新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用途徑

王凱

摘 要：新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種新式的發(fā)電設(shè)備，具有環(huán)保、節(jié)能、易于操作的特點(diǎn)，被廣泛地用在了各種應(yīng)用途徑之中。本文介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本輸電原理，同時(shí)，對(duì)新能源光伏發(fā)電的應(yīng)用途徑進(jìn)行了介紹，旨在提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量和有效性，使其應(yīng)用范圍達(dá)到最大，以保證其能時(shí)刻保持在最佳的應(yīng)用質(zhì)量之下。

關(guān)鍵詞：新能源;光伏發(fā)電;應(yīng)用途徑

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）10-0138-02

0 引言

光伏發(fā)電技術(shù)是一種新興的發(fā)電技術(shù)，其應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣，特別是在日照時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)會(huì)獲得大量的電力盈余。光伏發(fā)電技術(shù)作為新能源技術(shù)，是我國(guó)建立在能源開發(fā)與利用基礎(chǔ)上的一種技術(shù)，其不僅能夠緩解我國(guó)發(fā)電系統(tǒng)的壓力，還能在一定程度上減少環(huán)境污染。因此，研究光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用途徑對(duì)于我國(guó)新能源開發(fā)工作具有十分重要的用途。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸電原理

光伏發(fā)電技術(shù)是一種新型的發(fā)電技術(shù)，其利用硅電池板來(lái)收集太陽(yáng)的輻射能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電技術(shù)兼具穩(wěn)定性與清潔性，是一種人們能夠認(rèn)可的新型清潔能源獲取方式。光伏發(fā)電技術(shù)的本質(zhì)是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，進(jìn)而儲(chǔ)存在蓄電池當(dāng)中。因此，光伏發(fā)電設(shè)備的蓄電池是整個(gè)光伏發(fā)電設(shè)備中的關(guān)鍵所在。為了保證光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行，則需要明確光伏發(fā)電設(shè)備的發(fā)電原理。

由前文所述，光伏發(fā)電的核心部件是太陽(yáng)能光伏電池，該電池主要構(gòu)成為單晶硅或是多晶硅薄膜組成的新型材料，這種單晶硅片的工作原理與二極管十分相似，都是利用電子的單向流動(dòng)來(lái)形成電流，以起到發(fā)電的作用，但兩者之間仍然有些許不同。光伏發(fā)電太陽(yáng)能電池中利用光生伏特效應(yīng)，將太陽(yáng)的熱輻射轉(zhuǎn)化為推動(dòng)其P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)產(chǎn)生的電能來(lái)進(jìn)行供能，因此，光伏發(fā)電過(guò)程屬于一個(gè)只需要通過(guò)光和熱輻射便可完成能量轉(zhuǎn)換的一個(gè)過(guò)程。光伏發(fā)電系統(tǒng)由逆變控制器、光伏電池以及其他核心部件構(gòu)成的整體系統(tǒng)，其中包括了離網(wǎng)光伏發(fā)電和并網(wǎng)光伏發(fā)電兩個(gè)發(fā)電系統(tǒng)[1]。

2 光伏發(fā)電的特點(diǎn)

