探究太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

郭士鵬 沈澤濤

在人類(lèi)社會(huì)快速發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)不可再生資源的使用量越來(lái)越大，而以太陽(yáng)能為主要資源的光伏發(fā)電具有可無(wú)限制持續(xù)使用的特點(diǎn)，同時(shí)在環(huán)境污染方面相比傳統(tǒng)煤炭資源要小很多，因此探究太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、太陽(yáng)電池基本原理和光伏發(fā)電主要優(yōu)勢(shì)

（一）太陽(yáng)電視基本原理

就技術(shù)要點(diǎn)來(lái)看太陽(yáng)能光伏發(fā)電，這是一種對(duì)太陽(yáng)能源進(jìn)行充分利用重要手段，其中最關(guān)鍵的就是實(shí)現(xiàn)光能與電能轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，主要的運(yùn)作原理就是基于調(diào)養(yǎng)電池激發(fā)半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)，具體情況就是在太陽(yáng)電池被太陽(yáng)光照射的時(shí)候，光能會(huì)不斷的被太陽(yáng)電池吸收，在大量吸收光能的基礎(chǔ)上產(chǎn)生“光生電子——空穴”。最后，光生電子和空穴在電池閃電場(chǎng)的影響下實(shí)現(xiàn)分離，在分離的過(guò)程中產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的電壓，基于這種電壓動(dòng)力達(dá)到發(fā)電的目的。

（二）太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

一方面，高效節(jié)能。相比其他電力發(fā)電系統(tǒng)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電能產(chǎn)生過(guò)程更加簡(jiǎn)化，即轉(zhuǎn)變太陽(yáng)光能中的光子為電子，進(jìn)而產(chǎn)生電能，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單、便捷、高效，同時(shí)在節(jié)能環(huán)保方面取得了一定的突破。另一方面，分布范圍廣，且儲(chǔ)備量豐富。由于太陽(yáng)光的分布范圍是相當(dāng)廣泛的，所有后期的開(kāi)發(fā)和利用都具有很高的便捷性。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分是太陽(yáng)電池組件、直交流逆變器、蓄能蓄電池等，其中對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言最關(guān)鍵的部件就是太陽(yáng)電池組件，其具有完成光能與電能轉(zhuǎn)換的功能。

二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

（一）工業(yè)和通信行業(yè)

當(dāng)前，很多工業(yè)、通信喝科學(xué)領(lǐng)域都開(kāi)始廣泛的使用光伏發(fā)電技術(shù)，因?yàn)檫@能在很大程度上降低突發(fā)事件或者氣候?qū)ぷ鞯挠绊?。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，光伏發(fā)電應(yīng)用主要有石油管道的陰極保護(hù)、水文觀(guān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)支撐、水閘的陰極保護(hù)以及氣象地震臺(tái)運(yùn)行的技術(shù)支撐等；在科技通信領(lǐng)域，光伏發(fā)電主要應(yīng)用在太陽(yáng)能無(wú)人值守微博中繼站、高密性光纜維護(hù)站以及農(nóng)村地區(qū)的載波電話(huà)光伏系統(tǒng)等。

（二）農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)

眾所周知，農(nóng)村地區(qū)各方面的發(fā)展速度都慢于城市地區(qū)，其中尤其突出的就是電力資源建設(shè)與制造。農(nóng)村地區(qū)的用電不同與城市地區(qū)，居民生活和基本工作用電隨時(shí)隨地都有保證，因?yàn)榻煌ê徒?jīng)濟(jì)等多方發(fā)展因素的限制，電力資源沒(méi)有良好的發(fā)展條件[1]。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電的功能和優(yōu)勢(shì)正好彌補(bǔ)了農(nóng)村地區(qū)的條件限制，農(nóng)村地區(qū)的空曠陸地能更有效的收集太陽(yáng)能資源，因此農(nóng)村地區(qū)基于對(duì)電能的需求和自身?xiàng)l件的優(yōu)勢(shì)，大大的助力了太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，當(dāng)前較常的應(yīng)用有小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能水泵、獨(dú)立光伏電站和太陽(yáng)能照明燈等。

