太陽能光伏發電技術及其應用探討

楊洪濤

【摘 要】目前新型可再生能源包含太陽能、水能、風能、地熱等，其中太陽能儲量大，使用安全、清潔，具有非常廣闊的應用和發展前景。當前在太陽能發電方面的研究包含熱發電和光伏發電等形式，其中，太陽能光伏發電能夠實現太陽能與電能之間的直接轉換，不需要消耗燃料，清潔、無污染，使用過程中不會受到地域等因素限制，能夠較為容易的結合建筑物使用。針對太陽能的利用，光伏發電屬于一種新的技術類型，我國光伏發電產業發展迅猛，文章就此展開了研究分析。

【關鍵詞】太陽能;光伏發電技術;應用探討

1太陽能光伏發電技術簡介

作為太陽能發電技術中的主要利用方式，其可以利用半導體材料的光伏效應來實現從太陽能到電能的直接轉化。根據所選電池材料以及制造工藝的不同，光伏發電技術可以分薄膜太陽能電池技術、晶硅太陽電池技術技術、聚光太陽電池技術以及新型太陽能電池技術。光伏發電技術的結構以及基本原理相對簡單，且電站建設周期比較短，設備運行和日常維護也比較簡單，因此能夠進行應用和開發的地區相對比較廣泛，另外由于光伏發電屬于靜態發電，無需機械轉動，沒有磨損，因此不會產生噪聲。通常光伏發電的選址會比較容易，建站前期投資較小，一般大型光伏發電站的建設時長不超過半年。通常光伏電站的系統組件是由逆變器以及光伏組件組成的，因此電站運行不需要燃料，基本上可以實現無人值守，成本比較低。此外，光伏電站的應用形式比較多，主要分為大型并網電站、離網光伏以及分布式建筑光伏，其中大型并網電站的度電成本低，主要建設與平坦開闊陽光充足的地面;離網光伏主要用于解決偏遠地區電力供應;分布式建筑光伏則依托建筑設立，主要接到配電網中從而完成就地消納。盡管光伏電站有著很多優點，但缺陷也比較明顯，太陽能發電有著一定的間歇性和不穩定性，特別是在沒有陽光照射或陽光較少的陰雨天，光伏發電波動性、間歇性明顯。

2太陽能光伏發電技術

2.1太陽能電池技術

（1）硅基電池。目前的商業太陽能電池中使用比較普遍的為電池和化學電池。硅基太陽電池中大概可以分為晶體硅和非晶體硅，其中的晶體硅又可以分為單晶硅電池和多晶硅電池。單晶硅光伏電池的優勢在于轉換的效率比較多、具有較高的穩定性，缺點是成本比較高;多晶硅電池中轉換的效率雖然比較低，但是其性價比比較高，成本比較低，因此是目前市場中使用率最高的太陽能電池。目前我們將硅薄膜光伏發電作為晶硅光伏發電技術中的主要研究方向，硅薄膜太陽能電池的主要優勢是在傳統的玻璃材料等上加裝硅薄膜，做成支持襯底，形成太陽能電池，硅薄膜太陽能電池在材料的消耗上更加節省，成本比較低，能耗的消耗比較小，但是其制作的工藝流程比較復雜。（2）化合物半導體電池。實際中的半導體硅材料價格十分的昂貴，但是化合物半導體的成本就很低，其中利用化合物半導體制作而成的電池主要有CdTe 電池和CIGS 電池兩種?；衔锇雽w的優勢在于能夠通過調節之間的體能隙寬度，從而有效的和太陽光譜進行匹配，將光能轉變為電能的效率進一步提升。CdTe 電池在理論上能夠將30%左右的光能轉變為電能，具有穩定性強、成本較低的優勢。能源的轉換過程中會產生有毒的金屬Cd，對環境產生污染，根據我們的實際研究和分析發現，在轉變電能相同的情況下，CdTe與石油、晶體硅電池等相比較，產生的重金屬量是最少的。

2.2聚光光伏技術

地表太陽能密度低，為了提高太陽能利用有效性，聚光光伏技術可發揮重要價值，該技術的使用不僅可實現對太陽光的聚集，集中在較小面積的聚光電池上，確保太陽光有足夠的輻射能量密度，同時，還能夠使用低廉聚光器取代太陽電池，實現對整個光伏發電系統成本的有效控制。在聚光光伏系統中，聚光器屬于主要組成結構，根據光學原理的不同，可以將其分為折射、反射、熱光伏、全息等不同類型聚光器。熱光伏聚光器主要是利用太陽對輻射器加熱，完成光電轉換。

