不會產生污染問題，同時具有一系列優勢，如維護難度較小、建設周期較短、不會產生噪聲以及能量獲取容易等。因此，近些年來，光伏發電得到了快速發展。

1 太陽能光伏發電技術

具體來講，光伏電池板、控制器、電能儲存變換環節等構成了太陽能光伏發電系統，在系統運行中，涉及到諸多技術。

1.1 太陽能電池技術

太陽能光伏發電系統的核心部件為光伏電池，要想大規模運用光伏電池，需要對其生產成本適當降低，對其轉換效率有機提升。第一代光伏電池為硅片，技術發展逐漸成熟，但是卻擁有較高的價格成本。第二代光伏電池則是運用了薄膜技術，在非硅材料的襯底上鋪設較薄的光電材料，這樣半導體材料消耗得到了減少，批量自動化生產能夠實現，光伏電池的生產成本得到了顯著降低。此外，又有一些研究人員開始研究第三代太陽能電池，其基礎依然是先進的薄膜制造技術，具有93%左右的理論層面光電轉換效率，如納米結構電池、有機聚合物電池等。

1.2 聚光光伏技術

地面上直接到達的太陽能只有較低的密度，峰值在1 kW/m2以內，為了促使太陽能利用效率得到提升，就可以將聚光光伏技術運用過來。在較小面積的高性能聚光電池上積聚太陽能，促使太陽光輻照能量密度得到提升；此外，將比較昂貴的太陽電池發展為價格成本較低的聚光器，促使光伏發電系統成本得到有效降低。在聚光光伏系統中，最為主要的一個組成部分為聚光器，包括反射聚光器、混合聚光器、熱光伏聚光器等多種類型，其具有差異化的光學原理。現階段，還沒有徹底解決聚光光伏系統的一些關鍵科學技術問題，但是世界范圍內都在不斷地深入研究聚光技術。我國聚光器技術近些年來才開始發展，具有較快的發展速度，2009年將4倍聚光+跟蹤的新型光伏發電技術自主研發出來，其具有較高的效率和較低的價格成本，且能夠有效抗風。

1.3 孤島效應檢測技術

在電氣故障、誤操作、停電維修因素的作用下，電網供電中斷，但是光伏并網發電系統的正常運行不受影響，可以正常供電于周圍負載，形成自給供電的孤島，即為孤島效應。如果光伏并網發電系統處于孤島運行狀態，就無法控制孤島中的電壓和頻率，可能會損壞到用戶的設備，甚至還會威脅到維修人員的生命財產安全。一般情況下，可以用被動式和主動式兩種方法來檢測孤島效應；前者是將電網斷電時逆變器輸出端電壓、頻率、諧波的變化情況利用起來，開展孤島檢測；后者則是對逆變器進行控制，促使有一定的擾動形成于輸出功率、頻率或者相位。在正常運行的過程中，受到電網鎖相環平衡作用影響，無法對這些擾動進行檢測，如果有故障出現于電網中，將會在較短的時間內累積逆變器輸出的擾動，超出相應標準后，就會有孤島效應形成。

2 太陽能光伏發電技術的開發應用

現階段，太陽能光伏發電出現了多種應用方式，如獨立、并網、混合等。且隨著時代的發展與科學技術的革新，太陽能光伏發電技術將會有日趨廣泛的應用領域。

2.1 獨立光伏發電系統

本種發電系統獨立運行，沒有連接公共電網系統，一般在邊遠地區設立，與電網有較長的距離，也可以將其作為移動式電源攜帶，如部分邊遠的農村、哨所、海島等，公共電網無法覆蓋，就可以采取本種系統。太陽能發電只能夠在白天完成，但是全天候都需要用電，因此，儲能元件是獨立光伏發電系統中的重要組成部分。雖然氣象環境等外界因素會在較大程度上影響到獨立光伏發電系統的供電可靠性，且沒有較高的供電穩定性，但是卻可以促使邊遠無電地區的用電問題得到有效解決。

