太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究

姚亞軍

（國(guó)家電投集團(tuán)江蘇電力有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215000）

太陽(yáng)能是世界公認(rèn)的清潔性能源，其不僅具有較大的應(yīng)用價(jià)值，而且具有環(huán)保性的顯著特點(diǎn)，隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的普及，得到了大眾一致的認(rèn)可與好評(píng)。目前，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)仍然維持清潔性、可持續(xù)發(fā)展性和環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，并在此基礎(chǔ)之上，側(cè)重于提高太陽(yáng)能光伏能源的利用效率。如此，便可在一定程度上起到保護(hù)環(huán)境并獲得能源的目的，賦予自然資源足夠的生命活力，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)

1.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)原理

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，能夠通過(guò)自身做功將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，其具有一定的能量調(diào)節(jié)與能量轉(zhuǎn)換的作用（通常情況下被稱(chēng)為“光伏電池”），在我國(guó)整體新能源之中占據(jù)主要地位，屬于我國(guó)目前應(yīng)用最廣泛的新能源之一。太陽(yáng)能之所以能夠轉(zhuǎn)換為電能，其主要原因就是“光生伏特”效應(yīng)（當(dāng)太陽(yáng)光或是其他光線照射在太陽(yáng)能電池表面之上時(shí)，太陽(yáng)能便可通過(guò)對(duì)光線的吸收，利用光生電子產(chǎn)生電能）。太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)一系列的變化與化學(xué)反應(yīng)，最后會(huì)呈現(xiàn)光生電子的離散現(xiàn)象，此種現(xiàn)象在一定程度上能夠促使異號(hào)電荷帶動(dòng)光生電子運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電壓。若此時(shí)，將太陽(yáng)能所產(chǎn)生的電能的兩極，進(jìn)行負(fù)極連接，則在2個(gè)負(fù)極的連接處會(huì)產(chǎn)生光生電流，進(jìn)一步加劇功率的流失幾率，就能實(shí)現(xiàn)從太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)變[1]。

1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢(shì)

太陽(yáng)能與普通電能相比具有2個(gè)顯著的特點(diǎn)，一是具有清潔性與節(jié)能性，二是具有能源儲(chǔ)備豐富，涉及范圍較廣的特性，其主要表現(xiàn)在：

其一，清潔性與節(jié)能性。太陽(yáng)能與普通電能最根本的區(qū)別就在于其自身具有一定的清潔性與節(jié)能性，不僅可以節(jié)約電能的使用，而且還能夠確保在使用過(guò)程中不對(duì)自然環(huán)境造成污染，維持我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國(guó)對(duì)太陽(yáng)光的應(yīng)用范圍較廣、涉及領(lǐng)域較多，因此，太陽(yáng)能被稱(chēng)為光伏發(fā)電。將太陽(yáng)光的光能轉(zhuǎn)變成人們生活、工作及企業(yè)發(fā)展所需要的電能，不需要經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，如此便賦予了太陽(yáng)能簡(jiǎn)單性、敏捷性的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，能夠更好地滿足人們的需求[2]。

其二，能源儲(chǔ)備豐富性、應(yīng)用范圍廣泛性。太陽(yáng)能相比其他能源具有較為明顯的分布特點(diǎn)，其分布范圍極為廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域繁多，是促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)的因素之一。太陽(yáng)能源的儲(chǔ)備十分豐富，且目前呈現(xiàn)出取之不盡、用之不竭的現(xiàn)象，能夠良好地解決人類(lèi)能源緊缺的問(wèn)題。另外，太陽(yáng)能具有較強(qiáng)的環(huán)保性特點(diǎn)，不會(huì)在使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成污染，而又分布廣泛，便于人們收集與利用。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能的充分運(yùn)用，我國(guó)其他能源指標(biāo)的使用量明顯下降，有效阻止了自然環(huán)境的進(jìn)一步惡化。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 通信工程與太陽(yáng)能照明燈

