太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用

程曉芳 郭峰

【摘要】鑒于太陽能取之不竭，用之不盡。太陽能的獲取不受地域限制，太陽能已經(jīng)成為人類使用能源的重要組成組分，并不斷得到發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電是一種可替代傳統(tǒng)能源的新興的可再生資源。本文從太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用角度出發(fā)，重點闡述了太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用、中規(guī)模應(yīng)用和小規(guī)模應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電系統(tǒng);蓄電池;規(guī)模應(yīng)用

在當(dāng)今遭遇能源危機(jī)及環(huán)境污染等重大問題面前，太陽能展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。太陽能是一種清潔、環(huán)保、安全的可再生資源，人類對太陽能的利用主要是光熱利用、光化學(xué)利用和光電應(yīng)用。太陽能的光伏發(fā)電也就是說，利用太陽能電池的光生伏特效應(yīng)，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能。在各國政府的政策法規(guī)強(qiáng)力支持和技術(shù)的推動下，光伏產(chǎn)業(yè)自20世紀(jì)90年代進(jìn)入了快速發(fā)展時期，光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今發(fā)展最快的技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一[1]。

太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用按規(guī)?？梢苑譃榇笾行∪?，其中大規(guī)模應(yīng)用主要是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的獨立光伏發(fā)電站和混合式光伏發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電站等;中規(guī)模應(yīng)用主要用于通訊、交通設(shè)施燈、工業(yè)和城市與建筑結(jié)合的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用等;小規(guī)模應(yīng)用指比用戶系統(tǒng)規(guī)模還要小的類型，如太陽能日用電子產(chǎn)品。

一、大規(guī)模應(yīng)用

1.獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)也被稱為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)電方式不與電網(wǎng)相連，只靠太陽能電池供電。通常用作便攜式設(shè)備的電源，給遠(yuǎn)離國家電網(wǎng)的地區(qū)或者設(shè)備供電。

直流光伏發(fā)電系統(tǒng)，分為無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)和有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種。無蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)，不需要蓄電池儲能，這樣可以提高太陽能利用效率。其特點是用電負(fù)載為直流負(fù)載，主要在白天使用。太陽能電池直接與用電負(fù)載相連，有光照時可以發(fā)電供負(fù)載不限時間的工作，沒有光照時就停止工作。其典型應(yīng)用時太陽能光伏水泵。有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)，有光照時可以發(fā)電供負(fù)載使用，同時可以向蓄電池存儲電能。在晚上或者陰雨天沒有光照時，由蓄電池向負(fù)載供電。其應(yīng)用很廣泛。

交流光伏發(fā)電系統(tǒng)與直流光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，需要交流逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，為交流負(fù)載供電。

2.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池組件，在有光照時將轉(zhuǎn)換的直流電通過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)需求的交流電之后直接與電網(wǎng)相連。產(chǎn)生的電能除了供給交流負(fù)載外，多余的反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或者晚上沒有光照時，由電網(wǎng)供電。并網(wǎng)發(fā)電不需要用蓄電池儲能，這樣既可以節(jié)省蓄電池的費用，又可以充分利用太陽能光伏組件所發(fā)的電能而減小能耗，進(jìn)而可以降低太陽能發(fā)電的成本。由此看到，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與國家電網(wǎng)相連，把太陽能轉(zhuǎn)換成電能，是當(dāng)今世界太陽能光伏發(fā)電的主流趨勢。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種形式：集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電，指所發(fā)電能被直接輸送到公共電網(wǎng)，由公共電網(wǎng)統(tǒng)一分配到用戶，與公共電網(wǎng)之間的電力交換是單向的。這種發(fā)電方式投資大，占地面積大，沒有太大的發(fā)展空間，一般都是國家投資建的大型光伏發(fā)電站。比如荒漠上的光伏電站常采用這種方式并網(wǎng)發(fā)電。

分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電，又被稱為分散式并網(wǎng)光伏發(fā)電或者住宅用并網(wǎng)光伏發(fā)電。指在有太陽光照時，將太陽能轉(zhuǎn)換的電，經(jīng)過輸送、逆變成交流電直接分配到住宅內(nèi)的用電負(fù)載上，多余或者不足的電力通過連接公共電網(wǎng)來調(diào)節(jié)，與公共電網(wǎng)的電力交換可能是雙向的，適用于小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3.混合式光伏發(fā)電系統(tǒng)?；旌鲜焦夥l(fā)電系統(tǒng)不但使用太陽能電池組件發(fā)電，還使用各種發(fā)電技術(shù)，如燃油發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電等。與單獨太陽能光伏發(fā)電相比，其對天氣的依賴性相對較小，但系統(tǒng)控制相對復(fù)雜，安裝工程量大，而且存在噪音和污染。

混合式光伏發(fā)電系統(tǒng)典型應(yīng)用為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)[2]。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，沒有光照時由風(fēng)能發(fā)電，有光照時由太陽能發(fā)電，在既有風(fēng)又有光照時兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了不分晝夜、不分季節(jié)的發(fā)電，比單獨的太陽能更使用。

具體特點：

（1）利用太陽能和風(fēng)能的互補(bǔ)性，無需外接供電，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性;

（2）在保證同樣供電的情況下，可大大減少蓄電池的容量;

（3）可以獨立供電，在遇到自然災(zāi)害時用戶的用電不受影響;

（4）低壓供電，運行安全，維護(hù)簡便;

（5）減少了電力設(shè)施建設(shè)和維護(hù)開支，節(jié)約成本?？偠灾l(fā)展風(fēng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)有著廣闊的前景。

二、中規(guī)模應(yīng)用

在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，如航標(biāo)燈、交通信號燈、交通警示燈、交通標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、鐵路信號等、公路道班供電等。在通訊、通信領(lǐng)域的應(yīng)用，如無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播電源系統(tǒng)、衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)等。在石油、海洋領(lǐng)域的應(yīng)用，如石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象觀測設(shè)備等。

太陽能光伏發(fā)電的另一個很重要的應(yīng)用是光伏建筑一體化的發(fā)電系統(tǒng)[3]，使光伏發(fā)電與建筑物結(jié)合，讓太陽能電池光伏組件作為建筑物的一部分，用建筑物的迎光面，吸收太陽輻射能直接變成電能，使大型建筑在未來實現(xiàn)電能自給自足。鑒于其投資小、建設(shè)周期短、占地面積小等優(yōu)點是未來的發(fā)展方向。

三、小規(guī)模應(yīng)用

太陽能日用電子產(chǎn)品。如太陽能庭院燈、路燈、草坪燈;太陽能電池充電器;太陽能電池路燈;太陽能電池手表、計算器;太陽能電池帽;太陽能電池電動玩具;太陽能電池?fù)Q氣扇等。

參考文獻(xiàn)

[1]太陽能光伏網(wǎng)站.http：//solar.ofweek.com.

[2]尹靜，張慶范.淺析風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)[J].變頻器世界， 2008（8）：43-45.

[3]尤文志.太陽能光伏建筑一體化[J].建筑節(jié)能，2009 （7）：1-9.