太陽能光伏發電技術及應用探討

鐘玲玲　賴國勝

【摘 要】本文論述了太陽能的技術及應用，介紹了太陽能的發電原理，綜合光伏發電現有的應用詳盡的列舉了現有的光伏發電應用在闡述各種發電技術的理論與優缺點的基礎上，對太陽能發電技術的前景做了探討。同時，也簡要地介紹了我國在太陽能發電技術上的發展現狀，指出了我國大力開發太陽能發電系統的有利條件和自然空間。

【關鍵詞】發電技術；光伏應用；建筑一體化；太陽能照明

一、太陽能光伏發電技術發展現狀

環境污染嚴重太陽能屬于綠色能源，但是太陽能的上游組件以及硅原料加工卻能產生很嚴重的污染。許多歐洲國家都無力承擔太陽能制造引起的消極影響，因此，中國才會成為世界太陽能的制造中心.隨著我國出臺了一系列光伏補貼政策，國內市場將逐漸被打開，光伏企業有望擺脫生產過剩的現狀。國家已經明確提出鼓勵在中東部地區建設和建筑相結合的分布式光伏發電系統，所以分布式光伏發電和建筑光伏一體化將是我國未來光伏產業的重要發展方向。

二、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（或其它光）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.

三、光伏發電系統的應用

中國是光伏產業大國，中國光伏企業生產的太陽電池占據全球市場份額50%以上。但國產太陽電池約98%出口，銷往國內市場僅占很小一部分。國內光伏系統的應用還處在初步階段，目前主要有通信和工業應用、農村和邊遠地區應用、太陽能商品、光伏建筑一體化、大型荒漠光伏電站等。今后，按照可再生能源發展規劃，將逐步擴大光伏發電系統裝機容量。

（一）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。

（二）農村和邊遠地區應用

主要有獨立光伏電站（村莊供電系統）、小型風光互補發電系統、太陽能照明燈、太陽能水泵、農村社團。

（三）太陽能水泵

太陽能水泵一般不需要蓄電池，而由太陽能電池板直接帶動水泵工作。大型光伏水泵站通常備有逆變器，首先將太陽能電池板的直流電變為交流電，然后用交流電機帶動水泵工作，這樣可以與常規供電互補。雖然太陽能光伏水泵系統一次性投資較高，但它的運行費用低、維修少，使用壽命比較長，通常來說比小型柴油機抽水更合算。特別是對于太陽輻射強的干旱地區，發展光伏水泵具有良好的前景。

（四）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。

（五）光伏建筑一體化（BIPV）

BIPV即BuildingIntegratedPhotovoltaic，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。BIPV在建設初期成本較高，隨著我國財政對BIPV項目的大力支持，我國將大幅擴大BIPV技術的應用。

（六）太陽能照明系統

“光環境”是指光與顏色建立的生理和心理環境，它對人的精神狀態和心理感受具有積極影響。“綠色照明”是指“節約能源、保護環境、促進效率、改善質量、有益身心”的照明光環境，太陽能照明即屬于綠色照明。建筑領域的太陽能燈主要有路燈、草坪燈、庭園燈、樓道燈等。太陽能燈的控制器除了要具備一般光伏系統的防反充、防過充和過放、防短路和反接等功能以外，還要具有自動開關照明燈的功能。

（七）大型荒漠光伏電站

氣象資料顯示，中國太陽能資源豐富，主要集中在西北地區。太陽能資源極豐富帶的地區包括西藏大部、新疆南部以及青海、甘肅和內蒙古的西部。這些地區的年太陽照量超過1750kWh/（m2.a），而且月際最大與最小可利用日數的比值較小，年變化較穩定，是太陽能資源利用條件最佳的地區。這些地區大部分為荒漠，很適合利用起來建設大型荒漠光伏電站。

（八）光伏貯能系統在電動汽車上的應用思路

光伏貯能系統系用太陽光進行發電，用蓄電池貯存起來，具有光電互補性。這是光伏貯能系統的特點。目前電動汽車的動力源主要是采用蓄電池作為動力，但當蓄電池放完電后，需要利用市電對蓄電池進行充電，特別是當蓄電池到使用壽命后期，電池的容量減少，續行里程會大大縮短，加之充電條件的限制，制約了其發展。在冬季環境溫度較低時，電池的實際放電容量較低，同樣會影響續行里程。在白天太陽光充足時，利用太陽能板的發電能量給電動汽車提供動力，同時將多余的電能用蓄電池貯存起來。當光線較弱時或沒有陽光時，利用蓄電池貯存的能量為汽車提供動力，保證汽車的正常行駛，延長電池的續行里程。光伏貯能系統的參數設計可以根據汽車所需動力負荷及太陽資源情況進行合理配置，通過太陽能與電能互補，既可提高電池動力系統的可靠性，又可降低電動汽車的使用成本。

（九）太陽能光伏技術在水利應用現狀

太陽能提水泵站已在我國西藏、新疆、甘肅、青海、寧夏、海南、內蒙古、河南等省份推廣應用，其中農村飲水工程太陽能提水泵站已成功運行。根據其他省份的研究成果，結合廣西實際情況，廣西年日照小時數1063-2263h，桂南沿海和桂東南在2000h以上，桂北則在1400h左右；年太陽輻射總量為90-110kcal/cm2，即年均太陽能輻射總量4190-5016MJ/m2·a。從出水量指標看，推廣光伏提水技術可行。

四、光伏發電未來應用前景

《可再生能源發展“十二五”規劃》確定的光伏發電裝機目標為：到2015年達1000萬kW，到2020年達5000萬kW。中國光伏發電技術的應用潛力巨大.隨著我國出臺了一系列光伏補貼政策，國內市場將逐漸被打開，光伏企業有望擺脫生產過剩的現狀。國家已經明確提出鼓勵在中東部地區建設和建筑相結合的分布式光伏發電系統，所以分布式光伏發電和建筑光伏一體化將是我國未來光伏產業的重要發展方向。由此，光伏產業可能從高端市場向下游市場延伸，專業從事諸如太陽能照明或者屋頂太陽能的企業可能得到大力發展，光伏企業需要更加重視相關技術的開發與研究，比如光伏并網電路的拓撲結構、分布式光伏發電系統的能量管理，對系統的顯示和遠程監控等，同時也應該提供安裝維護等增值服務。

五、結束語

太陽能光伏發電是一種綠色能源，近年來隨著太陽能電池板單晶硅原材料成本的大幅下降，光伏行業被越來越多的人認識。太陽能電池光伏發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。

【參考文獻】

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