太陽能光伏發(fā)電技術及其應用研究

黃敏楷

摘 要：在發(fā)電領域，目前的火電系統(tǒng)雖不能完全取代，但是新能源的引入已經具備發(fā)展趨勢。本文將結合新能源的可再生性和清潔性對太陽能光伏發(fā)電的應用技術和組網方式進行總結分析，并結合系統(tǒng)設計，試歸納光伏發(fā)電的具體應用方法，從而為新能源應用改革提供一定的借鑒。

關鍵詞：新能源 生態(tài)文明 輸出功率

前言

我國以煤炭為主要能源的傳統(tǒng)能源結構在發(fā)展過程中逐漸顯現出頹勢，不但作為不可再生能源其含量十分有限，同時在能源應用的過程中還會造成環(huán)境污染。在能源結構當中，能源改革正在迫切尋求可再生、清潔、易獲取的能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，從而實現經濟文明和生態(tài)文明的協(xié)調發(fā)展。在發(fā)電這一能源密集型領域，太陽能能源的應用引起較為廣泛的關注。

一、太陽能光伏發(fā)電的技術方法

（一）太陽能電池技術

太陽能光伏發(fā)電的主要實現手段是通過太陽能電池進行能源的采集和存儲，因此在整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)當中，太陽能電池既是整個系統(tǒng)的核心零件，又是系統(tǒng)中的能量來源。因此太陽能電池技術主要應該針對解決兩個方面的問題。其一，太陽能技術為了保證能源供給的充足和持續(xù)，需要提高光能向電能轉化的效率和速度；其二，作為新能源的應用，在保證能源可再生和環(huán)境生態(tài)不遭受污染的基礎上，還應該充分考慮成本控制避免浪費。在以往的光伏發(fā)電領域中，通常采用硅片作為發(fā)電工作的基礎材料使用，并組建成為第一代光能電池。但是應用過程中，硅片電池的成本高昂，轉化率不加的缺陷逐漸顯現出來。面對弊端，研究人員銳意改革，通過薄膜技術研發(fā)第二代光能電池，極大程度改善了前代存在的問題。

（二）光伏陣列技術

太陽能的光伏發(fā)電往往表現出非線性的整體特征，尤其在輸出功率中，該特征表現得更加明顯。這是由于在發(fā)電時，發(fā)電的部分設備會受到太陽輻射，從而發(fā)生不可控的溫度變化，從而導致電腦荷載增加。為了解決這一問題，需要工作人員能夠在電場中嚴格控制光伏陣列，并在發(fā)電時時實時跟蹤電場所獲得的最大功率，同時進行數據統(tǒng)計，從而保證動態(tài)尋找的光能為最優(yōu)光能。在功能電池的陣列中，可以選用對輸入和輸出電壓的監(jiān)測方式實現跟蹤，通過前后電壓量的對比，確定其電壓的變化規(guī)律，以便獲取電場中光能轉化電能的全過程。

（三）聚光光伏技術

光能向電能轉化的過程中，需要利用聚光技術使太陽光能夠集中在某一個區(qū)域，在區(qū)域當中裝置面積較小的電池，從而有效提高太陽能的利用率，使其能夠更加充分地發(fā)揮價值避免浪費。同時聚光技術的使用，還可以進一步降低生產成本和材料成本，其不僅可以在價格較低的聚光器當中使用，還能夠在控制電腦生產成本的同時，達到最大的電量，從而保證在區(qū)域當中進行輸電時能夠達到最高峰值。

二、太陽能光伏發(fā)電的實際應用

本文以我國北方某城市為例進行了太陽能光伏發(fā)電的設計及應用。該城市所在位置緯度較高，四季差別明顯，冬夏溫差極大。同時太陽高度角較高，日均日照時間為10小時左右，太陽能資源較好。因此本文選用了瞬時系統(tǒng)模擬程序（TRNSYS）來進行光伏發(fā)電的設計和實踐。