2.3孤島效應保護技術

孤島效應，具體是指電網中的一些線路因為要維修或出現故障時會停電，停電線路會通過并網發電裝備繼續供應電能，同時協同附近負載組成一個自給自足的供電孤島。出現此效應再來較多不良影響：第一，讓頻率與電壓波動現象越來越嚴重，有時還會失控，進而損壞電網與用戶設施;第二，把孤島系統再次連接到電網中時，重合閘以后，系統內的分布式發電裝備若和電網無法同步，會讓電路斷路器裝備遭到破壞，而且還會出現較大的沖擊電流，進而損壞孤島系統內的相關裝備，有可能發生再次跳閘的情況。第三，這一效應無法徹底根除故障問題，損壞電網設施，而且影響電網常規供電的手動或者自動回復。第四，讓某些被視為已和電源斷開連接的線路帶電，嚴重威脅工作人員的人身安全。但若是清除了現階段出現的經濟與技術阻礙，搭配運用一些新興的控制對策，同時重新設計分布式發電體系的構造，那么孤島效應可以提升某些負荷供應的安全性與穩定性。

3太陽能光伏發電技術的應用

3.1工業和通信行業

當前，很多工業、通信喝科學領域都開始廣泛的使用光伏發電技術，因為這能在很大程度上降低突發事件或者氣候對工作的影響。在工業生產領域，光伏發電應用主要有石油管道的陰極保護、水文觀測系統的技術支撐、水閘的陰極保護以及氣象地震臺運行的技術支撐等;在科技通信領域，光伏發電主要應用在太陽能無人值守微博中繼站、高密性光纜維護站以及農村地區的載波電話光伏系統等。

3.2光伏建筑一體化

早在20世紀90年代，就提出光伏發電與建筑物集成化概念，當前在世界范圍光伏發電方面研究重視度越來越高。將光伏發電與建筑物相結合具體有兩種不同形式，一種是對光伏器件和建筑物集成化發展，利用光伏電池板替代普通玻璃幕墻，直接吸收太陽能，通過這一方式，不僅可以作為建材使用，同時還能夠有效供電，控制光伏發電成本;另一種是在建筑屋頂按照平板光伏器件，將光伏與電網并聯提供電力供應，形成聯網光伏系統。當前市場上出現有彩色光伏模塊，以此代替墻體外飾材料，能夠在發揮發電作用的同時提高建筑外觀美觀性。需要注意的是《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》（JGJ203-2010）的相關要求，在對太陽能光伏組件進行設置的過程中，必須確保前排光伏組件于冬至日的上午九點到下午三點之間不會對后排光伏組件形成遮擋，可以借助相應的Ecotect軟件開展相應的遮擋分析，最終將相鄰兩排光伏組件的距離控制在1400mm。

3.3農村和邊遠地區

眾所周知，農村地區各方面的發展速度都慢于城市地區，其中尤其突出的就是電力資源建設與制造。農村地區的用電不同與城市地區，居民生活和基本工作用電隨時隨地都有保證，因為交通和經濟等多方發展因素的限制，電力資源沒有良好的發展條件。而太陽能光伏發電的功能和優勢正好彌補了農村地區的條件限制，農村地區的空曠陸地能更有效的收集太陽能資源，因此農村地區基于對電能的需求和自身條件的優勢，大大的助力了太陽能光伏發電技術的發展和應用，當前較常的應用有小型風光互補發電系統、太陽能水泵、獨立光伏電站和太陽能照明燈等。

4結束語

總之，太陽能光伏發電技術的有效應用很大程度上解決了偏遠地區的電能供應難題，并在社會發展層面上有效緩解了能源短缺問題，大大提高了能源替代的可能性。盡管我國在研究和應用太陽能光伏發電技術的過程中還存在諸多問題與不足，但經過科研人員的不斷努力，在未來的發展中一定能突破技術上的一些瓶頸，讓太陽能光伏發電技術的應用前景更加廣闊。

參考文獻：

[1]胡云巖，張瑞英，王軍.中國太陽能光伏發電的發展現狀及前景[J].河北科技大學學報，2014，3501：69-72.

（作者單位：國網山西省電力公司大同供電公司）