2.2 并網光伏發電系統

本種發電系統連接了公共電網，共同發揮供電功能。逆變器能夠有效轉換光伏電池陣列發出的直流電，促使其頻率與電網相同，通過電壓源、電流源等方式，向電力系統中送入。公共電網發揮儲能功能，其具有無窮大的容量，因此，額外的蓄電池并不需要運用到并網系統中，這樣系統運行成本得到了降低，系統運行、供電穩定性得到了提升，且相較于獨立系統來講，光伏并網系統具有更高的電能轉換效率。

2.3 混合光伏發電系統

本種系統是在光伏發電系統中引入一種或者幾種發電方式，聯合供電于負載。可以將多種發電技術的優點綜合利用起來，規避缺點。以光伏系統為例，維護難度較小，但是天氣因素會影響到電能輸出，不夠穩定。部分地區的冬天沒有足夠日照時間，卻有較大的風力，則可以將風力/光伏混合發電系統利用起來，避免過度依賴于天氣，負載缺電率也可以得到顯著降低。

2.4 光伏建筑一體化

在20世紀90年代提出了光伏發電與建筑物集成化的概念，現階段受到了世界各國的密切關注和廣泛研究。一般情況下，可以采取兩種方式來結合光伏與建筑，一種是將平板光伏器具安裝于建筑屋頂，并聯光伏陣列與電網，高效供電于用戶，促使有用戶聯網光伏系統形成；另外一種形式則是集成光伏器件與建筑，將光伏電池板安裝于屋頂，將普通的玻璃幕墻發展為光伏發電的玻璃幕墻，這樣太陽能就可以被屋頂及墻面的光伏器件直接吸收，這樣發電功能得到實現，建材得到節約，光伏發電成本得到了顯著降低。因為墻體外飾材料較高，現階段將其發展為大尺度的彩色光伏模塊，上述功能都可以實現，建筑外觀美觀度也可以有效提升。

2.5 光伏發電與LED照明的結合

固態照明即被人們稱之為LED照明，其主要制成材料為半導體，屬于發光二極管，能夠有效轉換電能為光能。在半導體照明中運用LED技術，節能環保優勢比較明顯，使用壽命較長，維護難度較小。具體來講，光伏LED照明技術則是在照明中應用了光生伏特效應原理，借助于太陽能電池，用光能來轉換電能。因為光伏發電技術與LED照明具有較低的低壓，同屬于直流電，且可以互相匹配，因此，能夠將兩者完美結合起來；且不需要用交流電來轉化光伏電池產生的直流電，照明系統效率得到了顯著提高，具有較大的優勢。

3 結語

綜上所述，在世界資源危機日趨嚴重的今天，太陽能光伏發電受到了人們足夠的重視，在未來的時間內，將會快速發展這種可持續再生的清潔環保能源。我國要把握機遇，應對挑戰，加快光伏發電產業化進程，加快技術開發，提升光伏發電的效率及性價比，擴大太陽能光伏發電的應用領域，促進我國社會經濟的可持續發展。

參考文獻

[1] 余世杰，何慧若，苑進社.CVT光伏泵水系統瞬態工作點特性分析[J].太陽能學報，2002，23（5）：123-125.

[2] 楊海柱，全新民.基于正反饋頻率漂移的光伏并網逆變器反孤島控制[J].太陽能學報，2005，6（19）：55-57.

[3] 張立文，張聚偉，張曉紅.太陽能光伏發電技術及其應用[J].應用能源技術，2010，3（13）：55-57.

[4] 薛俊凱.當前我國太陽能光伏發電的應用現狀與趨勢分析[J].科技視界，2014，5（10）：244-245.

[5] 吳顯亭.太陽能光伏發電分析研究及開發應用[J].科技資訊，2015，10（4）：55-57.