太陽能光伏發電系統的結構與優勢

常艷霞朔州職業技術學院，山西朔州 036002

太陽能光伏發電系統的結構與優勢

常艷霞
朔州職業技術學院，山西朔州 036002

太陽能光伏發電系統是指通過光生伏特效應將太陽能轉變成電能。太陽能光伏發電系統具有環保、可靠性好、使用壽命長、安裝維護簡便等優點，通過進一步的研發和改善，將來必然會得到越來越多的研發和應用。

太陽能光伏發電；光電轉換率；太陽能電池板

1 太陽能光伏發電簡介

太陽對地球上的一切生物都是至關重要的，可以說沒有太陽就沒有現在的地球。在生命的起源和發展中，太陽都起了重要的作用，太陽不僅一直源源不斷地為地球提供能量，還將繼續為地球提供能量。利用太陽能發電是應用太陽能的一種有效方式，太陽能發電可分為光熱發電和光伏發電兩種，但不論是普及度和發展前景，光熱發電都趕不上光伏發電。

太陽能光伏（Solar photovoltaic，PV）發電的原理是根據光生伏特效應，通過太陽能電池將太陽能轉化為電能。太陽光主要包含微波能源粒子——光子，光電效應是指太陽能光伏發電系統利用硅等半導體材料將吸收的光子轉換為電子，這一過程就將太陽能轉換成了電能。

2 太陽能光伏發電系統的組成結構

太陽能光伏發電系統中不涉及機械部件，主要由電子元器件組成，光伏發電系統設備的結構簡單、可靠性好、使用壽命長、安裝維護簡便。太陽能光伏發電系統通常由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池、逆變器等組成。太陽能光伏發電系統的核心是太陽能電池板，是光伏發電系統中將太陽能轉化為電能的主要核心部件，是太陽能發電系統中最重要的部分。太陽能控制器的作用是控制太陽能光伏發電系統的整體工作，若使用的溫差較大，控制器還應配備溫度補償的功能，通過豐富太陽能控制器的配件和附加功能，可以擴展太陽能光伏發電系統的功能。

在太陽能電池板將太陽能轉換為電能后，蓄電池的作用是將電能儲存在電池里，待使用時將電能從蓄電池中輸出，蓄電池的組成一般是鉛酸電池，也有鎳氫電池、鋰電池和鎳鎘電池。逆變器的作用是把直流電轉變成交流電（通常為220V/50Hz），在太陽能光伏發電系統的實際使用中，有時電能的使用端可能會是220VAC的電器，這就需要將太陽能光伏發電系統輸出的直流電轉換成交流電，這就需要在太陽能光伏發電系統中包含逆變器。

3 太陽能光伏發電系統的光電轉換率

上文提到的太陽能電池板是太陽能光伏發電系統的核心組件，太陽能電池板由不同規格的太陽能電池片組合到一起。太陽能電池板的光電轉換率是太陽能光伏發電系統的主要性能參數，光電轉換率是指在太陽能光伏發電系統中太陽能電池板將太陽能轉化為電能的效率，一個太陽能光伏發電系統的光電轉換率越高，它的性能就越好。目前，我國太陽能光伏發電系統的光電轉換率約在10%～15%，在國外一些實驗室條件下，太陽能電池板的光電轉換率可達到約45%，但是其成本較高，暫時不存在商業推廣的實用性。光電轉換率是太陽能光伏發電系統的核心參數，但光伏發電系統的成本是限制其推廣應用的主要條件。

如果一個太陽能光伏發電系統的光電轉換率為10%，則每100m2的太陽能光伏發電系統上可發出約17 000度的電量，若額定功率為1 000W的光伏發電系統，則每年可以發出約17萬度左右的電量。事實上，上述計算結果還是將許多使用條件理想化，在實際使用中發電系統的成本會更高。例如，隨著使用時間的增長，光伏發電系統的光電轉換效率會逐漸減少；若太陽能光伏發電系統中包括逆變器，逆變器將直流電轉變成交流電的過程中也會造成能量的損耗；天氣變化、環境溫度變化、光伏發電系統的損壞等原因也都會影響光伏發電系統的光電轉換率，這些也都是太陽能光伏發電系統推廣應用過程中必須考慮的問題。

4 太陽能光伏發電系統的并網發電和獨立使用

太陽能光伏發電系統的工作形式包含獨立使用和并網發電兩種，但無論是獨立使用還是并網發電，太陽能光伏發電系統的基本組成都是相同的。獨立使用的光伏發電系統也叫離網光伏發電系統，基本方式是自給自足，光伏發電系統不接入公共電網，如果有多余的電量則會被存入蓄電池。并網光伏發電系統是將太陽能電池板轉化成的電能經過并網逆變器轉換成符合電網要求的交流電，并將交流電接入到公共電網中，再由電網統一調配向各用戶供電。分散式的小型并網光伏發電系統是并網光伏發電的主流趨勢，其優勢是投資較小、建設速度快、占用面積小、政策扶持大等優點。

5 太陽能光伏發電系統的優勢

太陽能光伏發電系統具有諸多優勢，首先也是最關鍵的，太陽能光伏發電的優點是環保，不會破壞自然環境；在化石燃料和核能的使用過程中，都會對環境產生破壞，從而影響人類的健康，但太陽能光伏發電系統沒有運行噪音，沒有廢氣廢物排放，是完全綠色的產能方式。再者，作為可再生能源，太陽光幾乎可以說是取之不盡用之不竭的，雖然太陽能光伏發電系統的使用具有設備成本和維護成本，但是不存在運行成本，因為太陽光的使用完全是免費的。

與其他發電技術相比，太陽能光伏發電系統在發電設備安裝的過程中有優勢，在安裝時，可以將光伏發電系統安裝在建筑頂部或外觀，甚至在路燈和草坪等公共區域也可以安裝，這樣不僅占用空間較少，而且不需要單獨開辟一塊光伏發電設備區，不僅不會影響區域的環境和美觀，還可以成為一塊區域的裝飾品。從這一點延伸來講，由于光伏發電系統的結構簡單，安裝維護方便，太陽能光伏發電的供電領域較廣，在市區高層建筑和偏遠村莊或山區中都可以安裝使用，從路燈到工業領域都可以使用。

6 結論

目前，雖然光電轉換率較高的太陽能光伏發電系統的成本還較高，但隨著科研和技術人員的持續研發，太陽能光伏發電系統的光電轉換率和成本必然會得到改善。與其他能源生產方式不同，太陽能光伏發電系統不僅不會占用單獨區域，在發展和應用過程中，反而可以與我們日常的作用設備合為一體。將太陽能光伏發電系統加入到建筑的設計中，將其與建筑物的結構合為一體，例如，將光伏發電系統做成玻璃天窗或玻璃幕墻，這不僅提高了光伏發電的應用范圍，還可以提高建筑的美觀，這都是太陽能光伏發電系統的應用安裝趨勢。相信隨著科研技術的高速發展和國家補貼的大力投入，太陽能光伏發電系統的光電轉換率必然會逐漸提高，成本會逐漸降低，進而得到更好的推廣應用。

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1674-6708（2016）168-0161-02

常艷霞，山西省朔州職業技術學院，研究方向為材料工程。