太陽(yáng)能光伏發(fā)電在我國(guó)的通信領(lǐng)域中得到了較為廣泛的運(yùn)用，尤其是通信工程方面，包括衛(wèi)星通信工程、光纜通信工程等，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)展現(xiàn)得淋漓盡致[3]。

太陽(yáng)能照明燈在我國(guó)應(yīng)用較為普遍，其主要是在白天通過(guò)吸收太陽(yáng)光作為自身運(yùn)作的主要能源，在此過(guò)程之中，太陽(yáng)能照明燈會(huì)利用自身電池儲(chǔ)備系統(tǒng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)電能后儲(chǔ)備在電池之中。如此，夜間太陽(yáng)能照明燈便會(huì)釋放出太陽(yáng)能電池中所儲(chǔ)備的電能，進(jìn)而可為太陽(yáng)能照明燈的夜間工作提供相應(yīng)的電能，確保夜間照明的持續(xù)性。通常情況下，一套完整的太陽(yáng)能照明燈系統(tǒng)具有光源、太陽(yáng)能儲(chǔ)蓄電池、電池板及相應(yīng)的電量控制器等設(shè)備，一方面便于太陽(yáng)能照明燈產(chǎn)生直流電，另一方面也可通過(guò)太陽(yáng)能照明燈的內(nèi)置逆變器轉(zhuǎn)換成220 V的交流電，而后再將220 V的交流電供應(yīng)到太陽(yáng)能照明燈的照明系統(tǒng)之中，維持太陽(yáng)能照明燈的亮度與運(yùn)作時(shí)長(zhǎng)，具體運(yùn)作原理如圖1所示。

圖1 太陽(yáng)能離網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行原理圖

將太陽(yáng)能照明燈與我國(guó)傳統(tǒng)路燈進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能照明燈的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)點(diǎn)較為明顯。事實(shí)上，太陽(yáng)能照明燈所應(yīng)用的是一種亮化照明技術(shù)，其具有單次投資、長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)、費(fèi)用較少、安裝與使用便捷、無(wú)須后期專(zhuān)業(yè)維護(hù)和壽命較長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)。且其在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)被外部環(huán)境所覆蓋，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)樘?yáng)能照明燈的正常運(yùn)行，為自然環(huán)境帶來(lái)破壞，對(duì)于各項(xiàng)投入資金沒(méi)有較高要求，進(jìn)而具有降低各環(huán)節(jié)費(fèi)用支出的作用，真正做到太陽(yáng)能照明燈使用過(guò)程中的“一舉多得”。但是目前太陽(yáng)能照明燈的使用還存在一定的局限性，雖然此種局限性不是不可打破的，只是依據(jù)我國(guó)目前技術(shù)還暫時(shí)難以達(dá)到[4]。如太陽(yáng)能照明燈造價(jià)較高、功率相比普通路燈較小及太陽(yáng)能照明燈所應(yīng)用的電池板會(huì)對(duì)城市景觀的美觀度產(chǎn)生一定負(fù)面影響。總體分析，太陽(yáng)能照明燈優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，目前市場(chǎng)的流通性較好，應(yīng)用范圍也比較廣泛，具有良好的發(fā)展前景。

2.2 太陽(yáng)能水泵

太陽(yáng)能水泵的基本原理來(lái)自太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，且其在水泵的制造中得到了廣泛的運(yùn)用，不僅進(jìn)一步促進(jìn)了水泵良好運(yùn)行，而且還在原有的水泵制造基礎(chǔ)上，徹底打破了蓄電池發(fā)電的必要環(huán)節(jié)，提升了水泵的運(yùn)行效率，降低了水泵的使用與維修難度及水泵價(jià)格。通常情況下，我國(guó)所應(yīng)用的太陽(yáng)能水泵在光能水泵站中，都會(huì)設(shè)置相應(yīng)的逆變器，用于促進(jìn)電池板中交流電與直流電之間的相互轉(zhuǎn)換，此種轉(zhuǎn)換可為太陽(yáng)能水泵的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)奠定良好基礎(chǔ)，同時(shí)可以為其創(chuàng)造一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，維持太陽(yáng)能水泵的工作效率[5]。