（一）建立模型結構

為了實現該城市的光伏發(fā)電，使城市的太陽能能源得到有效利用，需要在設計中進行光伏裝置和數據采集系統(tǒng)兩個方面的設計。其中光伏裝置首先進行電池板的組件構成，針對城市太陽能環(huán)境，本文選用了每塊功率為240w的多硅晶電池板，以八塊為一組進行串聯(lián)，共使用四組，成為太陽能采集的重要光伏組建，作為光伏發(fā)電的一級能量變換。此外，針對外部環(huán)境和發(fā)電功率，還加入了天氣模塊、逆變器、數據轉換裝置等輔助設施。其中天氣模塊主要負責數據的采集，在模型當中，天氣模塊通過在不同天氣環(huán)境中對有效輻射的搜集，通過計算剔除陰影、光譜以及污物損失等無效內容，提取出太陽輻射的測量數據，為光伏發(fā)電提供數據支持。

（二）安裝太陽能電池板

太陽能電池板的安裝本文選用了常用的固定支架方式，因其方向、角度都為固定設計，所以無法跟隨太陽位置進行自動變化，需要在安裝之前進行設計，保證電池板可以獲取最大輻射量。在設計過程中，需要對光伏方陣的電池板有限選擇位置和方位角，在選擇傾斜角。通過對不同季節(jié)、不同時刻的太陽傾斜角度的分析，本文選用了安裝位置緯度加7°的設計方案，從而保證輻射量可以滿足季節(jié)變化的需求。

（三）優(yōu)化最大輸出功率

首先需要在太陽板上加裝光線捕捉傳感器，并使其能夠與太陽一同轉動。在傳感器工作的過程中，通過輸出失衡信號、輸出電壓超過閾值等方式，幫助工作人員對變化角度進行判斷，而在傳感器與太陽光線和光伏板的角度控制合理時，則電機停止轉動。整個過程為一個工作周期。工作人員可以通過工作電站中固定陣列的傾斜角度，對最大輸出功率以及太陽能利用效率進行權衡，從而制定出相應的方案，進行提高。

（四）建立光伏直流供電系統(tǒng)

除了交流發(fā)電外，光伏發(fā)電通過逆變器還可以實現直流供電。例如目前市面上逐漸涌現出的太陽能冰箱、太陽能電視等設備，都屬于太陽能光伏直流供電的應用。由于傳統(tǒng)逆變器價格相對高昂，因此在直流供電的設計中，本文選用了DC/DC轉換電路作為一路輸入多路輸出的重要應用，從而為多個電器進行供電。在設計中，首先需要控制模塊的額定功率，一般要求穩(wěn)定在30%-80%之間，還需要對工作頻率進行設定，通過隔離電壓的方法進行故障保護。目前光伏直流供電尚處于起步階段，技術上升空間較大。

結論

太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電領域的應用，不但減輕了能源結構的環(huán)境污染壓力，更是未來技術領域的創(chuàng)新方向。就技術層面上來說，太陽能光伏發(fā)電除了可以充分利用可再生能源，而且對于成本控制，發(fā)電的輸出功率提高都有較高的意義和價值，值得推廣和發(fā)展。

參考文獻

[1]張立文，張聚偉，田葳，張曉紅.太陽能光伏發(fā)電技術及其應用[J].應用能源技術，2010，03：4-8.

[2]李蔚.太陽能光伏發(fā)電技術的應用方式及發(fā)展前景[J].智能建筑電氣技術，2011，02：22-24.

[3]呂豪杰.太陽能光伏發(fā)電技術進展及其應用[J].電子技術與軟件工程，2015，02：146.

[4]安文韜，劉彥豐.太陽能光伏光熱建筑一體化系統(tǒng)的研究[J].應用能源技術，2007，（11）.

[5]毛亮.我國發(fā)展太陽能光伏發(fā)電的必要性及技術分析[J].科技傳播，2011（20）：66+68.endprint