太阳能光伏发电技术及其应用分析

摘 要：随着现代工业化建设的持续发展，全球面临严重的能源危机和环境污染问题，而太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源，可以被持续利用，因此具有广阔的应用前景，长期以来，太阳能光伏法发电技术受到多个方面的关注。本文对太阳能光伏发电的原理，主要技术以及主要应用方向进行了分析。

关键词：太阳能；光伏发电技术；应用

1 太阳能光伏发电原理

太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又被称为光伏电池。太阳能电池的发电原理是光伏打效应，即太阳能电池在受到光照的情况下，电池会吸收光能，并产生光生电子和空穴对。而光生电子和空穴受到太阳能电池内建电场的影响后发生分离，电池两端会出现异常的电荷积累，产生光生电压。如果将电池内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就会流出光生电流，从而获得功率的输出。太阳能电池将光能转换为电能的具体原理主要包括下面3个过程[1]：

（1）太阳能电池在吸收一定的光子之后，半导体内会产生光生载流子，而电子与空穴的电性相反，电子带负电，空穴带正电；

（2）半导体p-n所产生的静电场会将光生载流子中带正电的空穴和带负电的电子分离开；

（3）光生载流子的电子和空穴分在分离之后，分别被太阳能电池的正极和负极收集，并在外电路中形成电能，从而获得相应的电能。

2 太阳能光伏发电技术

太阳能光伏发电系统主要包括光伏电池板、控制器以及电能储存和电能变化所构成的发电及电能转换系统。随着光伏产业的飞速发展，光伏发电相关的各项技术发展非常迅速，对于一个光伏发电系统来说，主要涉及到太阳能电池技术、光伏阵列最大功点率跟踪技术等多项关键技术[2]。

2.1太阳能电池技术

太阳能电池是太阳能光伏发电系统的核心部件，它通过将太阳能的辐射之间转换为直流电。电池单元是光电转换的基本单元，通常不独立作为电源，对此，一般通过串联以及并联的方式将太阳能电池单元封装起来，从而建立太阳能电池组件，其功率可以达到几瓦到上百瓦。若干太阳能电池组件按照需求进行串、并联之后可以组建成为太阳能电池阵列，而这种大规模的组建需要解决两方面的问题，即提高光电的转换效率和降低总体成本。第一代以硅片作为基础材料的光伏电池，其技术虽然发展已经较为成熟，但是生产成本一直较高。而第二代基于薄膜技术的光伏电池，通过将非常薄的光电材料铺在非硅材料的衬底上，大幅降低了半导体材料的消耗，同时更加容易进行批量生产，大大降低了光伏电池的生产成本。目前，国外已经开发出具有较高效率和较长使用寿命的薄膜电池。同时，还有一些新概念、新结构的太阳能电池，通过减少非光能的消耗，增加光子的利用率并降低电池的内部电阻，从而使太阳能电池在转换效率的提升方面看到了一定的空间。目前，大量的研究人员将目光瞄准了以先进薄膜技术为基础制造的第三代太阳能电池，其理论极限光电转换效率最高可以达到93%左右，主要包括量子点、多层多届、染料敏化太阳能电池、纳米结构电池等。这些新型的太阳能电池正是以提高电池的光电转换效率以及控制和降低生产成本两方面的目标所进行的研究。

2.2光伏阵列最大功率点跟踪技术

光伏阵列的输出具有非现象特性，同时，太阳能的辐射强度以及环境温度等多方面的因素都会对光伏阵列的输出产生一定的影响。当太阳能辐射强度及环境温度一定时，光伏阵列可以在不同的输出电压下工作，但是当输出电压值处于某一具体值时，光伏阵列的输出功率会出现最大值，此时光伏阵列的工作点被称为最大功率点[3]。

