新能源光伏发电技术应用探析

中通服咨询设计研究院有限公司 徐 倩

1 新能源光伏发电技术原理和特点

1.1 新能源光伏发电技术的原理

光伏发电就是把光能转换成电。利用半导体的特性，建立了太阳能与电力的联系，其光伏效应基本原理如图1所示。光伏发电装置由电池板、控制器、逆变器和电池4部分组成。整个装置中最重要的部件就是蓄能用来发电的电池组，而电池组又是全套装置的支撑点，由控制器来控制整个装置的运转。

图1 光伏发电半导体光伏效果原理

在白天，太阳能电池有充足的能源，电池组就会将这些能源储存起来，在夜晚，没有阳光照射的时候再将其释放出来。其中，控制系统是整个系统中最重要的部分；逆变电源是一种将直流电源变换成具有一定频率、电压、频率可调的交流电源的变换装置[1]。该逆变器主要包括滤波电路，逆变桥，以及内部的控制电路。光伏发电装置的逆变器经由半导体来转换；电池的功能就是把电力存储起来，以供在整个系统中使用。4个部件互相协作，互相协作，从而使太阳能电池的生产运行顺畅。

1.2 新能源光伏发电技术的特点

新能源光伏发电是由一种半导体物质将太阳能转化成电能，在运行的时候没有任何的机械元件，也没有任何的燃料，可以实现无噪声、无污染的目的，而且，太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生资源，可以有效地减轻中国的能源压力，因此，对光伏发电技术进行深入的研究和高效的应用，将会是一个划时代的进步。新能源光伏发电技术具有以下优点。

一是太阳能源不但是无穷无尽的，并且在全球范围内都是无处不在的，任何有光照的地区都可以通过光伏技术来产生电力，不受地理位置的影响；二是利用太阳能的分散特性，可以在附近设置供电设备，从而避免常规电站因长距离传输而带来的电力损耗；三是新能源光伏发电是一项把光能转换为电能利用的新型方法，拥有较简化的运行过程，不需要机械传动、燃料燃烧和冷却水等中间环节，既节约了成本，又节约了土地，同时又大大减少了对环境的污染；四是太阳能电池板的优点是工作稳定性好、构造简单、灵活。但受现有技术及太阳本身特点的影响，目前的新能源光伏技术还面临着工作效率低、工作时间短、受光照影响大、成本高、制备过程中的能量消耗及环境污染等问题。

2 新能源光伏发电技术的重要性

2.1 保障能源供应安全性

尽管在火力发电厂的运作下，基本可以满足人均用电等各方面的要求，但由于我国总体人口数量庞大，石油、天然气等矿产资源仍需以进口的方式进行采购，这就造成了这类资源的对外依赖性越来越强[2]。因此，要加强新能源的研发，并提出有针对性的开发方案，不断进行能源发电模式的创新，将新能源光伏发电技术的应用优势最大化，自觉有目的地减少煤炭、天然气等不可再生资源的使用，缓解自然资源短缺等问题，减少对外来资源的依赖。另外，在城市电网发生突发事件时，还可以利用新能源光伏技术，为建筑物提供足够的电力供应。在停电情况下，利用新能源光伏发电技术，能够有效地减少电力系统的故障，保障建筑物内的电力供应及用电环节的安全。

2.2 解决资源紧张问题

国民经济的发展，促进了工业行业的发展，促进了各种资源的开发，促进了资源的开发和利用。目前，能量系统中的技术运用还不够成熟，不能有效地提升能量的利用率，能量间的转换速率不高，造成了大量的资源浪费、环境污染等问题。但同时，我国的人口也是庞大的，而且在地理上有很大的分布。随着资源使用量的持续增长和资源总量的逐步下降，在庞大的人口规模的作用下，人均拥有的资源量也会相应下降。因为煤炭、天然气等资源是不可再生的，而且在使用的时候也是有限制的，因此，要加强对太阳能等新型资源的开发，充分利用这些新能源，发挥光伏发电技术的优点和作用，从而解决资源短缺的问题。此外，还可以将太阳能转化为其他非再生能源，如煤炭和天然气，减少对生态系统造成的危害。

3 新能源光伏发电技术的经济性能

新能源光伏技术的推广与应用，不仅取决于其技术特征，也取决于经济性能。因此，在使用时，还需要对新能源光伏发电技术的经济性有一个全面的认识。

一是新能源的光伏发电技术能否获得实际效果，取决于发电成本，而发电成本又取决于发电总费用与发电总费用的比重。新能源光伏发电装置的运行费用较低，而且总的投资费用主要是在初期的投入上。从光伏市场的现状可以看出，在整个发电系统中，其光伏模块的成本高达50%。而且，随着光伏模块的价格的走跌，其光伏发电成本也会越来越低，这在某种程度上为接下来的应用推广带来了很大的方便。