（三）光伏建筑一體化

在20 世紀(jì)初，有關(guān)人員首次提出了太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，即在建筑物頂面安裝太陽(yáng)能電池板，利用逆變器和控制器來(lái)完成一個(gè)公共電網(wǎng)，形成一個(gè)完整的戶(hù)用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。戶(hù)用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要板塊為電網(wǎng)并聯(lián)和太陽(yáng)能電池板，由于其在供電過(guò)程中可以依賴(lài)于蓄電池的功能，所以產(chǎn)生電能的整個(gè)過(guò)程具有很高的節(jié)能性和環(huán)保性[2]。除夕以外，實(shí)現(xiàn)光伏建筑一體化的最終目的，是通過(guò)建筑材料和光伏器件的集成化來(lái)有效控制光伏發(fā)電成本，不斷擴(kuò)大其在企業(yè)生產(chǎn)和居民生活中的應(yīng)用范圍。

（四）荒漠光伏電站

不同光伏電站的建設(shè)與應(yīng)用都為當(dāng)?shù)貐^(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了很大的促進(jìn)作用，效果最為明顯的就是荒漠光伏電站。沙漠地區(qū)的資源還是非常豐富的，但惡劣的條件很容易讓人忽略這些資源優(yōu)勢(shì)，其中最為充足的就是太陽(yáng)能源，在荒漠中建立光伏電站一方面可以帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，另一方面還能創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，助力荒漠環(huán)境的維護(hù)與建設(shè)。

（五）太陽(yáng)能產(chǎn)品

因?yàn)楣夥l(fā)電本身的諸多優(yōu)勢(shì)，人們紛紛開(kāi)始研發(fā)并應(yīng)用太陽(yáng)能產(chǎn)品。當(dāng)前在人們生活和工作中應(yīng)用較為頻發(fā)的有太陽(yáng)能照明燈具、廣發(fā)行業(yè)的太陽(yáng)能燈箱、太陽(yáng)能熱水器以及生活中的太陽(yáng)能手表等等，處處都有效應(yīng)用了光伏發(fā)電原理，大大提高了人們生活和工作的便利性。

三、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景分析

以提高效率和降低成本為目的，基于新結(jié)構(gòu)、新原理和新材料的太陽(yáng)能電視是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向。從原理角度出發(fā)，需要在納米特性、光化學(xué)效應(yīng)和量子效應(yīng)基礎(chǔ)上研究新型電池；從材料角度出發(fā)，需要在微晶硅、非晶硅和納米硅等薄膜硅系列的化合物薄膜電池或者疊層電池，因?yàn)檫@兩種電池類(lèi)型具有弱光適應(yīng)性強(qiáng)和成本低的特點(diǎn)；從技術(shù)層面分析，需要就可穿戴的柔性電池、以玻璃窗主要吸收對(duì)象的窗式電池以及高度聚光型電池進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究。此外，針對(duì)以建筑施工與設(shè)計(jì)為主開(kāi)發(fā)的一體化太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品，從科學(xué)客觀(guān)的角度制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)向性參數(shù)，并通過(guò)大力推行來(lái)將其貫徹落實(shí)，以此讓光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝環(huán)節(jié)更加規(guī)范。從國(guó)家層面出發(fā)考慮，需要退出專(zhuān)門(mén)針對(duì)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品的支持性和推動(dòng)性政策，基于投資力度的增大讓研發(fā)方向更加明確，當(dāng)前較為清晰的方向就是太陽(yáng)能家電和太陽(yáng)能汽車(chē)。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的有效應(yīng)用很大程度上解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)的電能供應(yīng)難題，并在社會(huì)發(fā)展層面上有效緩解了能源短缺問(wèn)題，大大提高了能源替代的可能性。盡管我國(guó)在研究和應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題與不足，但經(jīng)過(guò)科研人員的不斷努力，在未來(lái)的發(fā)展中一定能突破技術(shù)上的一些瓶頸，讓太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景更加廣闊。