太陽能光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展

呂彥昭

中國電建集團吉林省電力勘測設計院有限公司 吉林長春 130000

1 太陽能發(fā)電技術(shù)

1.1 光伏發(fā)電技術(shù)

光伏發(fā)電技術(shù)是一種直接將太陽光的輻射能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。它主要利用的是半導體PN 結(jié)的光生伏特效應。當太陽光照射在PN 結(jié)上時，部分光被反射，其余部分能量中的光子將半導中的電子從共價鍵中激發(fā)，形成空穴- 電子對。在PN 結(jié)內(nèi)建電場的作用下，發(fā)生擴散運動，空穴由N 區(qū)流向P 區(qū)，電子由P 區(qū)流向N 區(qū)，接通外電路后就形成電流，太陽能便被轉(zhuǎn)化為電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過太陽能電池板將太陽的輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。它一般由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組、直流-交流逆變器、直流負載、交流負載等部分組成，具體組成情況如圖1 所示。

圖1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)圖

1.2 光熱發(fā)電技術(shù)

光熱發(fā)電技術(shù)是利用光學的反射或折射原理，將光能聚集到點或線上，利用集熱器吸收儲存太陽能的熱量，再通過熱交換系統(tǒng)將熱量傳遞給流體，從而產(chǎn)生高溫蒸汽，推動汽輪機及發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)，最終產(chǎn)生電能[1]。

光熱發(fā)電技術(shù)又稱 “聚光太陽能發(fā)電”，是太陽能利用的一個重要方向。其特點是在夜間依然可以持續(xù)發(fā)電，電力輸出平穩(wěn)。根據(jù)聚光方式的不同，光熱發(fā)電主要分為槽式、塔式、菲涅爾式和碟式四類。最為常見的是槽式發(fā)電系統(tǒng)，利用多組槽式拋物面反射鏡聚光系統(tǒng)，將太陽光聚焦到集熱器上；塔式發(fā)電系統(tǒng)，又稱集中型發(fā)電系統(tǒng)，利用眾多獨立跟蹤太陽光的平面定日鏡反射原理，將光能集中到設置于高塔頂部的吸熱器上；線性菲涅爾式光熱發(fā)電系統(tǒng)則是通過跟蹤太陽運動的菲涅爾式反射鏡，將太陽光匯集到上方固定的吸熱管上；還有一種碟式發(fā)電系統(tǒng)，其反射鏡采用碟狀拋物面鏡，將太陽光聚集到集熱器焦點處，焦點處安裝斯特林發(fā)電機，完成發(fā)電。

1.3 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用了將光伏發(fā)電技術(shù)與建筑工藝兩者融合，具有方便、環(huán)保和輕捷等特點。該系統(tǒng)在太陽能電池吸收太陽能后變成直流電，然后通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出與電網(wǎng)同伏的交流電。光伏電站發(fā)電的使用遍及千家萬戶，成為發(fā)電領(lǐng)域使用最頻繁的發(fā)電技術(shù)。相對于水力、火力發(fā)電技術(shù)來說光伏電站發(fā)電既不污染環(huán)境也節(jié)省了成本。近年來，隨著國家對光伏電站發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和深入了解，光伏電站逐漸由離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。傳輸距離也從最初的短距離傳輸發(fā)展為遠距離傳輸。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢在于靈活多變，但是也具有一定的局限性，于是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應運而生。并網(wǎng)光伏發(fā)電太陽能板的放置位置可以在屋頂也可以放置在地面上[2]。

2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景

電能作為生活發(fā)展必要的能源，在人們的生產(chǎn)生活中已經(jīng)不可取代。近年來光伏電站發(fā)電技術(shù)已逐漸普遍，遍布到人們生活的方方面面。屋頂設置太陽能板是現(xiàn)在居民應用最多、最簡單的太陽能發(fā)電技術(shù)。隨著可再生能源太陽能的利用優(yōu)化，它不斷創(chuàng)新與發(fā)展，現(xiàn)在光伏電站發(fā)電技術(shù)在不斷應用與發(fā)展。所以近年來企業(yè)和國家政府對光伏電站發(fā)電技術(shù)投入了大量的人力、物力，并不斷開發(fā)光伏電站發(fā)電技術(shù)。這體現(xiàn)了國家對于光伏電站發(fā)電技術(shù)的重視。

太陽能發(fā)電技術(shù)中的光伏發(fā)電起步較早，加上各國在政策和資金方面投入力度較大，得到了長足的發(fā)展。雖然目前仍存在效率偏低、隨機性和波動性較大、原材料生產(chǎn)能耗大等弊端。但仍是今后太陽能發(fā)電中的重要組成，在保護環(huán)境和節(jié)能減排方面發(fā)揮積極作用。光熱發(fā)電不但可在夜晚或弱光條件下工作，而且輸出穩(wěn)定，與電網(wǎng)匹配性好，是太陽能發(fā)電技術(shù)中的一支潛力股。太陽能熱風發(fā)電和太陽池發(fā)電目前還處在理論分析和實驗階段，規(guī)模化推廣還需一定的時間。

光伏電站未來的發(fā)展前景是光明的同時也是具有挑戰(zhàn)的。在國家對資源和能源進行優(yōu)化整合的大背景下，光伏電站技術(shù)的發(fā)展符合國家政策。未來光伏電站的發(fā)展前景主要集中在對于CIGSBIPV 系統(tǒng)的研發(fā)和應用。首個光電建筑（BIPV）的研發(fā)成功將使光伏產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)從密集地面站到分布式發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。BIPV 系統(tǒng)將具有無可估量的未來價值，它經(jīng)過不斷的發(fā)展將會是光伏技術(shù)上的一次重大變革[3]。

3 結(jié)語

全球面臨著嚴重的資源匱乏問題，新能源的開發(fā)和利用因此受到了廣泛關(guān)注。太陽能作為取之不竭的能源寶藏，如何對其進行深度開發(fā)，是值得人類長期探討和研究的話題。太陽能發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)能源相比，盡管存在效率偏低、功率輸出受制于天氣因素等缺點，但我們建立多種能源互補的發(fā)電系統(tǒng)，如太陽能燃煤機組互補、太陽能燃氣聯(lián)合循環(huán)互補等，實現(xiàn)多能源的高效利用，減少有害物質(zhì)的排放，進一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)效率。相信太陽能發(fā)電技術(shù)一定能夠在不久的將來成為能源轉(zhuǎn)型的重要支撐，大幅度補充能源短板，在經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。