運(yùn)用光伏發(fā)電能夠很大程度上節(jié)約資源。由于光伏發(fā)電只需要消耗制作設(shè)備的材料之后便可投入低耗使用的過(guò)程之中，因此能夠利用這種特點(diǎn)展開低耗發(fā)電過(guò)程，以促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)得到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。光伏發(fā)電技術(shù)能夠在電力市場(chǎng)中占有一席之地，與其清潔、易于管理和半永久性有著密不可分的關(guān)系。首先，光伏發(fā)電雖然無(wú)法取代當(dāng)前的主力發(fā)電模式，但是由于其成本低廉，管理方便，所以常常作為常規(guī)電力市場(chǎng)之外的分散式電源而使用，隨著光伏發(fā)電廠的擴(kuò)建和科技優(yōu)化，其漸漸可以在市場(chǎng)中作為取代常規(guī)能源的第二能源而應(yīng)用，或者也可以將其作為常規(guī)能源的啟動(dòng)電源或是補(bǔ)充動(dòng)力來(lái)源[2]。通過(guò)這種方式能夠幫助電力設(shè)備獲取補(bǔ)充，并保證在供電范圍之中應(yīng)用混合式發(fā)電設(shè)備優(yōu)化供電的持久性。其次，光伏發(fā)電由于其整個(gè)發(fā)電過(guò)程僅僅需要太陽(yáng)的熱輻射作為產(chǎn)生電流的主要能源，其本身沒有任何的排放產(chǎn)物，因此屬于完全的清潔性能源。光伏發(fā)電在使用的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，使其能夠用于各種環(huán)境之中。再次，光伏發(fā)電的安全性能高，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)雖然蓄電量大，但是其發(fā)電過(guò)程中的電壓一般都不超過(guò)220V，較小的電壓能夠有效減輕發(fā)電過(guò)程中操作人員由于觸電而造成的傷害，使員工的工作安全性得到保障。最后，光伏發(fā)電的實(shí)用性高，除非對(duì)其進(jìn)行故障處理和清潔工作之外，整個(gè)光伏發(fā)電設(shè)施的基礎(chǔ)建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)其進(jìn)行半永久的發(fā)電過(guò)程，其此除了天氣因素以外不易受到任何因素的影響，因此，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗逆性，隨著自動(dòng)化設(shè)備和自清潔材料的出現(xiàn)，光伏發(fā)電設(shè)施最終會(huì)發(fā)展成為能夠進(jìn)行自我管理的優(yōu)秀發(fā)電設(shè)施。

3 新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用途徑

3.1 單體用戶太陽(yáng)能光伏技術(shù)的應(yīng)用

小型化的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施由于其占地面積不大且易于管理，因此，可以用于給各種小型住戶進(jìn)行發(fā)電，只要保證其能夠有充足的光照，并能保持其順利運(yùn)行。小型電源光伏發(fā)電設(shè)備的功率從10W到100W不等。由于其功率不是很大，因此并不能利用太陽(yáng)能作為傳統(tǒng)火電/水電電網(wǎng)的替代品。但是其能夠作為家庭用電的輔助電力來(lái)源，并產(chǎn)生5～9kW左右的電力作為臨時(shí)照明或者供熱來(lái)源。特別是將其利用于智能灌溉技術(shù)之中，利用光伏水泵設(shè)施可以將地下水抽出，以解決部分地區(qū)用水困難的問(wèn)題。同時(shí)，太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能凈水器的出現(xiàn)使得光伏太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備初步解決了居民的用水問(wèn)題，并做到了無(wú)電凈水工作。小型化的太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備還能統(tǒng)合進(jìn)弱電系統(tǒng)之中，并利用儲(chǔ)蓄的電能維持一部分家用電器的正常運(yùn)作。優(yōu)化太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的小型化，主要還是應(yīng)當(dāng)在如何保證最長(zhǎng)時(shí)間的陽(yáng)光照射時(shí)間，并小型化蓄電設(shè)施，使其在成為優(yōu)秀的家庭輔助動(dòng)力的前提下完成供能工作。

若想要保證發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定而順利地運(yùn)行，則相應(yīng)的光伏發(fā)電設(shè)施必須要有良好的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)和光照情況來(lái)確定是否適用光伏發(fā)電設(shè)施，并適當(dāng)對(duì)其應(yīng)用方式進(jìn)行改善和優(yōu)化。一般情況下，太陽(yáng)能設(shè)備能夠適用于我國(guó)的大部分地區(qū)，在實(shí)際的使用和設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作人員要立足于當(dāng)前地區(qū)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。在家庭用電中，作為電力資源的擴(kuò)充和替代品，光伏發(fā)電設(shè)備仍然具有不能替代的重要作用。通過(guò)新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，可以大幅節(jié)省我國(guó)常規(guī)電力生產(chǎn)中的不可再生資源消耗，從而降低電力生產(chǎn)的損耗，還能在一定程度上提升環(huán)保效力，降低污染物的排放，同時(shí)減輕電網(wǎng)的供電壓力。