当光伏阵列的工作电压大于最大功率点电压时，光伏阵列的输出功率会随着太阳能电池输出电压的增加而不断变小；而当光伏阵列的工作电压小于最大功率点的电压时，光伏阵列的输出功率会随着太阳能输出电压的增加而不断增大。在太阳能光伏发电系统中，为了提高系统的整体光电转换效率，可以根据实际情况对光伏阵列的工作点进行实时调整，从而使其始终保持在最大功率点附近进行工作，该过程被称为最大功率点跟踪。对光伏阵列最大功率点跟踪实际上是一个对光伏阵列不断进行优化的过程，通过控制太阳能电池端的电压对光伏阵列的最大输出功率进行控制，从而提高系统的整体效率。

3 太阳能光伏发电技术的应用类型及特点

太阳能光伏发电的应用方式较多，下面进行了具体的分析：

3.1光伏电站

光伏电站的建设需要占据较大的土地面积，针对这一特点，需要选择土地辽阔、人口稀少以及太阳能资源丰富的地区，从我国目前已经开始建设的光伏电站来看，主要分布在我国西部地区。光伏电站的应用特点如下：

（1）由于西部地区煤矿资源丰富而且城市耗电量相对较低，光伏电站生产的电能无法就近使用，需要通过变电站升压并通过高压电缆进行远距离传输，其中存在较大的运输损耗；

（2）地价、额外的土地建设费用以及电站管理费用成为了光伏电站建设的附加成本，其可以达到光伏电站总建设成本的10%～20%左右；

（3）由于太阳能资源缺乏连续性，光伏电站直接并网之后，不但无法成为大型电网的备用电源，同时其发电的随机性还会加大电网对电力调配的难度。

而从我国的情况来看，在沙漠地区，光伏电站具有较好的应用价值，沙漠地区的土地利用家就只较低，而且面积广阔，其太阳能资源相对较为丰富，加上我国沙漠面积较大，未来在沙漠地区建设光伏电站将成为主要的趋势之一。

3.2光伏建筑

从中国沿海城市及中部和北部的工业城市来看，城市经济增长增速快、工业发达、土地资源紧缺，而传统的发电方式能以满足这些城市的用电需求，夏季经常出现拉闸限电的情况，针对这种情况，通过在建筑商安装光伏电池板成为了有效的解决方案之一。

通过建立光伏建筑形式使发电系统与用电设备之间的距离大大缩短，有效避免了电能在长距离线路传输中产生的大量损耗，同时还大大节约了长距离传输线路改造的成本，从这一方面的优势来看，光伏建筑业将成为城市可再生能源利用的主要方向之一。从集成技术来区分可以将光伏建筑分为光伏屋顶电站和光伏建筑一体化两类。其中光伏建筑一体化是通过将光伏发电系统、建筑幕墙以及屋顶等围护结构构建成一个整体结构，在具备围护结构功能的同时，还能为建筑提供电能，该类光伏建筑结构的安全性是需要重点考虑的方面。

3.3农村地区的应用

针对部分偏远农村地区，为了实现“送电到乡”工程，可以通过采用光伏发电的形式建立小型的光伏电站或者在农宅安装独立的光伏发电系统。即可有效解决偏远农村地区农户的用电问题，同时还有效解决了大量线缆敷设以及电路输送构件的成本，还避免了电能超长距离传输过程中的损耗。

4 结束语

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，在未来会得到越来越广泛的应用。随着光伏发电产业化进程的不断推进以及相关技术的不断发展，光伏发电的效率将不断提高、成本不断降低。同时，根据文中的分析可以看看出，太阳能光伏发电技术在未来将会以光伏建筑一体化应用为主，同时加上中西部地区局部光伏电站的辅助，以及在农村地区建设小型光伏电站以及独立的农宅光伏系统。另外，光伏发电技术在应用的过程中，需要进行综合应用，实现对能源的最大化利用。■

参考文献

[1]尹淞，郝继红.我国太阳能光伏发电技术应用综述[J].电力技术，2009（03）：1-4+8.

[2]唐征岐，虞辉.太阳能光伏发电系统应用技术[J].上海电力，2008（02）：111-114.

[3]毛亮.我国发展太阳能光伏发电的必要性及技术分析[J].科技传播，2011（20）：66+68.