太阳能光伏发电技术及其应用探讨

郭占军

【摘 要】我国社会经济不断发展，人类社会不断进步，各种能耗大和污染大的能源造成了很严重的环境问题，为了减少对环境的污染，需要不断开发利用各种新的能源，改变传统的能源结构，从社会长远发展的现状来看，需要不断开发可再生资源和能源。我国的太阳能资源十分丰富，对于太阳能资源的开发和利用是我国当前的一项重要任务，其中可再生资源发展中，光伏发电的发展速度较快，太阳能光伏发电也是当前发展较大的一项产业，是我国当前开发的新能源的重要组成。

【关键词】太阳能；光伏发电技术；应用

1新能源光伏发电技术的特点

第一，太阳能资源不仅取之不尽，而且在世界上分布广泛，只要有光能照射到的地方就能利用光伏发电技术进行发电，不受地理位置的影响；第二，由于太阳能分布广泛的特点，可以就近建立供电设备，这就避免了普通发电厂远距离输电造成的电能损失；第三，新能源光伏发电直接将光能转换成电能，工作过程简单，不需要机械传动、燃料燃烧、冷却水等中间过程。降低成本，节省土地资源，也在很大程度上避免了对环境的污染；第四，光伏发电系统具有工作稳定性高、结构简单、灵活性能强等优点。但是，受技术条件及太阳能本身特点的影响，新能源光伏发电技术也受到了自身缺点的制约，如工作效率低、工作时间不连续、受日照影響极大、成本高及在电池的制造过程中会有耗能和污染。

2光伏发电系统的组成与原理

光伏发电系统要实现光能到电能的转变，通常包含了蓄电池、光伏方阵、控制器、逆变器、配电柜与太阳光跟踪系统等部分，其中还包含用来聚光的反射镜与聚光透镜。光伏方阵采用光伏模板组成特定形式实现对光能信号的捕捉与积累，在光生伏特效应下，实现在蓄电池两端电荷的累计，形成的电荷在电池两端形成了电动势，完成光能到电能的转变。蓄电池可以实现电能的储存与放电，其中为防止电能储存过多或放电严重的情况，一般添加控制器，控制器保护蓄电池的充放电过程，可以对蓄电池的寿命起到延长的作用。要实现直流电到交流电的转变往往需要添加逆变器，逆变器按应用要求不同常分为正弦逆变器与方波逆变器两种，前者应用范围广，但是成本相对的较高。太阳光跟踪系统可以捕捉太阳光的变化，实现随太阳光转动的目的，保证发电效率的最大化。

3我国太阳能光伏发电现状

太阳能作为世界上最丰富的可再生资源，其分布广泛、没有污染，是一种理想的能源。光伏发电相对于传统发电是一种新的发电形式，对环境不会造成任何污染。光伏发电是依据光生伏特的发电原理，通过光电转换的方式将丰富的太阳能转化为光能，通常系统主要由太阳光伏组件、汇流箱、逆变器、变压器及配电设备构成，同时再加上监控系统、有功无功控制系统、功率预测系统、五防系统及无功补偿装置等辅助系统与设备，组成一套完整的光伏发电系统。

我国的光伏发电网系统分为分布式和集中式2种，其中分布式的电网在城市屋顶上应用较多，形成光伏建筑一体化，而且该种系统形式占地面积少，安装较灵活，投资成本较低。该种方式电网的安装不需要考虑到负载性能，所以会降低系统成本。集中式的光伏电网系统是一种大型的光伏并网电站，通常在戈壁中使用的比较多，能有效输出电能，该种发电形式一般都是企业出资建设，而且建设的成本较高。我国太阳能光伏发电方面在不断发展，与此同时，我国重点发展太阳能热利用及与其相关的一些新能源产业，而且我国在新能源产业发展中的一些政策较好，所以光伏发电的道路越来越广阔。

4太阳能光伏发电技术与应用措施

（1）新能源光伏照明系统在我们生活周边，已经存在很多太阳能照明灯，如路灯、楼道灯和草坪灯等。太阳能灯一般有定时和光控两种控制方式。定时控制系统一般采用单片机和模拟电路进行控制，一般需要提前设定好自动开关的时间。光控控制系统是利用光敏器件，设置光线限度值，自动控制灯的开关。照明系统中除了灯具还包含太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器、逆变器等。

（2）新能源水泵技术太阳能水泵一般利用在干旱地区，这些地区一般太阳光照能力很强，又需要大量并且长时间抽水。现在已经出现了大型新能源光伏水泵站，通过逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换成交流电，从而带动水泵工作。这种水泵系统一般投资很高，但是运行不需要耗能，减少了运行费用，维修次数也比普通柴油抽水机少，所以有一定的利用价值。

（3）新能源光伏与建筑一体化新能源光伏与建筑一体化设计在国外发达国家已经有相应的研究计划。光伏与建筑物有两种方式的结合：①在建筑物顶部安装太阳能电池板向用户供电，形成用户并联系统，在国外成为“太阳能屋顶计划”潮；②是从第一种发展而来，除在屋顶安装光伏电池板，还要用能够进行光伏发电的玻璃墙面代替普通的玻璃墙面，屋顶和墙面都能进行太阳能的吸收和转换，目前已经研制出了此种墙体材料。

（4）光伏并网计划是指光伏发电系统与已有的公共电网连接，承担公共电网的部分发电任务。在天气稳定、利于太阳能发电的环境里利用光伏发电，节省能源降低污染。当环境条件不利于光伏发电，就由电网供电。因为新能源光伏发电系统发电能直接供入电网中，省掉了蓄电池，节约成本、降低损失，并且提高了整个供电系统的稳定性和能量转换率，是当今来说新能源光伏发电技术最合理的发展方向。并且在整个并网过程中也可以引用其他发电形式，如风能发电等，这就可以在不同环境条件下任意转换发电方式，最大限度地节约能源。

5太阳能光伏发电的发展前景

根据日本的权威机构的实验数据表明，一小时的太阳光能若是能够全部转化为可利用的能源，就能够直接满足全球一年的能源需求。我国丰富的太阳能资源使得我国拥有巨大的太阳能光伏发电潜力，根据相关实验数据显示，我国每年太阳能的接收量能够媲美1.7×104亿t标准煤产生的能量供应，这是太阳能光伏发电巨大发展潜力的直接体现。综上所述，随着不可再生资源的不断减少，开发新能源是未来能源工作发展的重中之重，根据有关机构的数据分析，20世纪末，可再生能源在全球能源占比当中会突破80%大关，成为主要的能源供应。由此可见，可再生能源的发展是未来的基本趋势，这对于我国太阳能光伏发电行业来说，具有重大推动意义。国家能源局已经明确提出，在未来的2-3年时间里，我国的光伏发电装机容量有望突破1亿kW，到2050年，我国光伏发电转机容量要达到10亿kW。并且随着国家对于太阳能光伏发电技术的大力支持，可再生能源行业的进一步发展，未来我国太阳能光伏发电技术必然拥有更为广阔的发展前景。

结束语

综上所述，太阳能是一种可再生的能源，而且太阳能的光照充沛，分布相对比较均匀，利用太阳能进行发电，不会有任何的排放和污染，而且应用技术成熟、安全可靠。基于我国光伏发电技术的研究，产业也在不断发展，鉴于其组成科技含量高，需要加强对各种新材料的研发，提高光伏发电的效率，降低发电的成本，推进光伏发电产业的不断升级和更新。

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（作者单位：大唐同舟科技有限公司唐山分公司）