3.2 建筑設(shè)計(jì)中的太陽(yáng)能光伏技術(shù)

3.2.1 外墻應(yīng)用

將光伏太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施應(yīng)用到建筑外墻施工過(guò)程中時(shí)，由于外墻上最容易接收太陽(yáng)光的照射，因此充分利用墻面能夠迅速積累大量的太陽(yáng)能，并為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供重要的用電來(lái)源。因此，在外墻上安裝光伏發(fā)電設(shè)施是光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的手段，這種方式能夠?qū)⒋罅康奶?yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。同時(shí)，為了保持美觀，大部分太陽(yáng)能電池板都設(shè)計(jì)成了與地面保持垂直的形狀，因此大部分設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用太陽(yáng)能電池板取代了玻璃幕墻，實(shí)現(xiàn)了集中收集太陽(yáng)能，同時(shí)減少綠色建筑能源消耗的作用。且由于太陽(yáng)能電池板自身的特點(diǎn)，其反光性不高，還能減輕城市建筑中的光污染，保證城市的美觀程度[3]。

3.2.2 天窗應(yīng)用

相比于外墻，天窗與太陽(yáng)光接觸面積不大，但是將天窗設(shè)置成太陽(yáng)能電池板，不僅提升室內(nèi)光線阻隔的能力，配合太陽(yáng)能光電板能夠強(qiáng)化綠色建筑的遮陽(yáng)效果，而且還不影響通風(fēng)。在天窗中安置光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以避免屋內(nèi)受到陽(yáng)光直射，還能提高光伏發(fā)電區(qū)域利用效率。鑒于天窗一般都設(shè)置成平行于屋頂?shù)脑煨停虼嗽谶M(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的布局之時(shí)，需要將光電板做成網(wǎng)格狀并緊貼天窗玻璃，確保良好的采光效果。

3.2.3 屋頂應(yīng)用

在建筑中，屋頂由于其直面太陽(yáng)且無(wú)遮擋物的特點(diǎn)使其采光性能要比天窗和墻面好很多。因此，在進(jìn)行屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)須考慮電池板角度的問(wèn)題，只需要保證光電板最大面積覆蓋即可。另外，由于電池板直接面對(duì)自然環(huán)境，因此容易遭受自然災(zāi)害和風(fēng)沙的影響，會(huì)直接導(dǎo)致其使用壽命縮短。因此在進(jìn)行屋頂設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)方式來(lái)進(jìn)行不同情況的設(shè)計(jì)。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還可以將太陽(yáng)能電池板與光感設(shè)備相結(jié)合，利用光感設(shè)備的趨光性來(lái)時(shí)刻保持電池板的處于最大的陽(yáng)光照射面積之中。增強(qiáng)屋頂設(shè)備的自凈能力，同時(shí)做好電路防水和保護(hù)，以保證屋頂光伏發(fā)電設(shè)備設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.2.4 其他方面的應(yīng)用

在建筑中設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有很多部分都可以應(yīng)用光伏發(fā)電設(shè)備，但其前提是要能接受一定的太陽(yáng)光照射。比如將陽(yáng)臺(tái)的遮陽(yáng)板轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能板，在遮陽(yáng)的同時(shí)還能提供電能。但是太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備仍然是電力設(shè)備，在應(yīng)用時(shí)一定要考慮防火、防水等問(wèn)題，以保證供能的穩(wěn)定性。

3.3 光伏電站接入軌道交通牽引供電

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，新能源接入牽引供電系統(tǒng)已成為未來(lái)軌道交通新的發(fā)展趨勢(shì)。下面將從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益兩方面進(jìn)行分析。