太陽(yáng)能屬于清潔能源，具有一定的節(jié)能性與環(huán)保性，因此，太陽(yáng)能水泵，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，所需要耗費(fèi)的運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于其他水泵，可以在很大程度上節(jié)約水泵的后期維修與保養(yǎng)費(fèi)用。但太陽(yáng)能水泵的運(yùn)用需要足夠的太陽(yáng)能源作為基礎(chǔ)支持，同時(shí)也需要較強(qiáng)的光儲(chǔ)條件，才能夠確保太陽(yáng)能水泵正常運(yùn)行。

2.3 動(dòng)車(chē)組太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)

我國(guó)高鐵建設(shè)堪稱(chēng)世界第一，在高鐵的建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)所產(chǎn)生的積極影響毋庸置疑，我國(guó)借助MATLAB系統(tǒng)，在很大程度上促進(jìn)了高鐵事業(yè)中動(dòng)車(chē)組的系統(tǒng)完善程度與發(fā)展速度，其構(gòu)造如圖2所示。

圖2 動(dòng)車(chē)組光伏系統(tǒng)構(gòu)造圖

此系統(tǒng)的主要構(gòu)造包括光伏陣列、蓄電池和控電器等系統(tǒng)。其中最為主要的是動(dòng)車(chē)組所配置的光伏列陣，通常情況下，光伏列陣需要結(jié)合動(dòng)車(chē)的具體情況進(jìn)行動(dòng)車(chē)電池組的設(shè)置，進(jìn)而開(kāi)展電池組相關(guān)配置的選擇。在實(shí)際工作過(guò)程中，電池組件的相關(guān)構(gòu)造，必須嚴(yán)格按照工程的實(shí)際要求與動(dòng)車(chē)的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)，并通過(guò)加強(qiáng)串聯(lián)電池與并聯(lián)電池之間的相互作用，為太陽(yáng)能光伏電池組件提供一定運(yùn)行保障與運(yùn)行依據(jù)[6]。

2.4 光伏建筑一體化

我國(guó)對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用范圍極為廣泛，尤其是在各項(xiàng)建筑及安裝過(guò)程中對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要，如今，我國(guó)已經(jīng)成功利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)達(dá)到了光伏建筑一體化的目標(biāo)。其中的運(yùn)作原理也較為簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)對(duì)工程建筑物的頂部安裝相應(yīng)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)組件，或具有類(lèi)似原理的雙玻組件，而后將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)連接到建筑施工所運(yùn)用的電路之上[7]。如此，可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽_保能夠?qū)⑺a(chǎn)生的電能的補(bǔ)償性作用全面發(fā)揮出來(lái)，達(dá)到在保障工程施工正常用電的基礎(chǔ)之上，有足夠支撐電子設(shè)備正常運(yùn)行電網(wǎng)的目標(biāo)。在建筑工程的施工過(guò)程中，很可能會(huì)因?yàn)樽匀画h(huán)境因素或是人為因素及供電不足等情況，造成工程斷電，嚴(yán)重影響建筑施工工作的順利開(kāi)展，此時(shí)便可應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，維護(hù)各項(xiàng)建筑機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

依據(jù)我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用程度分析，光伏建筑一體化具有良好的發(fā)展前景與巨大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，目前，我國(guó)已經(jīng)在工程建筑的諸多方面應(yīng)用了光伏建筑一體化技術(shù)，并取得了良好的成效，且其自身的技術(shù)完善度較高，具有一定的工程施工保障性。但目前，我國(guó)對(duì)于光伏建筑一體化還處于初級(jí)探索階段，若要進(jìn)一步深度挖掘光伏建筑一體化的應(yīng)用領(lǐng)域與應(yīng)用方式，以及完善其組件性能，都還需要更大的投資成本與科研時(shí)間[8]。

