太陽能發(fā)電系統(tǒng)研究

摘 要:本文分析了太陽能發(fā)電的基本原理，介紹了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的分類，并從系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理及應用情況對兩種不同的發(fā)電系統(tǒng)的進行了對比分析，總結(jié)出太陽能發(fā)電系統(tǒng)在未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:太陽能發(fā)電并網(wǎng)離網(wǎng)系統(tǒng)

中圖分類號:TM615文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0014-01

隨著社會的發(fā)展，以煤、石油為代表的傳統(tǒng)能源日益減少，且在使用過程中污染嚴重。能源問題日益突出，這就要求我們要大力發(fā)展新能源項目。其中，太陽能是人類取之不盡用之不竭的能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，太陽能發(fā)電是近些年發(fā)展最快，最具活力的研究領域。

在太陽能電池中，硅系太陽能電池無疑是發(fā)展最成熟的，占據(jù)了市場的大部分份額。硅系太陽能電池發(fā)電的原理是，光照射在半導體pn結(jié)上，帶負電的電子向n區(qū)運動，帶正電的空穴向p區(qū)運動，電子和空穴形成定向運動，如果外接電路的話，則形成電流，實現(xiàn)從光能到電能的轉(zhuǎn)換。太陽能電池通過膠封、層壓等方式裝成平板式構(gòu)造再投入使用，一般把這種平板式構(gòu)造稱為太陽能電池組件。將多個太陽能電池組件串聯(lián)或者并聯(lián)連接，就形成了太陽能電池方陣。太陽能電池方陣及蓄電池、控制器、逆變器等相關(guān)設備組成太陽能發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)是否接入電網(wǎng)，分為并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)和離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)。

1 太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要有太陽能電池方陣、并網(wǎng)逆變器和控制監(jiān)測設備構(gòu)成。太陽能電池方陣由大量的太陽能電池組件串并聯(lián)而成。目前，系統(tǒng)中主要采用晶體硅為主要材料的電池組件，同時也可輔助采用部分成熟的薄膜太陽能電池組件。并網(wǎng)逆變器也叫功率轉(zhuǎn)換器，逆變器的基本功能是將直流電逆變成交流電。大型并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器，還要求有最大功率跟蹤功能和各種保護功能?？刂票O(jiān)測系統(tǒng)是指并網(wǎng)系統(tǒng)的控制監(jiān)測設備通過電子裝置與外部計算機連接，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)運行情況進行實時測量和監(jiān)控。并網(wǎng)系統(tǒng)除了以上的主要硬件以外，還包括配電系統(tǒng)設計，以及系統(tǒng)的基礎建設等。

該系統(tǒng)的運行過程是太陽能電池方陣所發(fā)直流電經(jīng)匯流箱后，進入并網(wǎng)逆變器的輸入端，逆變器輸出與市電電網(wǎng)相匹配的交流電，經(jīng)電表測量后接入電網(wǎng)。

太陽能并網(wǎng)發(fā)電是當今世界太陽能發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢，由于這種模式具有可以對電網(wǎng)調(diào)峰、減少建設投入、靈活性強等優(yōu)點，越來越被重視。目前，并網(wǎng)發(fā)電主要應用于大型太陽能電站建設和光伏建筑一體化方面。

2 太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電負載的特點，分為直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和交直流混合系統(tǒng)。從系統(tǒng)構(gòu)成的角度看，三種系統(tǒng)主要區(qū)別為是否帶有逆變器。

離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制設備、逆變器、測量設備等組成。蓄電池組的作用是存儲太陽能電池方陣受光照所產(chǎn)生的電能，并隨時向負載供電。在選擇蓄電池時，要考慮電壓、電流特性等電氣性能，還要求蓄電池組的自放電率低，使用壽命長，深放電能力強，充電效率高，少維護或免維護，溫度范圍寬，價格低廉等?？刂圃O備是太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的重要部分之一。系統(tǒng)中的控制設備通常應具有以下功能。信號檢測;蓄電池充放電控制;其他設備保護;故障診斷定位;運行狀態(tài)指示等。逆變器選擇與否取決于負載類型。如果是直流負載，則不需逆變器;如果是交流負載，則需要逆變器。

