太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

劉躍偉

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平得到了提高，但是能源資源卻逐漸減少并受到污染，所以要想做到可持續(xù)發(fā)展就必須使用清潔能源，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)就是一個(gè)很好的選擇。文章從太陽電池的基本原理和光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢、光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及各部分功能以及應(yīng)用三個(gè)方面入手，論述了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電技術(shù)；清潔能源；太陽電池；光伏發(fā)電系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM615 文章編號：1009-2374（2015）13-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.030

1 太陽電池的基本原理和光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢

1.1 太陽電池的基本原理

太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電有可能成為最具發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。太陽電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)。當(dāng)太陽光（或其他光）照射到太陽電池上時(shí)，電池吸收光能，產(chǎn)生“光生電子-空穴”對。在電池內(nèi)電場作用下，光生電子和空穴被分離，從而在電池兩端積累起異號電荷，即產(chǎn)生電壓。

1.2 光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢

（1）發(fā)電原理具有先進(jìn)性：即直接從光子轉(zhuǎn)換到電子，沒有中間過程（如熱能-機(jī)械能、機(jī)械能-電磁能轉(zhuǎn)換等）和機(jī)械運(yùn)動，發(fā)電形式極為簡捷。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)相比不僅高效、便捷，還具有清潔、環(huán)保的特點(diǎn)；（2）太陽能資源的無限和分布特性：我們都知道，太陽能源是一種可再生的資源，它會隨著新一天的到來而重新產(chǎn)生，因此我們可以說太陽能資源是無限的。同時(shí)，由于陽光照射的廣泛性，世界的各個(gè)國家以及地區(qū)都會受到太陽的照耀，而唯一不同的就是陽光照射的時(shí)間以及強(qiáng)度的不同，因此，太陽能資源分布廣泛，不會因?yàn)榈貐^(qū)、氣候等自然資源的限制而阻礙太陽能資源的產(chǎn)生和攝取。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及各部分功能

2.1 太陽電池組件及方陣

太陽電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。太陽電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4～200cm2不等。太陽電池單體的工作電壓約為0.5V，工作電流約為20～25mA，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽電池單體進(jìn)行串并聯(lián)且封裝后，就成為太陽電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出

功率。

2.2 儲能蓄電池

儲能蓄電池可以說是太陽能光伏發(fā)電的重要組成部分，同時(shí)在發(fā)電的過程之中也發(fā)揮著重要的作用。因?yàn)閮δ苄铍姵乜梢詢溆刑柲苻D(zhuǎn)化的電能，從而為生產(chǎn)、生活提供能源資源，以保持其不停的運(yùn)作，做到高效率、低污染。

2.3 充放電控制器

蓄電池，尤其是鉛酸蓄電池，在運(yùn)作的過程之中受充放電的影響是非常大的，因?yàn)槿绻麤]有很好地處理這一問題的話，不僅會縮短電池的使用壽命，還會影響到太陽能光伏發(fā)電的效果，所以為了保護(hù)蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電，稱為充放電控制器?？刂破魍ㄟ^檢測蓄電池的電壓或荷電狀態(tài)判斷蓄電池是否已經(jīng)達(dá)到過充點(diǎn)或過放點(diǎn)，并根據(jù)檢測結(jié)果發(fā)出繼續(xù)充、放電或終止充、放電的指令。

2.4 直流-交流逆變器

眾所周知，整流器的功能是將50Hz的交流電整流成為直流電。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種對應(yīng)于整流的逆過程稱為“逆變”。太陽電池在陽光照射下產(chǎn)生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。此外，當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時(shí)，交流系統(tǒng)只需加一個(gè)變壓器即可，而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置則要復(fù)雜得多。在光伏系統(tǒng)中，要求逆變器有較高的逆變效率和可靠性，對直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)

范圍。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 通信和工業(yè)應(yīng)用

主要有微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話系統(tǒng)、部隊(duì)通信系統(tǒng)、鐵路和公路信號系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、氣象和地震臺站、水文觀測系統(tǒng)、水閘陰極保護(hù)和石油管道陰極保護(hù)等。

