太阳能光伏发电系统的结构与优势

常艳霞朔州职业技术学院，山西朔州 036002

太阳能光伏发电系统的结构与优势

常艳霞
朔州职业技术学院，山西朔州 036002

太阳能光伏发电系统是指通过光生伏特效应将太阳能转变成电能。太阳能光伏发电系统具有环保、可靠性好、使用寿命长、安装维护简便等优点，通过进一步的研发和改善，将来必然会得到越来越多的研发和应用。

太阳能光伏发电；光电转换率；太阳能电池板

1 太阳能光伏发电简介

太阳对地球上的一切生物都是至关重要的，可以说没有太阳就没有现在的地球。在生命的起源和发展中，太阳都起了重要的作用，太阳不仅一直源源不断地为地球提供能量，还将继续为地球提供能量。利用太阳能发电是应用太阳能的一种有效方式，太阳能发电可分为光热发电和光伏发电两种，但不论是普及度和发展前景，光热发电都赶不上光伏发电。

太阳能光伏（Solar photovoltaic，PV）发电的原理是根据光生伏特效应，通过太阳能电池将太阳能转化为电能。太阳光主要包含微波能源粒子——光子，光电效应是指太阳能光伏发电系统利用硅等半导体材料将吸收的光子转换为电子，这一过程就将太阳能转换成了电能。

2 太阳能光伏发电系统的组成结构

太阳能光伏发电系统中不涉及机械部件，主要由电子元器件组成，光伏发电系统设备的结构简单、可靠性好、使用寿命长、安装维护简便。太阳能光伏发电系统通常由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、逆变器等组成。太阳能光伏发电系统的核心是太阳能电池板，是光伏发电系统中将太阳能转化为电能的主要核心部件，是太阳能发电系统中最重要的部分。太阳能控制器的作用是控制太阳能光伏发电系统的整体工作，若使用的温差较大，控制器还应配备温度补偿的功能，通过丰富太阳能控制器的配件和附加功能，可以扩展太阳能光伏发电系统的功能。

在太阳能电池板将太阳能转换为电能后，蓄电池的作用是将电能储存在电池里，待使用时将电能从蓄电池中输出，蓄电池的组成一般是铅酸电池，也有镍氢电池、锂电池和镍镉电池。逆变器的作用是把直流电转变成交流电（通常为220V/50Hz），在太阳能光伏发电系统的实际使用中，有时电能的使用端可能会是220VAC的电器，这就需要将太阳能光伏发电系统输出的直流电转换成交流电，这就需要在太阳能光伏发电系统中包含逆变器。

3 太阳能光伏发电系统的光电转换率

上文提到的太阳能电池板是太阳能光伏发电系统的核心组件，太阳能电池板由不同规格的太阳能电池片组合到一起。太阳能电池板的光电转换率是太阳能光伏发电系统的主要性能参数，光电转换率是指在太阳能光伏发电系统中太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率，一个太阳能光伏发电系统的光电转换率越高，它的性能就越好。目前，我国太阳能光伏发电系统的光电转换率约在10%～15%，在国外一些实验室条件下，太阳能电池板的光电转换率可达到约45%，但是其成本较高，暂时不存在商业推广的实用性。光电转换率是太阳能光伏发电系统的核心参数，但光伏发电系统的成本是限制其推广应用的主要条件。

如果一个太阳能光伏发电系统的光电转换率为10%，则每100m2的太阳能光伏发电系统上可发出约17 000度的电量，若额定功率为1 000W的光伏发电系统，则每年可以发出约17万度左右的电量。事实上，上述计算结果还是将许多使用条件理想化，在实际使用中发电系统的成本会更高。例如，随着使用时间的增长，光伏发电系统的光电转换效率会逐渐减少；若太阳能光伏发电系统中包括逆变器，逆变器将直流电转变成交流电的过程中也会造成能量的损耗；天气变化、环境温度变化、光伏发电系统的损坏等原因也都会影响光伏发电系统的光电转换率，这些也都是太阳能光伏发电系统推广应用过程中必须考虑的问题。

4 太阳能光伏发电系统的并网发电和独立使用

太阳能光伏发电系统的工作形式包含独立使用和并网发电两种，但无论是独立使用还是并网发电，太阳能光伏发电系统的基本组成都是相同的。独立使用的光伏发电系统也叫离网光伏发电系统，基本方式是自给自足，光伏发电系统不接入公共电网，如果有多余的电量则会被存入蓄电池。并网光伏发电系统是将太阳能电池板转化成的电能经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电，并将交流电接入到公共电网中，再由电网统一调配向各用户供电。分散式的小型并网光伏发电系统是并网光伏发电的主流趋势，其优势是投资较小、建设速度快、占用面积小、政策扶持大等优点。

5 太阳能光伏发电系统的优势

太阳能光伏发电系统具有诸多优势，首先也是最关键的，太阳能光伏发电的优点是环保，不会破坏自然环境；在化石燃料和核能的使用过程中，都会对环境产生破坏，从而影响人类的健康，但太阳能光伏发电系统没有运行噪音，没有废气废物排放，是完全绿色的产能方式。再者，作为可再生能源，太阳光几乎可以说是取之不尽用之不竭的，虽然太阳能光伏发电系统的使用具有设备成本和维护成本，但是不存在运行成本，因为太阳光的使用完全是免费的。

与其他发电技术相比，太阳能光伏发电系统在发电设备安装的过程中有优势，在安装时，可以将光伏发电系统安装在建筑顶部或外观，甚至在路灯和草坪等公共区域也可以安装，这样不仅占用空间较少，而且不需要单独开辟一块光伏发电设备区，不仅不会影响区域的环境和美观，还可以成为一块区域的装饰品。从这一点延伸来讲，由于光伏发电系统的结构简单，安装维护方便，太阳能光伏发电的供电领域较广，在市区高层建筑和偏远村庄或山区中都可以安装使用，从路灯到工业领域都可以使用。

6 结论

目前，虽然光电转换率较高的太阳能光伏发电系统的成本还较高，但随着科研和技术人员的持续研发，太阳能光伏发电系统的光电转换率和成本必然会得到改善。与其他能源生产方式不同，太阳能光伏发电系统不仅不会占用单独区域，在发展和应用过程中，反而可以与我们日常的作用设备合为一体。将太阳能光伏发电系统加入到建筑的设计中，将其与建筑物的结构合为一体，例如，将光伏发电系统做成玻璃天窗或玻璃幕墙，这不仅提高了光伏发电的应用范围，还可以提高建筑的美观，这都是太阳能光伏发电系统的应用安装趋势。相信随着科研技术的高速发展和国家补贴的大力投入，太阳能光伏发电系统的光电转换率必然会逐渐提高，成本会逐渐降低，进而得到更好的推广应用。

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1674-6708（2016）168-0161-02

常艳霞，山西省朔州职业技术学院，研究方向为材料工程。