3.3.1 經(jīng)濟(jì)效益

軌道交通中，牽引供電占了供電整體的大部分。通過(guò)將兆瓦級(jí)大型光伏發(fā)電站接入軌道交通網(wǎng)絡(luò)中的方式能夠有效減少用電支出。在進(jìn)行光伏發(fā)電引入軌道交通牽引供電過(guò)程中的方式能夠減少城市電網(wǎng)的供電壓力，進(jìn)而減少各方面的支出。影響用電經(jīng)濟(jì)性的主要因素有電力價(jià)格、發(fā)電總量、維護(hù)費(fèi)用等。將光伏發(fā)電設(shè)備接入鐵路牽引供電系統(tǒng)中，并將綠色高鐵作為建設(shè)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，因此創(chuàng)造性地提出了線上、線下全方位的光伏接入鐵路項(xiàng)目。在整個(gè)用電過(guò)程中，充分利用鐵路沿線柵欄內(nèi)陽(yáng)面護(hù)坡、預(yù)留地等閑置空間安裝光伏發(fā)電設(shè)備。項(xiàng)目總裝機(jī)容量預(yù)留地等閑置空間安裝光伏設(shè)備。將光伏設(shè)備接入400V低壓系統(tǒng)之后，利用項(xiàng)目的總裝機(jī)量進(jìn)行供電節(jié)省了二次設(shè)備還有遠(yuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)的耗能，與接入中壓系統(tǒng)相比，投資更少，價(jià)格更低廉。

3.3.2 社會(huì)效益

我國(guó)是世界上軌道交通建設(shè)的佼佼者。軌道交通不僅是客流運(yùn)送的重點(diǎn)，還是城市發(fā)展的命脈。軌道交通建設(shè)既能改善人民的出行條件和生活質(zhì)量，還能帶動(dòng)當(dāng)前地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的戰(zhàn)略意義。光伏發(fā)電設(shè)備接入電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)之中，既可以改良軌道運(yùn)行的能耗結(jié)構(gòu)，又能夠充分利用土地資源。光伏發(fā)電設(shè)備還可以接入城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)之中，并將沿線的停車場(chǎng)空地、高架線路側(cè)欄和公路段上的路燈桿等處作為光伏發(fā)電設(shè)備的架設(shè)地點(diǎn)，不僅可以優(yōu)化城市空間布局，還能將其作為各種電力設(shè)備的輔助電源加以使用。

光伏發(fā)電設(shè)備接入軌道交通牽引供電系統(tǒng)，不僅有助于我國(guó)實(shí)現(xiàn)光伏設(shè)備在軌道交通中應(yīng)用的創(chuàng)新發(fā)展形式，還能創(chuàng)造一系列有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型尖端科技設(shè)備，并對(duì)于增強(qiáng)我國(guó)軌道交通高新技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際影響力起到重要的支撐作用，為我國(guó)成為交通強(qiáng)國(guó)的夢(mèng)想助力。光伏發(fā)電設(shè)備由于其優(yōu)秀的清潔性和環(huán)保性，在進(jìn)行軌道交通發(fā)展的過(guò)程中，優(yōu)良的環(huán)保效益使得光伏發(fā)電設(shè)備的效益得以不斷提高，使綠色交通成為可能。隨著高鐵利用率的不斷提升，其產(chǎn)生的社會(huì)效益也會(huì)不斷增多，最終使其響應(yīng)十九大報(bào)告中推進(jìn)“綠色交通”建設(shè)的準(zhǔn)則。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，光伏發(fā)電技術(shù)作為一種新型的綠色能源而廣泛地應(yīng)用在了各個(gè)領(lǐng)域之上，并且由于其充分發(fā)揮了其優(yōu)勢(shì)功能。在進(jìn)行新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，要明確認(rèn)識(shí)到光伏發(fā)電的系統(tǒng)的應(yīng)用性和優(yōu)勢(shì)，以確保其能夠在最大程度上得到發(fā)揮，為未來(lái)的綠色工程建設(shè)起到助推作用。

參考文獻(xiàn)

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