3.2 農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用

我們都知道，農(nóng)村的發(fā)展不同于城市的發(fā)展，它的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于城市的發(fā)展速度，尤其是在電力資源的發(fā)展上。在城市，居民的用電可以隨時(shí)隨地的得到保證，但是在農(nóng)村由于交通以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平等因素的限制，使得電力等發(fā)展資源得不到保障。在這樣的發(fā)展情況之下，太陽能光伏發(fā)電就可以很好地解決這一難題，因?yàn)檗r(nóng)村多為空曠的陸地，對于太陽能資源的收集有很大的優(yōu)勢，所以太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在農(nóng)村得到了很大的發(fā)展與應(yīng)用，且主要由獨(dú)立光伏電站（村莊供電系統(tǒng)）、小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、太陽能照明燈、太陽能水泵等組成。

3.3 太陽能商品

主要有太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈、太陽能噴泉、太陽能城市景觀、太陽能信號標(biāo)識、太陽能廣告燈箱、太陽能電動汽車、太陽能游艇、太陽能鐘、太陽能帽、太陽能手表、太陽能玩具等。

3.4 光伏建筑一體化（BIPV）

BIPV即Building Integrated Photovoltaic，指的是光伏建筑一體化。BIPV模式這種新能源利用方式，能將太陽能光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合，利用了建筑屋頂?shù)拈e置空間，組裝太陽能光伏發(fā)電模塊，滿足或者補(bǔ)充電力需求?？萍汲晒@示，這種BIPV模式日后將與建筑物幕墻相結(jié)合，以獲得更多的陽光和電力，但目前的BIPV主要以樓頂為主，應(yīng)用技術(shù)較為成熟。BIPV在建設(shè)初期成本較高，隨著我國財(cái)政對BIPV項(xiàng)目的大力支持，我國將大幅擴(kuò)大BIPV技術(shù)的應(yīng)用。

光伏建筑一體化的優(yōu)勢是：（1）清潔能源，節(jié)能并減少環(huán)境污染；太陽能光伏發(fā)電主要是依靠吸收太陽光來進(jìn)行發(fā)電的，而以往的發(fā)電技術(shù)不是依靠燃燒煤炭資源就是水力發(fā)電，所以相比之下，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是一項(xiàng)清潔、無污染的技術(shù)；（2）一旦市政發(fā)生特殊情況（如地震災(zāi)難時(shí)），太陽能光伏發(fā)電能夠滿足本建筑的需求，不會因?yàn)槭姓娋W(wǎng)的中斷而斷電。

3.5 大型荒漠光伏電站

沙漠是一望無際的，在沙漠里人們無法進(jìn)行耕種，但是面對一望無際的沙漠，人們?nèi)缛舨贿M(jìn)行一些活動，就會造成資源的浪費(fèi)。所以通過科學(xué)家的研究與調(diào)查后發(fā)現(xiàn)沙漠里的太陽資源是相當(dāng)?shù)某渥愕?，所以荒漠之中建立光伏發(fā)電站是非常的明智與正確的一項(xiàng)決議。同時(shí)還可以為荒漠地區(qū)的發(fā)展提供就業(yè)機(jī)會以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)會。

3.6 光伏發(fā)電未來應(yīng)用前景

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)技術(shù)也隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)展，在這樣的情況之下，人們的生活水平以及生活質(zhì)量都得到了顯著的提高，人們在物質(zhì)生活得到滿足之后，也逐漸向精神生活方向轉(zhuǎn)移。在這樣的要求之下，光伏發(fā)電技術(shù)就與之相契合了，而且未來的發(fā)展前景也是一片光明的。

4 結(jié)語

綜上所述，我們了解到了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用，相信這對于以后經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及應(yīng)用都會有一個(gè)很大的幫助，同時(shí)，我們不僅要大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，還應(yīng)該加大新能源的研究，以發(fā)現(xiàn)更為先進(jìn)、高效、清潔的能源，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供源源不斷的

動力。

參考文獻(xiàn)

[1] 安文韜，劉彥豐.太陽能光伏光熱建筑一體化系統(tǒng)的研究[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2007，（11）.

[2] 陳諾夫，白一鳴.聚光光伏系統(tǒng)[J].物理，2007，（11）.

[3] 李永杰.太陽能與高亮LED的集成應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2007，（6）.

（責(zé)任編輯：陳 倩）endprint