太陽能光伏發電系統淺析

曹振華

(陜西國防工業職業技術學院建筑與熱能工程學院 陜西 西安 710302)

太陽能光伏發電系統淺析

曹振華

(陜西國防工業職業技術學院建筑與熱能工程學院 陜西 西安 710302)

本文介紹了太陽能光伏發電系統的工作原理、分類和特點，并根據其應用特點和適用場合，展望了其市場發展前景。

太陽能光伏發電系統；特點；市場前景

1 引言

目前，根據發電所用能源，發電系統分為火力發電、水力發電、核電、風力發電、垃圾發電和太陽能發電系統等，在這些系統中，目前我國主要還是以火力發電系統為主，但隨著人民生活水平的提高，對環境質量要求的提高，出現了其他一些發電系統，比如，水力發電系統，但該系統受水環境影響比較大，核電系統在西方發達國家已經禁止使用，日本大地震核電泄露對當地居民的影響想必大家都很清楚，風力發電在我國青海、西藏等地區較多，同樣相對穩定性較差，垃圾發電系統對環境造成很大的污染。本文將對目前西方發達國家新興的可再生能源的太陽能發電系統做一簡要介紹，希望能對我國的電力行業的發展有所啟發和幫助。

2 太陽能光伏發電系統發電原理

太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置。太陽能電池組件(Solar cells)是利用半導體材料的電子學特性實現P-V轉換的固體裝置，在廣大的無電力網地區，該裝置可以方便地實現為用戶照明及生活供電，一些發達國家還可與區域電網并網實現互補。而國內主要研究生產適用于無電地區家庭照明用的小型太陽能發電系統。

光伏發電是根據光生伏特效應原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能[1]。不論是獨立使用還是并網發電,光伏發電系統主要由太陽能電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件,所以,光伏發電設備極為精煉,可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。理論上講,光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源無處不在。國產晶體硅電池效率在10至13%左右，國外同類產品效率約12至14%。由一個或多個太陽能電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。

太陽能電池與蓄電池組成系統的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統工作特性。

(1)電池單元：由于技術和材料原因，單一電池的發電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯組成的電池系統，稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，于是就有“光生電流”流過，太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出[2]。

(2)電能儲存單元：太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著系統的工作效率和特性。蓄電池技術是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時間(發電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續無日照時間決定[2]。

3 太陽能光伏發電系統特點

3.1 優點

(1)太陽能取之不盡，用之不竭，地球表面接受的太陽輻射能，能夠滿足全球能源需求的1萬倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽能光伏系統，所發電力就可以滿足全球的需要。太陽能發電安全可靠，不會遭受能源危機或燃料市場不穩定的沖擊；

(2)太陽能隨處可處，可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路的損失；

(3)太陽能不用燃料，運行成本很低；

(4)太陽能發電沒有運動部件，不易用損壞，維護簡單，特別適合于無人值守情況下使用；

(5)太陽能發電不會產生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環境無不良影響，是理想的清潔能源；

(6)太陽能發電系統建設周期短，方便靈活，而且可以根據負荷的增減，任意添加或減少太陽能方陣容量，避免浪費。

3.2 缺點

(1)地面應用時有間歇性和隨機性，發電量與氣候條件有關，在晚上或陰雨天就不能或很少發電；

(2)能量密度較低，標準條件下，地面上接收到的太陽輻射強度為1000W/M^2。大規格使用時，需要占用較大面積[4]；

(3)價格仍比較貴，為常規發電的3～15倍，初始投資高。

4 太陽能光伏發電系統發展前景

太陽能發電系統在家庭、交通、通訊、石油、海洋、建筑、氣象、航天太空等領域已經得到了廣泛的應用，并解決了許多特殊場合的用電難題,(比如，太空站用電只能用太陽能發電系統等)其使用有著十分廣闊的前景。21世紀隨著人們對生活品質要求的提高,環保迫切性和節能緊迫性為太陽能發電系統的發展提供了新的機遇和動力，隨著其系統的不斷更新研究，成本的降低，其市場前景必將越來越廣闊。

[1] 羅承先.太陽能發電的普及與前景[J].中外能源,2010,11.

[2] 趙平平.太陽能發電的最新發展趨勢[J].電工文摘,2012,01.

[3] 吳顯亭.太陽能光伏發電分析研究及開發應用[J].科技資訊，2015,34.

[4] 楊曉蘊.太陽能在建筑節能技術中的應用分析[J].四川水泥，2016,05.

曹振華(1978.02-)，男，陜西蒲城人，2009年畢業于西安工業大學計算機技術專業研究生學歷,副教授，現主要從事暖通空調教學研究工作。

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1672-5832(2016)11-0284-01