太陽(yáng)能光伏發(fā)電分析研究及開發(fā)應(yīng)用

蘇嘉成

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，都離不開能源基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，能源危機(jī)日趨嚴(yán)峻，需要積極開發(fā)利用可再生能源，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電是最為理想的可再生能源利用技術(shù)。我國(guó)已經(jīng)充分重視太陽(yáng)能光伏發(fā)電，且采取了一系列的發(fā)展措施。該文簡(jiǎn)要分析了太陽(yáng)能光伏發(fā)電及開發(fā)應(yīng)用，希望能夠提供一些有價(jià)值的參考意見。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能資源 光伏發(fā)電 開發(fā)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（b）-0048-02

新時(shí)期，全球范圍內(nèi)的石化能源日趨短缺，生態(tài)環(huán)境惡化問題嚴(yán)重，人類迫切需要尋求可再生清潔能源。太陽(yáng)能資源因?yàn)榫哂休^大儲(chǔ)量，安全、清潔程度較高等優(yōu)勢(shì)，受到了人們的青睞。現(xiàn)階段，一般采取熱發(fā)電及光伏發(fā)電兩種太陽(yáng)能發(fā)電方式。具體來講，太陽(yáng)能光伏發(fā)電可以用電能來直接轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能，不需要燃料資源，也不會(huì)產(chǎn)生污染問題，同時(shí)具有一系列優(yōu)勢(shì)，如維護(hù)難度較小、建設(shè)周期較短、不會(huì)產(chǎn)生噪聲以及能量獲取容易等。因此，近些年來，光伏發(fā)電得到了快速發(fā)展。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)

具體來講，光伏電池板、控制器、電能儲(chǔ)存變換環(huán)節(jié)等構(gòu)成了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，在系統(tǒng)運(yùn)行中，涉及到諸多技術(shù)。

1.1 太陽(yáng)能電池技術(shù)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件為光伏電池，要想大規(guī)模運(yùn)用光伏電池，需要對(duì)其生產(chǎn)成本適當(dāng)降低，對(duì)其轉(zhuǎn)換效率有機(jī)提升。第一代光伏電池為硅片，技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，但是卻擁有較高的價(jià)格成本。第二代光伏電池則是運(yùn)用了薄膜技術(shù)，在非硅材料的襯底上鋪設(shè)較薄的光電材料，這樣半導(dǎo)體材料消耗得到了減少，批量自動(dòng)化生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)，光伏電池的生產(chǎn)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(yáng)能電池，其基礎(chǔ)依然是先進(jìn)的薄膜制造技術(shù)，具有93%左右的理論層面光電轉(zhuǎn)換效率，如納米結(jié)構(gòu)電池、有機(jī)聚合物電池等。

1.2 聚光光伏技術(shù)

地面上直接到達(dá)的太陽(yáng)能只有較低的密度，峰值在1 kW/m2以內(nèi)，為了促使太陽(yáng)能利用效率得到提升，就可以將聚光光伏技術(shù)運(yùn)用過來。在較小面積的高性能聚光電池上積聚太陽(yáng)能，促使太陽(yáng)光輻照能量密度得到提升；此外，將比較昂貴的太陽(yáng)電池發(fā)展為價(jià)格成本較低的聚光器，促使光伏發(fā)電系統(tǒng)成本得到有效降低。在聚光光伏系統(tǒng)中，最為主要的一個(gè)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(xué)原理。現(xiàn)階段，還沒有徹底解決聚光光伏系統(tǒng)的一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，但是世界范圍內(nèi)都在不斷地深入研究聚光技術(shù)。我國(guó)聚光器技術(shù)近些年來才開始發(fā)展，具有較快的發(fā)展速度，2009年將4倍聚光+跟蹤的新型光伏發(fā)電技術(shù)自主研發(fā)出來，其具有較高的效率和較低的價(jià)格成本，且能夠有效抗風(fēng)。

1.3 孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)

在電氣故障、誤操作、停電維修因素的作用下，電網(wǎng)供電中斷，但是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行不受影響，可以正常供電于周圍負(fù)載，形成自給供電的孤島，即為孤島效應(yīng)。如果光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，就無法控制孤島中的電壓和頻率，可能會(huì)損壞到用戶的設(shè)備，甚至還會(huì)威脅到維修人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。一般情況下，可以用被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種方法來檢測(cè)孤島效應(yīng)；前者是將電網(wǎng)斷電時(shí)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(cè)；后者則是對(duì)逆變器進(jìn)行控制，促使有一定的擾動(dòng)形成于輸出功率、頻率或者相位。在正常運(yùn)行的過程中，受到電網(wǎng)鎖相環(huán)平衡作用影響，無法對(duì)這些擾動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，如果有故障出現(xiàn)于電網(wǎng)中，將會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)累積逆變器輸出的擾動(dòng)，超出相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，就會(huì)有孤島效應(yīng)形成。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