二是我国的新能源太阳能电池技术在太阳能电池领域的应用还处于起步阶段，发展非常缓慢，运营数据难以客观有效地精确计算光伏发电的成本。目前，目前市面上使用的光伏发电技术主要分为两种，一种为屋顶太阳能电池，一种为陆地太阳能电池，前者的造价比后者高。另外，相对于晶硅光伏电池，薄膜光伏电池的投资成本也要稍微低一点。虽然中国的太阳能资源丰富，但是整体上较为分散，使得光伏电站的建设也较为分散，这使得新能源的光伏发电成本差异较大，难以对不同地区的光伏发电成本进行精确的计算[3]。

三是新能源光伏技术普及程度的高低，直接影响到新能源光伏技术的普及程度。从当前的社会情况来看，新能源光伏发电技术具有更好的经济性能。然而，由于该技术的基础设施发展缓慢，人们没有意识到其性能优势和优势，对其理解也不够深刻。就拿目前比较流行的新能源小汽车来说，在体验和使用的过程中，往往会产生疑问和担心，这种状况往往表现在新能源光伏发电技术的应用和普及性上。

4 光伏发电应用

4.1 独立光伏发电

在太阳能发电的应用中，可以有独立的光伏发电系统，是一种独立运行的发电系统，因此，在实际应用中，通常被用于距离电网较远的地方，近年来，由于其能够在电力无法到达的地区使用，使得其在野外、乡村、移动通信基站等领域受到了越来越多的关注。

另外，由于太阳能电池具有全天供电的特点，因此能够有效满足人们对用电的需要。然而，由于其在使用过程中易受气候、天气等因素的干扰，使得其使用稳定性降低。然而，在某些偏远地区，独立光伏发电技术对人们的生产和生活产生了重大影响。在使用独立光伏发电技术时，由于可以将太阳光吸收到内部面板中，不需要对其他模块进行二次加工，因此具有经济、环保的特点，符合可持续发展的要求，减少了能源的消耗。其发电结构如图2所示。

图2 独立光伏发电结构

4.2 并网光伏发电

采用并网光伏发电技术时，在运行过程中需要接入公网，因此能够将太阳能转换，并将电流输送到电力系统。在转换时，因为并网的光伏发电有很大的功率，所以在转换之后，可以储存电能[4]。在常规的太阳能装置中，除了装置外，还需在装置内加一个电池来存储能量，因此，该技术的实施相对较为简便和经济。而且，在并网光伏发电系统运行时，光转换效率高，所以可以满足更多的人，在更多的人居住的地方也可以得到更多的应用。但是，在实际应用中，必须与公网协同工作，很难在边远地区普及，只能在有公网、人口稠密的地方使用，其发电原理如图3所示。

图3 并网发电原理

4.3 光伏建筑集成化

在使用太阳能发电时，有一种将光伏与建筑一体化的技术，可以从以下两个方面对该技术进行认识。一方面是光伏建筑一体化技术是当前太阳能发电领域的一项重要发展方向，在研究中，可以将光伏装置置于对应的建筑物内，通过装置内的网络连接，实现对使用者的供电，并在满足使用者需求的前提下降低能耗。另一方面是在对光伏建筑一体化的研究中，需要在屋顶上安装一块电池，并且将普通的玻璃换成一块具备光伏发电功能的玻璃，这种方法可以采集太阳能，并利用光电转换-电力玻璃提供电力。但是，在采用这一方法的时候，由于这种玻璃的价格相对较高，导致这一技术很难得到大规模的推广，所以，就有必要对这种玻璃进行研究，例如，用大面积的彩色玻璃来替代光伏发电玻璃，使其在具有发电能力的同时，还可以降低材料的成本，同时还可以在外形上保持一定的美观，从而符合可持续发展的需要，并增加经济效益。

4.4 光伏LED 结合

LED 照明，是由半导体材料的发光二极管构成的一种固体照明方法，可以将电能和光能进行相互转换。在实际应用中，以 LED 为基础的半导体照明系统，可以降低能量损耗，减少对环境的污染，具有较长的使用寿命，方便维修和维护等优点，因此近些年，已逐渐成为国内的一大新兴产业。而光电式LED 灯具产品，也就是在LED 灯具体系中，先利用光电变换技术，将太阳光转换为电能，然后再将电能转换为光能。光伏发电技术和LED 照明技术的应用，其实质是，无论光伏发电技术，或是LED照明技术，均采用了低能耗的直流电，而且二者有着互相匹配的作用。因此，在实际的使用过程中，无须采用变频器即可完成直流与交流之间的转换，这样就能够降低相关的投资和工作量，从而提升照明的品质和照明效率。此外，通过并网技术，可以实现电能的充放和储存，所以，与其他发电技术相比，将光伏发电技术与 LED 照明系统相结合，有着更大的优势。

5 结语

作为一种新能源，太阳能具有丰富的可再生性，并具有广泛的普遍性和均匀性，在其发电环节的合理利用，既可降低尾气和废弃物的排放，又可避免产生的生态环境污染问题。随着新能源光伏发电技术的发展，其在电网中的应用越来越广泛。通过拓展我国太阳能电池技术的研究范围，促进光相关产业的一体化发展，推动新能源光伏发电技术的发展和光伏发电产业的升级和更新。