總體分析，太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，無(wú)論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)都起到了良好的核心支撐作用。從理論角度分析，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)只需要充足的太陽(yáng)光，對(duì)于供電器及其他發(fā)電環(huán)境并沒(méi)有嚴(yán)格要求，上至國(guó)家航天技術(shù)，下至家庭用電，都可以通過(guò)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)來(lái)達(dá)成。目前，市場(chǎng)上不乏各式各樣的太陽(yáng)能小玩具，以及兆瓦級(jí)電站，其主要原理都是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，由此可見(jiàn)，我國(guó)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電方面的應(yīng)用幾乎已經(jīng)滲透到了人們的生活與工作之中。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的廣泛運(yùn)用，在很大程度上幫助我國(guó)節(jié)約了其他發(fā)電資源，提高了人民的整體生活水平[9]。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展建議

3.1 提高轉(zhuǎn)換效率

由于在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，太陽(yáng)能電池所占的整體比例較大，因此，可根據(jù)實(shí)際需要開(kāi)發(fā)不同類(lèi)型及不同型號(hào)的太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)光的輻射較為集中之時(shí)，便可促進(jìn)太陽(yáng)能電池充分發(fā)揮自身效應(yīng)，確保太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換率。但其耗費(fèi)材料較多，可能會(huì)導(dǎo)致材料成本迅速上升，進(jìn)而形成大量現(xiàn)金外流的現(xiàn)象。針對(duì)此點(diǎn)，我國(guó)一方面可以加大對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)研究的投資力度，另一方面也可加大對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的政策支持力度，提高我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)水平，減少材料耗費(fèi)量[10]。

3.2 維持現(xiàn)狀、注重創(chuàng)新

我國(guó)現(xiàn)階段光伏產(chǎn)業(yè)雖然較為普遍，但其實(shí)際發(fā)展卻較為緩慢，若要達(dá)到太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，一方面需要我國(guó)出臺(tái)相應(yīng)的政策進(jìn)行支持，另一方面也需要我國(guó)加大資金投資力度，為其提供科研器材，全力做好太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃與布局。另外，還需要我國(guó)全力探索太陽(yáng)能的應(yīng)用領(lǐng)域，爭(zhēng)取將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)所應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)成本降到最低，以確保我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)水平穩(wěn)步提升。

3.3 擴(kuò)大太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)面積

目前我國(guó)個(gè)別省份提出將光伏發(fā)電作為城市可持續(xù)發(fā)展的奮斗目標(biāo)之一，將其運(yùn)用到居民生活、工作、企業(yè)及工業(yè)發(fā)展之中去，最大程度上減少城市的傳統(tǒng)用電量，進(jìn)而降低城市用電成本。因此，我國(guó)可依據(jù)目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況與領(lǐng)域，在城市居民樓及商業(yè)樓盤(pán)等建筑物的屋頂建立光伏發(fā)電系統(tǒng)，以此滿足整個(gè)城市的用電需求，同時(shí)達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。另外，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用范圍較為廣泛，尤其是針對(duì)西北及荒漠地區(qū)，具有用電需求較大、供電不足的特征，可嘗試將太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用在此類(lèi)地區(qū)，進(jìn)一步豐富當(dāng)?shù)氐恼彰髻Y源，滿足當(dāng)?shù)厝嗣竦挠秒娦枨蟆４送猓€可以應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，對(duì)西北地區(qū)獨(dú)特的地理環(huán)境進(jìn)行美化，開(kāi)發(fā)旅游景點(diǎn)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步向前。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加大太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用力度，擴(kuò)大太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用范圍，是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。開(kāi)展對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的研究，不僅可以充分運(yùn)用太陽(yáng)資源，而且還可以滿足人們的用電需求，避免傳統(tǒng)用電模式對(duì)自然環(huán)境造成污染。目前，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)雖然發(fā)展較為緩慢，但依舊穩(wěn)步向前，相信在不久的將來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)將會(huì)完全融入到人民的生活與社會(huì)的發(fā)展之中。