太阳能光伏发电的机理分析及应用前景

吴宜朔

摘要现代社会发展突飞猛进，对能源需求量也在不断提高，化石能源供求矛盾加剧，人类面临的环保压力也空前增大。为了人类社会的可持续发展，全球都在加紧研究、探寻可再生清洁能源，太阳能备受青睐。目前，对太阳能的研究和开发利用主要集中于发电方面，光伏发电就是其中之一。

关键词太阳能光伏发电；机理；应用

太阳能是无限丰富的可再生清洁能源，不产生任何的环境污染。我国近八成的疆域光照充沛，且光能资源分布均匀；与水电、风电、核电等相比，太阳能发电无任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠。随着化石能源供给与需求矛盾加剧及其给人类带来的污染压力，近年来，各国都在加紧探究新型绿色能源，太阳能成为共同选择。我国大力倡导发展新型能源，太阳能光电研发是能源研发方面发展最快、最具潜力的领域，随着成本问题将逐步解决，在国家政策大力支持下，中国太阳能市场前景将变得更加广阔。

1太阳能光伏发电能源

太阳能光伏发电能源是把太阳的光能和热能，利用物理学的能量转换，将其转换为电能。太阳能储量无限、清洁环保、循环再生的优势，是目前人类可探知利用的能源当中无与伦比的，所以，人类将太阳能作为最为理想的替代能源。世界各国也将研究和开发太阳能发电上升到助推可持续发展的能源战略高度，使太阳能发电得以快速发展。

太阳能指太阳光的辐射能量，是太阳通过内部自行进行的“氢”聚变成“氦”的原子核反应产生并不断向宇宙空间辐射的巨能量。因此，太阳能实际是太阳辐射产生的光热、光电和光化学的直接转换。

作为新型清洁能源，光伏发电具有火力发电系统等无法比拟的优势：覆盖面广泛，环境适应性极强；供给充足，太阳能取之不尽用之不竭，每秒钟到达地面的能量高达80x104kW；因为光伏发电是利用光能和电能之间的转化，所以安全环保、安静、不产生污染物。

2太阳能光伏发电技术及机理分析

太阳能转换成电能后储存电能所需的装置，这主要是在太阳能发电独立运行时的必备装置。但如果能与交流电网并联运行，则就可不用该装置了。所以，现在力推太阳能光伏并网发电，将太阳能控制器和直流一交流逆变器合二为一，不仅降低成本，还会减少蓄电池对环境的破坏。太阳能光伏发电技术是利用半导体界面的光生伏特效应把太阳辐射光能直接转变为电能的一种技术，该技术核心元件是太阳能电池。把分散的太阳能电池经过串联成太阳电池组件，配合功率控制器等部件，一个光伏发电装置就基本完成了。

太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、太阳能控制器、蓄电池组、直流一交流逆变器和交流配电设备等组成。其中太阳能电池板是关键部分，它通过半导体的光伏效应把光能直接转换为电能，储存到蓄电池中而工作；太阳能控制器控制着整个系统的工作，发挥着及时给蓄电池充电、过放电等护卫作用，若温差较大，控制器还要提供温度补偿；当把太阳能转化为电能后就可储存到蓄电池（组）中。

此外，还有一个关键技术问题就是太阳能电池的材料。白太阳能发电被开发利用以来，晶体硅作为基本的电池材料长期占据着统治地位，主要类型有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜晶体硅电池等。他们各有特点，也各有利弊。目前，薄膜晶体硅电池虽有很好的发展潜质，但应用率不高，还占不到光伏发电的6%，单晶硅与多晶硅电池仍是较长时间内的主流产品。因此，要想更好地研究和开发利用太阳能光伏发电技术，当务之急是实现在太阳能电池材料的研究上的重大技術突破。

3我国太阳能光伏发电的应用及展望

经济社会的迅速发展对能源的需求量越来越大，目前主要是化石能源，但因其不可再生性和使用过程中不可避免地产生大量污染等问题，人们一直在探寻可替代的可再生清洁能源。

由于太阳光的资源丰富、覆盖范围广、清洁且可再生等优点，太阳能光伏发电也具备可靠、安静、环保、能量随处可得、无需机械转动部件、故障率低、维护简便、无人值守、建站周期短、易与建筑物结合等特点，所以，当前人类把它作为太阳能发电最基本、最普遍和最有前景的应用形式。

我国对太阳能的开发应用，和世界多数国家一样，首先主要在发电领域且取得了一系列的成果。对光伏电池技术的研发利用科追溯到20世纪60年代发展空间用太阳能电池，之后开始研发生产地面用太阳能电池。此后，我国逐渐进入光伏发电产业快速发展时期，2006年累计光伏组件装机容量约占世界份额的3%。现在，我国己成为世界重要的太阳能光伏电池生产国，拥有数家太阳能光伏生产的知名大企业。

我国对太阳能光伏发电的应用主要表现在：第一，为分散用户供电，尤其对边远地区用电问题。其中关键问题是解决建筑和太阳能光伏装置一体化难题，成功案例就是河北保定电谷锦江国际酒店。堪称一个户用光伏系统的示范性建筑：楼房被太阳能电池板所覆盖，能独立发电供给大楼内生活及办公用电；第二，集中供电。通过建立独立光伏电站，可以安全、稳定、可靠地为人口集中的县、乡、村等集中供电；第三，并网光伏发电系统，借助电网，联网发电。但在电网覆盖的地区，由于诸多原因，光电应用成本太高，发展较为缓慢。

经济社会的发展对能源的需求不断增加，能源供求矛盾加剧，现有可利用能源主要是化石能源，致使环境污染问题日益严峻，因此，世界各国都在加速对太阳能的综合研究开发利用，以使人类得以科学永续发展。我国加大对太阳能的研发探索，努力促进太阳能光伏技术产业不断发展和完善，不断降低应用成本。我国疆域辽阔，太阳能资源极其丰富，太阳能光伏发电产业形势大好，相信一批清洁可再生的新型能源基地在不久的将来会建成。

今后，应该加大地面光伏发电的面积，改进建筑物的规划设计，尽量实现其与光伏发电装置一体化的合理利用，政府加强指导，对光热发电产业分布予以合理布局，充分利用资源优势，有条件的可综合利用多种可再生能源，互补发电，甚至也可考虑与热电站联合运行等。希望在全球共同开发太阳能的努力下，光伏产业有长足的发展，并尽快成为新能源领域的主流，解决人类发展所面临的前所未有的能源恐慌和严重的环境污染问题。