太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及其有效應(yīng)用研究

曲凡萍++牟言軍

摘 要：太陽(yáng)能屬于可再生綠色能源，通過應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電，能夠?qū)崿F(xiàn)零排放且無噪聲，應(yīng)用技術(shù)也相對(duì)成熟與可靠，安全系數(shù)較高。在新時(shí)期背景下，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度提高，而光伏發(fā)電也同樣取得了理想的成績(jī)，突顯出自身的經(jīng)濟(jì)潛力。由于太陽(yáng)能資源豐富，所以，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間也十分廣闊，能夠有效地解決諸多難題。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電系統(tǒng)；原理；有效應(yīng)用；研究

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0146-01

1 光伏發(fā)電原理概述

當(dāng)太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體結(jié)的時(shí)候，會(huì)隨之形成全新空穴-電子對(duì)。在此情況下，受結(jié)電場(chǎng)作用，會(huì)使得空穴從n區(qū)向著p區(qū)流動(dòng)，而電子則從p區(qū)向著n區(qū)的方向流動(dòng)，在電路接通以后，就能夠形成電流[1]。以上則是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池實(shí)際工作的基礎(chǔ)原理。

對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電而言，具有兩種不同的形式：①為光能→熱能→電能的轉(zhuǎn)換，②光能→電能的直接轉(zhuǎn)換。前者的轉(zhuǎn)換方式具體指的就是通過對(duì)太陽(yáng)輻射所形成熱能的合理運(yùn)用而實(shí)現(xiàn)發(fā)電目的。通常情況下，太陽(yáng)能集熱器需要把實(shí)際吸收的熱能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)楣べ|(zhì)蒸汽，隨后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)而達(dá)到發(fā)電目的。其原理是首先應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)光能向熱能的轉(zhuǎn)換，隨后再將熱能轉(zhuǎn)換成電能。這一過程和一般火力發(fā)電相同，而通過太陽(yáng)能熱量發(fā)電，實(shí)際效率并不高且成本昂貴，所以，實(shí)際的資金投入要比一般火電站的發(fā)電成本高出5-10倍。后者的轉(zhuǎn)換方式則是對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行運(yùn)用，可以使得太陽(yáng)輻射直接被轉(zhuǎn)換為電能。而完成光-電轉(zhuǎn)換的主要裝置則是太陽(yáng)能電池，其作用不容小覷。對(duì)于太陽(yáng)能電池而言，主要是通過光生伏特效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光能向電能的直接轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能電池屬于半導(dǎo)體光電二極管，只要陽(yáng)光照在光電二極管之上，就會(huì)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽罱K形成電流。為此，若將大量電池串聯(lián)亦或是并聯(lián)，則能夠形成高輸出功率太陽(yáng)能電池的方陣。由此可見，太陽(yáng)能電池屬于全新的電源，具有廣闊的發(fā)展前景，而且靈活、清潔，永久性特點(diǎn)明顯。另外，太陽(yáng)能電池的使用時(shí)間很長(zhǎng)，只要有太陽(yáng)，那么電池就能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期地運(yùn)用。因而，同火力發(fā)電與核能發(fā)電相對(duì)比，太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)不可比擬，最關(guān)鍵的是不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，屬于綠色發(fā)電。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型解構(gòu)

2.1 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

第一，太陽(yáng)能控制器。在離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能控制器可以有效調(diào)節(jié)并控制發(fā)出的電能。其中，可以將經(jīng)過調(diào)整的能量直接輸送至直流負(fù)載亦或是交流負(fù)載，同時(shí)，還能夠?qū)⒍嘤嗄芰枯斔椭列铍姵亟M進(jìn)行存儲(chǔ)，一旦發(fā)電難以達(dá)到負(fù)載需求，就可以將所儲(chǔ)存的電能輸送至負(fù)載。當(dāng)蓄電池處于滿電狀態(tài)的時(shí)候，控制器則應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行控制，以免充電過度。而在蓄電池儲(chǔ)存電能用盡的情況下，太陽(yáng)能控制器也同樣需要對(duì)其進(jìn)行控制，以免放電過度。因而，若控制器性能不理想，這直接影響蓄電池使用效果，同樣也會(huì)對(duì)系統(tǒng)可靠性帶來負(fù)面作用。

第二，太陽(yáng)能逆變器。系統(tǒng)中的太陽(yáng)能逆變器能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)變成交流電，為交流負(fù)荷提供保障[2]。同樣，逆變器在光伏風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮著核心作用。因?yàn)槭褂玫貐^(qū)經(jīng)濟(jì)水平不高，在維護(hù)方面無法滿足要求，要想有效增強(qiáng)系統(tǒng)性能，且實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，就必須要不斷提高逆變器性能的可靠性。而新能源的發(fā)電成本相對(duì)較高，因而，太陽(yáng)能逆變器運(yùn)行的高效性逐漸突顯出重要作用。

2.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

第一，切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)本身具備了自動(dòng)運(yùn)行的雙向切換能力，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障而致使發(fā)電量不充足的情況下，切換器可以自動(dòng)地切換至電網(wǎng)供電側(cè)，進(jìn)而通過電網(wǎng)來為負(fù)載供電。另外，如果電網(wǎng)停電，系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)和光伏系統(tǒng)的分離，進(jìn)而確保光伏發(fā)電系統(tǒng)處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。

第二，基于儲(chǔ)能裝置的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。若系統(tǒng)需要具備儲(chǔ)能功能，則可以運(yùn)用這一系統(tǒng)。其主動(dòng)性明顯，只要電網(wǎng)停電亦或是發(fā)生故障，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，確保持續(xù)為負(fù)載供電。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體應(yīng)用

第一，用戶太陽(yáng)能電源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以被應(yīng)用在10-100W小型電源當(dāng)中，特別是在無電區(qū)域，為居民生活用電提供有力保障。另外，也可以在家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電中應(yīng)用。同時(shí)，被應(yīng)用在光伏水泵中，尤其是在無電地區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)深水井的開發(fā)與利用[3]。最后，可以被應(yīng)用在太陽(yáng)能凈水器當(dāng)中，進(jìn)而緩解無電區(qū)域飲水以及凈化水質(zhì)等相關(guān)性問題。

第二，通訊與通信領(lǐng)域的應(yīng)用。將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在無人值守的微波中繼站亦或是廣播通訊電源系統(tǒng)當(dāng)中，同樣可以發(fā)揮其系統(tǒng)自身功用。另外，在小型通信機(jī)與農(nóng)村地區(qū)的載波電話光伏系統(tǒng)中應(yīng)用效果也十分理想。

第三，光伏電站中的應(yīng)用。在大型停車場(chǎng)充電站中也可以運(yùn)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，另外，能夠被應(yīng)用在風(fēng)光互補(bǔ)電站當(dāng)中。

4 結(jié)語

綜上所述，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將在能源消費(fèi)中逐漸擴(kuò)大比重，有效地代替常規(guī)能源。由于太陽(yáng)能資源豐富，且開發(fā)利用潛力相對(duì)明顯。隨著國(guó)內(nèi)能源消耗量不斷增加，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用將具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]盧洪寶，席曉軍.論太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理[J].企業(yè)家天地：中旬刊，2012（5）：73-75.

[3]云巧玉，張?jiān)溃鯉洠?基于Matlab/Simulink的離網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真研究[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，18（3）：19-20，23.