現(xiàn)階段，太陽(yáng)能光伏發(fā)電出現(xiàn)了多種應(yīng)用方式，如獨(dú)立、并網(wǎng)、混合等。且隨著時(shí)代的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的革新，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)將會(huì)有日趨廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

本種發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，沒有連接公共電網(wǎng)系統(tǒng)，一般在邊遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)立，與電網(wǎng)有較長(zhǎng)的距離，也可以將其作為移動(dòng)式電源攜帶，如部分邊遠(yuǎn)的農(nóng)村、哨所、海島等，公共電網(wǎng)無法覆蓋，就可以采取本種系統(tǒng)。太陽(yáng)能發(fā)電只能夠在白天完成，但是全天候都需要用電，因此，儲(chǔ)能元件是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。雖然氣象環(huán)境等外界因素會(huì)在較大程度上影響到獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電可靠性，且沒有較高的供電穩(wěn)定性，但是卻可以促使邊遠(yuǎn)無電地區(qū)的用電問題得到有效解決。

2.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

本種發(fā)電系統(tǒng)連接了公共電網(wǎng)，共同發(fā)揮供電功能。逆變器能夠有效轉(zhuǎn)換光伏電池陣列發(fā)出的直流電，促使其頻率與電網(wǎng)相同，通過電壓源、電流源等方式，向電力系統(tǒng)中送入。公共電網(wǎng)發(fā)揮儲(chǔ)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(yùn)用到并網(wǎng)系統(tǒng)中，這樣系統(tǒng)運(yùn)行成本得到了降低，系統(tǒng)運(yùn)行、供電穩(wěn)定性得到了提升，且相較于獨(dú)立系統(tǒng)來講，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)具有更高的電能轉(zhuǎn)換效率。

2.3 混合光伏發(fā)電系統(tǒng)

本種系統(tǒng)是在光伏發(fā)電系統(tǒng)中引入一種或者幾種發(fā)電方式，聯(lián)合供電于負(fù)載。可以將多種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)綜合利用起來，規(guī)避缺點(diǎn)。以光伏系統(tǒng)為例，維護(hù)難度較小，但是天氣因素會(huì)影響到電能輸出，不夠穩(wěn)定。部分地區(qū)的冬天沒有足夠日照時(shí)間，卻有較大的風(fēng)力，則可以將風(fēng)力/光伏混合發(fā)電系統(tǒng)利用起來，避免過度依賴于天氣，負(fù)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(jì)90年代提出了光伏發(fā)電與建筑物集成化的概念，現(xiàn)階段受到了世界各國(guó)的密切關(guān)注和廣泛研究。一般情況下，可以采取兩種方式來結(jié)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(lián)光伏陣列與電網(wǎng)，高效供電于用戶，促使有用戶聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)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(fā)展為光伏發(fā)電的玻璃幕墻，這樣太陽(yáng)能就可以被屋頂及墻面的光伏器件直接吸收，這樣發(fā)電功能得到實(shí)現(xiàn)，建材得到節(jié)約，光伏發(fā)電成本得到了顯著降低。因?yàn)閴w外飾材料較高，現(xiàn)階段將其發(fā)展為大尺度的彩色光伏模塊，上述功能都可以實(shí)現(xiàn)，建筑外觀美觀度也可以有效提升。

2.5 光伏發(fā)電與LED照明的結(jié)合

固態(tài)照明即被人們稱之為L(zhǎng)ED照明，其主要制成材料為半導(dǎo)體，屬于發(fā)光二極管，能夠有效轉(zhuǎn)換電能為光能。在半導(dǎo)體照明中運(yùn)用LED技術(shù)，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)比較明顯，使用壽命較長(zhǎng)，維護(hù)難度較小。具體來講，光伏LED照明技術(shù)則是在照明中應(yīng)用了光生伏特效應(yīng)原理，借助于太陽(yáng)能電池，用光能來轉(zhuǎn)換電能。因?yàn)楣夥l(fā)電技術(shù)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?qū)烧咄昝澜Y(jié)合起來；且不需要用交流電來轉(zhuǎn)化光伏電池產(chǎn)生的直流電，照明系統(tǒng)效率得到了顯著提高，具有較大的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在世界資源危機(jī)日趨嚴(yán)重的今天，太陽(yáng)能光伏發(fā)電受到了人們足夠的重視，在未來的時(shí)間內(nèi)，將會(huì)快速發(fā)展這種可持續(xù)再生的清潔環(huán)保能源。我國(guó)要把握機(jī)遇，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，加快光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，加快技術(shù)開發(fā)，提升光伏發(fā)電的效率及性價(jià)比，擴(kuò)大太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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