該系統(tǒng)的運行過程是太陽能電池方陣所發(fā)直流電經(jīng)控制器后，進入蓄電池存儲。如果負載是直流負載，則不需要經(jīng)過逆變器，控制器輸出端直接供電即可。如果負載是交流負載，則需要在控制器的輸出端連接離網(wǎng)逆變器，然后給交流負載供電。在實際設計當中，如果控制器輸出電壓與直流負載所需電壓不匹配，則要設計相應的調(diào)壓電路，使之協(xié)調(diào)匹配。

太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通?？捎脼楸銛y式設備的電源，向遠離現(xiàn)有電網(wǎng)的地區(qū)或設備供電，以及用于任何不方便與電網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系的供電場合。如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠農(nóng)村、海島、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉(zhuǎn)臺、太陽能水泵、邊防哨所等場合提供電源。

3 并網(wǎng)、離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)比較研究

離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在現(xiàn)階段占據(jù)著重要的市場份額。它與并網(wǎng)系統(tǒng)相比，具有成本較低、使用靈活的特點。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是今后研究的重要方向，它具有許多獨特的優(yōu)勢:(1)可以對電壓調(diào)峰，提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，有效地消除電網(wǎng)雜波。(2)所發(fā)電能回饋電網(wǎng)，以電網(wǎng)為儲能裝置，省掉蓄電池部分。(3)出入電網(wǎng)靈活，既有利于改善電力系統(tǒng)的負荷平衡，又可降低線路損耗。因此，未來的太陽能發(fā)電市場重心將轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

4 太陽能發(fā)電的發(fā)展前景及方向

隨著科技的進步，太陽能發(fā)電技術(shù)更加成熟，應用的領域也更為廣泛，預計在未來，太陽能發(fā)電可以重點應用在以下幾個方面。

(1)大規(guī)模太陽能荒漠電站。目前最具發(fā)展前景的太陽能發(fā)電應用是建立大規(guī)?；哪娬?，該項目屬于并網(wǎng)發(fā)電的范疇?；哪貐^(qū)擁有豐富的太陽能光照資源和廣大面積這兩項太陽能發(fā)電的絕佳優(yōu)勢，是建立大規(guī)模太陽能電站的首選。適合開展該項目的地區(qū)應當具備一些必要條件，如不要離主干電網(wǎng)太遠，以減少新增輸電線路的投資。不要距離人居區(qū)太遠，以便于開展控制維護工作。

(2)建在太空的超級太陽能發(fā)電站。最早在1974年，美國邁爾密大學提交“大規(guī)模從宇宙發(fā)電、輸電計劃”(簡稱SSPS計劃)的論文發(fā)表，第一次把太陽能發(fā)電和微波傳輸結(jié)合起來。論文的主體思想是，充分利用宇宙中豐富的太陽能資源，利用太陽能發(fā)電，經(jīng)微波傳輸至地球，供人類使用，如果該項目實施成功，可大大緩解地球能源危機，是人類在可再生能源領域的一項重大突破。但是由于技術(shù)的不成熟，進展緩慢。21世紀以來，該項目重新被重視起來。中國、美國、日本、加拿大等國正在積極推進該項目的實驗研究，預計在不久的將來，人類可以使用宇宙太陽能資源工作和生活。

(3)風光互補型發(fā)電系統(tǒng)的研究開發(fā)。風光互補發(fā)電型系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風力發(fā)電機將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負載處。該系統(tǒng)在夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風力發(fā)電和太陽能發(fā)電更經(jīng)濟、科學、實用。利用風光互補發(fā)電系統(tǒng)是開發(fā)可再生能源的重要方向，預計在未來幾年，風光發(fā)電提供的能源在整個能源結(jié)構(gòu)中比例將大幅提升，成為解決能源問題的重要力量。

參考文獻

[1]馮垛生，張淼，等.太陽能發(fā)電技術(shù)與應用[M].北京:人民郵電出版社.2009.

[2]趙明智，劉志璋.內(nèi)蒙離網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)研究[J].能源技術(shù).2008，(4).

[3]張曉霞，侯競偉，等.太陽能發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2007，(5).

[4]任廣森，等.利用太陽能的半導體溫差發(fā)電系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新導報，2010，33.

[5]吳雷.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑一體化設計中的應用——生態(tài)節(jié)能樓的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新導報，2010，1.