太陽能發電技術及其發展趨勢和展望

李紅亮

內蒙古第三電力建設工程有限責任公司 內蒙古包頭 014030

人類社會的快速發展，對能源的需求在不斷增加，但是人類主要應用的是石化這類不可再生能源，需要面臨能源枯竭的問題和環境問題。為了改變這樣的情況，必須加強對各種綠色能源的研究，而太陽能作為在地球上分布最廣泛的資源，有著極高的發展潛力，因此需要合理利用太陽能資源，滿足人類的能源需求。

1 太陽能發電技術概述

1.1 太陽能光伏發電技術原理

光伏發電技術是一種將太陽光的輻射直接轉化為電能的發電模式，并借助半導體PN 結的光生伏特效應，當太陽光照射在PN 結上時，部分光被反射，其余部分轉變為熱能或者使光子與半導體的原子價電子發生碰撞，從而形成空穴電子對。若是將多個電池實行串聯或者是并聯的方式，接通外電路則會形成電壓和電流，將太陽能轉化成可以直接使用的電能[1]。根據時間可以將光伏發電分成三代，每一代的半導體類型都有所不同，導致在性能和效率上存在差異。第一和第二代光伏電池技術相對較為成熟，已經實行大規模的商業化生產。而第三代電池技術，現階段還處于在研發階段。

路燈數據的上報分為兩大類：主動上報，觸發型上報。其中主動型包括定時路燈狀態上報，心跳上報用以鏈路保活；觸發型上報為事件觸發弄的，如主動查詢，遠程控制等。

1.2 太陽能光伏發電分類

①大型并網電站。發電主要應用于并網，占地面積偏大、光照條件良好、規模相對較大、度電成本偏低，能夠實現遠程傳輸，但是需要進行無功補償。②離網型光伏。主要應用的范圍是無電區和偏遠地區等有關的用電問題。不需要并網，而且在陰雨天也可以供電，但是需要配備蓄電池等儲電裝置。③分布式光伏。主要是根據建筑特點而形成相應的設計，如屋頂太陽能發電和窗式太陽能發電等。其不但能夠應用于家庭照電，還可以接入配電網。其中并網電站主要趨向于大型化，在數量上增長相對較為緩慢。

2 光伏發電站發電技術

2.1 光伏建筑一體化技術

光伏建筑一體化技術是一種全新的技術，也是目前主要發展的重要技術，對提升能源利用率有很大的幫助。通過在建筑物上收集太陽能接收設備和儀器，就能在建筑物利用太陽能發電，達到光伏建筑一體化的目的。一般都會將太陽能電池板安裝在建筑墻壁表面，代替建筑物的玻璃幕墻，就可以吸收太陽的能量，有效利用太陽能。使用該技術可以讓建筑物具備發電能力，并為建筑物供電，從而有效地節約材料成本，具有非常高的實用性。同時，光伏材料有效設計也能提升建筑物的美觀性，提升城市的美化程度。

2.2 并網光伏發電

目前主要的光伏發電系統是地面光伏，具有規模大、建設方便的特點，但是在規模較大的情況下，對于土地要求也很高。由于我國的平原相對較少，因此傳統的光伏發電站推廣存在一定的困難。為此，分布式光伏發電站成為了光伏發電站發展的主要方向，分布式光伏發電站能夠利用建筑物屋頂進行光伏布置工作，可以解決地面光伏對面積的需求，同時也能提供足夠的電力，并充分發揮了現有建筑資源的優勢。而且，使用分布式光伏發電站也有利于在脫貧工作中使用，可以為貧困地區提供能源支持。

2.3 跟蹤系統

光伏發電站都處在固定的地點，而陽光在一年四季、一天中的不同時間照射角度是不斷發生轉變的，但是只有保證太陽能電池板正對太陽才能確保發電效率。為此，就需要利用跟蹤系統，接收陽光的光照方向，對太陽能電池板的方向作出調整，保證電池板始終正對太陽，處在最佳的發電狀態。世界上通用的太陽跟蹤控制系統都需要根據對安放點的經緯度計算太陽的入射角度，并將每個時刻的太陽位置儲存到跟蹤系統的單片機中。目前，國內已經開發出能完美跟蹤陽光角度的跟蹤系統，處于世界領先水平。

3 光伏發電技術發展趨勢

3.1 加強材料的研發

女人記得后來兩人在一起做愛的時候，男朋友總是壓在她的身子上說那句話，虎吃牛，虎吃牛呀。男朋友還趴在她耳根處問她，你愿意讓我吃嗎？女人滿臉通紅地說愿意，你想什么時候吃就什么時候吃。男朋友就說吃你一輩子，男朋友的話說過幾次便把女人說得淚流滿面，她很小父母親便離異了，她是靠姐姐微薄的工資讀完大學的呀，能有了一個男人呵護她、愛她這還不是福氣嗎？

太陽能光伏發電技術中，需要合理的選擇材料以提升能量的轉化效率，從理論上來講，需要將轉化效率保持在63.2%，但是在實際情況上很難達到。目前光伏發電中主要使用單晶硅電池板或者多晶硅電池板，一般轉化效率都在10%-15%。為提升能量轉化效率，德國采用將稀土元素Er 加入單晶硅中，將光電轉化率提升到了23%以上[3]。另一方面，當前的太陽能電池制造中大量使用了硅材料，這種材料的成本比較高，而且在制造上也需要較長的時間，因此會面臨一定的市場風險，所以目前還需要加強對新材料的研發。我國由陳海寧研發碳基鈣鈦礦作為全新的材料，具有成本低、工藝簡單的優點，在光電轉化率上也達到了18%。

3.2 光伏電站類型

并網光伏發電是太陽能組件產生的直流經過并網逆變器轉化成符合城市要求的交流電，然后并入公共電網的技術，其中包括帶蓄電池的并網系統和不帶蓄電池的電網系統。帶蓄電池的并網系統具有明顯的可調度性，能夠根據需求進入或者退出并網，而且還具備一定的電源功能，如果電網出現故障，可以進行緊急供電。帶蓄電池的并網光伏發電系統一般在民用建筑上，而不帶蓄電池的系統一般在較大的系統中，但是不具備調度功能[2]。并網光伏發電有集中式大型并網光伏發現，一般都是國家級電站，其特點在于能夠將所有的電能直接輸送到電網，然后由電網統一分配電力。

3.3 惡劣環境光伏發電站

在一些高原、荒漠地區，雖然環境惡劣，但是具有非常豐富的光能資源，這些地區擁有大量的光照，由于不適合人的居住并沒有獲得足夠的應用，導致了巨大的輻射量浪費。為此還需要提升光伏發電站的環境適應能力，滿足惡劣環境中的光伏發電需求，充分應用高原等地區的資源。

由于國際碳交易市場前景的不確定性，眾多參與方將希望寄托于國內碳交易市場的建立。受2012年1月1日起歐盟對飛經歐洲的航空公司征收“碳關稅”以及我國自主承諾單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%等因素影響，近兩年建立國內碳交易市場的呼聲很高。

4 結語

太陽能技術的發展和應用具有廣闊的前景，但是仍需要深入研發才能真正解決人類的能源需求。隨著太陽能應用領域的逐步成熟和擴展，必然會轉變人類的能源結構，減少環境污染，為人類的發展創造動力。