太阳能光伏发电技术及其应用研究

黄敏楷

摘 要：在发电领域，目前的火电系统虽不能完全取代，但是新能源的引入已经具备发展趋势。本文将结合新能源的可再生性和清洁性对太阳能光伏发电的应用技术和组网方式进行总结分析，并结合系统设计，试归纳光伏发电的具体应用方法，从而为新能源应用改革提供一定的借鉴。

关键词：新能源 生态文明 输出功率

前言

我国以煤炭为主要能源的传统能源结构在发展过程中逐渐显现出颓势，不但作为不可再生能源其含量十分有限，同时在能源应用的过程中还会造成环境污染。在能源结构当中，能源改革正在迫切寻求可再生、清洁、易获取的能源代替传统能源，从而实现经济文明和生态文明的协调发展。在发电这一能源密集型领域，太阳能能源的应用引起较为广泛的关注。

一、太阳能光伏发电的技术方法

（一）太阳能电池技术

太阳能光伏发电的主要实现手段是通过太阳能电池进行能源的采集和存储，因此在整个太阳能光伏发电系统当中，太阳能电池既是整个系统的核心零件，又是系统中的能量来源。因此太阳能电池技术主要应该针对解决两个方面的问题。其一，太阳能技术为了保证能源供给的充足和持续，需要提高光能向电能转化的效率和速度；其二，作为新能源的应用，在保证能源可再生和环境生态不遭受污染的基础上，还应该充分考虑成本控制避免浪费。在以往的光伏发电领域中，通常采用硅片作为发电工作的基础材料使用，并组建成为第一代光能电池。但是应用过程中，硅片电池的成本高昂，转化率不加的缺陷逐渐显现出来。面对弊端，研究人员锐意改革，通过薄膜技术研发第二代光能电池，极大程度改善了前代存在的问题。

（二）光伏阵列技术

太阳能的光伏发电往往表现出非线性的整体特征，尤其在输出功率中，该特征表现得更加明显。这是由于在发电时，发电的部分设备会受到太阳辐射，从而发生不可控的温度变化，从而导致电脑荷载增加。为了解决这一问题，需要工作人员能够在电场中严格控制光伏阵列，并在发电时时实时跟踪电场所获得的最大功率，同时进行数据统计，从而保证动态寻找的光能为最优光能。在功能电池的阵列中，可以选用对输入和输出电压的监测方式实现跟踪，通过前后电压量的对比，确定其电压的变化规律，以便获取电场中光能转化电能的全过程。

（三）聚光光伏技术

光能向电能转化的过程中，需要利用聚光技术使太阳光能够集中在某一个区域，在区域当中装置面积较小的电池，从而有效提高太阳能的利用率，使其能够更加充分地发挥价值避免浪费。同时聚光技术的使用，还可以进一步降低生产成本和材料成本，其不仅可以在价格较低的聚光器当中使用，还能够在控制电脑生产成本的同时，达到最大的电量，从而保证在区域当中进行输电时能够达到最高峰值。

二、太阳能光伏发电的实际应用

本文以我国北方某城市为例进行了太阳能光伏發电的设计及应用。该城市所在位置纬度较高，四季差别明显，冬夏温差极大。同时太阳高度角较高，日均日照时间为10小时左右，太阳能资源较好。因此本文选用了瞬时系统模拟程序（TRNSYS）来进行光伏发电的设计和实践。

（一）建立模型结构

为了实现该城市的光伏发电，使城市的太阳能能源得到有效利用，需要在设计中进行光伏装置和数据采集系统两个方面的设计。其中光伏装置首先进行电池板的组件构成，针对城市太阳能环境，本文选用了每块功率为240w的多硅晶电池板，以八块为一组进行串联，共使用四组，成为太阳能采集的重要光伏组建，作为光伏发电的一级能量变换。此外，针对外部环境和发电功率，还加入了天气模块、逆变器、数据转换装置等辅助设施。其中天气模块主要负责数据的采集，在模型当中，天气模块通过在不同天气环境中对有效辐射的搜集，通过计算剔除阴影、光谱以及污物损失等无效内容，提取出太阳辐射的测量数据，为光伏发电提供数据支持。

（二）安装太阳能电池板

太阳能电池板的安装本文选用了常用的固定支架方式，因其方向、角度都为固定设计，所以无法跟随太阳位置进行自动变化，需要在安装之前进行设计，保证电池板可以获取最大辐射量。在设计过程中，需要对光伏方阵的电池板有限选择位置和方位角，在选择倾斜角。通过对不同季节、不同时刻的太阳倾斜角度的分析，本文选用了安装位置纬度加7°的设计方案，从而保证辐射量可以满足季节变化的需求。

（三）优化最大输出功率

首先需要在太阳板上加装光线捕捉传感器，并使其能够与太阳一同转动。在传感器工作的过程中，通过输出失衡信号、输出电压超过阈值等方式，帮助工作人员对变化角度进行判断，而在传感器与太阳光线和光伏板的角度控制合理时，则电机停止转动。整个过程为一个工作周期。工作人员可以通过工作电站中固定阵列的倾斜角度，对最大输出功率以及太阳能利用效率进行权衡，从而制定出相应的方案，进行提高。

（四）建立光伏直流供电系统

除了交流发电外，光伏发电通过逆变器还可以实现直流供电。例如目前市面上逐渐涌现出的太阳能冰箱、太阳能电视等设备，都属于太阳能光伏直流供电的应用。由于传统逆变器价格相对高昂，因此在直流供电的设计中，本文选用了DC/DC转换电路作为一路输入多路输出的重要应用，从而为多个电器进行供电。在设计中，首先需要控制模块的额定功率，一般要求稳定在30%-80%之间，还需要对工作频率进行设定，通过隔离电压的方法进行故障保护。目前光伏直流供电尚处于起步阶段，技术上升空间较大。

结论

太阳能光伏发电在发电领域的应用，不但减轻了能源结构的环境污染压力，更是未来技术领域的创新方向。就技术层面上来说，太阳能光伏发电除了可以充分利用可再生能源，而且对于成本控制，发电的输出功率提高都有较高的意义和价值，值得推广和发展。

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