太阳能光伏发电分析研究及开发应用

摘 要：社会经济的发展以及科学技术的创新，都离不开能源基础。现阶段，能源危机日趋严峻，需要积极开发利用可再生能源，而太阳能光伏发电是最为理想的可再生能源利用技术。我国已经充分重视太阳能光伏发电，且采取了一系列的发展措施。该文简要分析了太阳能光伏发电及开发应用，希望能够提供一些有价值的参考意见。

关键词：太阳能资源 光伏发电 开发应用

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（b）-0048-02

新时期，全球范围内的石化能源日趋短缺，生态环境恶化问题严重，人类迫切需要寻求可再生清洁能源。太阳能资源因为具有较大储量，安全、清洁程度较高等优势，受到了人们的青睐。现阶段，一般采取热发电及光伏发电两种太阳能发电方式。具体来讲，太阳能光伏发电可以用电能来直接转化太阳光能，不需要燃料资源，也不会产生污染问题，同时具有一系列优势，如维护难度较小、建设周期较短、不会产生噪声以及能量获取容易等。因此，近些年来，光伏发电得到了快速发展。

1 太阳能光伏发电技术

具体来讲，光伏电池板、控制器、电能储存变换环节等构成了太阳能光伏发电系统，在系统运行中，涉及到诸多技术。

1.1 太阳能电池技术

太阳能光伏发电系统的核心部件为光伏电池，要想大规模运用光伏电池，需要对其生产成本适当降低，对其转换效率有机提升。第一代光伏电池为硅片，技术发展逐渐成熟，但是却拥有较高的价格成本。第二代光伏电池则是运用了薄膜技术，在非硅材料的衬底上铺设较薄的光电材料，这样半导体材料消耗得到了减少，批量自动化生产能够实现，光伏电池的生产成本得到了显著降低。此外，又有一些研究人员开始研究第三代太阳能电池，其基础依然是先进的薄膜制造技术，具有93%左右的理论层面光电转换效率，如纳米结构电池、有机聚合物电池等。

1.2 聚光光伏技术

地面上直接到达的太阳能只有较低的密度，峰值在1 kW/m2以内，为了促使太阳能利用效率得到提升，就可以将聚光光伏技术运用过来。在较小面积的高性能聚光电池上积聚太阳能，促使太阳光辐照能量密度得到提升；此外，将比较昂贵的太阳电池发展为价格成本较低的聚光器，促使光伏发电系统成本得到有效降低。在聚光光伏系统中，最为主要的一个组成部分为聚光器，包括反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器等多种类型，其具有差异化的光学原理。现阶段，还没有彻底解决聚光光伏系统的一些关键科学技术问题，但是世界范围内都在不断地深入研究聚光技术。我国聚光器技术近些年来才开始发展，具有较快的发展速度，2009年将4倍聚光+跟踪的新型光伏发电技术自主研发出来，其具有较高的效率和较低的价格成本，且能够有效抗风。

1.3 孤岛效应检测技术

在电气故障、误操作、停电维修因素的作用下，电网供电中断，但是光伏并网发电系统的正常运行不受影响，可以正常供电于周围负载，形成自给供电的孤岛，即为孤岛效应。如果光伏并网发电系统处于孤岛运行状态，就无法控制孤岛中的电压和频率，可能会损坏到用户的设备，甚至还会威胁到维修人员的生命财产安全。一般情况下，可以用被动式和主动式两种方法来检测孤岛效应；前者是将电网断电时逆变器输出端电压、频率、谐波的变化情况利用起来，开展孤岛检测；后者则是对逆变器进行控制，促使有一定的扰动形成于输出功率、频率或者相位。在正常运行的过程中，受到电网锁相环平衡作用影响，无法对这些扰动进行检测，如果有故障出现于电网中，将会在较短的时间内累积逆变器输出的扰动，超出相应标准后，就会有孤岛效应形成。

2 太阳能光伏发电技术的开发应用

现阶段，太阳能光伏发电出现了多种应用方式，如独立、并网、混合等。且随着时代的发展与科学技术的革新，太阳能光伏发电技术将会有日趋广泛的应用领域。

2.1 独立光伏发电系统

本种发电系统独立运行，没有连接公共电网系统，一般在边远地区设立，与电网有较长的距离，也可以将其作为移动式电源携带，如部分边远的农村、哨所、海岛等，公共电网无法覆盖，就可以采取本种系统。太阳能发电只能够在白天完成，但是全天候都需要用电，因此，储能元件是独立光伏发电系统中的重要组成部分。虽然气象环境等外界因素会在较大程度上影响到独立光伏发电系统的供电可靠性，且没有较高的供电稳定性，但是却可以促使边远无电地区的用电问题得到有效解决。

2.2 并网光伏发电系统

本种发电系统连接了公共电网，共同发挥供电功能。逆变器能够有效转换光伏电池阵列发出的直流电，促使其频率与电网相同，通过电压源、电流源等方式，向电力系统中送入。公共电网发挥储能功能，其具有无穷大的容量，因此，额外的蓄电池并不需要运用到并网系统中，这样系统运行成本得到了降低，系统运行、供电稳定性得到了提升，且相较于独立系统来讲，光伏并网系统具有更高的电能转换效率。

2.3 混合光伏发电系统

本种系统是在光伏发电系统中引入一种或者几种发电方式，联合供电于负载。可以将多种发电技术的优点综合利用起来，规避缺点。以光伏系统为例，维护难度较小，但是天气因素会影响到电能输出，不够稳定。部分地区的冬天没有足够日照时间，却有较大的风力，则可以将风力/光伏混合发电系统利用起来，避免过度依赖于天气，负载缺电率也可以得到显著降低。

2.4 光伏建筑一体化

在20世纪90年代提出了光伏发电与建筑物集成化的概念，现阶段受到了世界各国的密切关注和广泛研究。一般情况下，可以采取两种方式来结合光伏与建筑，一种是将平板光伏器具安装于建筑屋顶，并联光伏阵列与电网，高效供电于用户，促使有用户联网光伏系统形成；另外一种形式则是集成光伏器件与建筑，将光伏电池板安装于屋顶，将普通的玻璃幕墙发展为光伏发电的玻璃幕墙，这样太阳能就可以被屋顶及墙面的光伏器件直接吸收，这样发电功能得到实现，建材得到节约，光伏发电成本得到了显著降低。因为墙体外饰材料较高，现阶段将其发展为大尺度的彩色光伏模块，上述功能都可以实现，建筑外观美观度也可以有效提升。

2.5 光伏发电与LED照明的结合

固态照明即被人们称之为LED照明，其主要制成材料为半导体，属于发光二极管，能够有效转换电能为光能。在半导体照明中运用LED技术，节能环保优势比较明显，使用寿命较长，维护难度较小。具体来讲，光伏LED照明技术则是在照明中应用了光生伏特效应原理，借助于太阳能电池，用光能来转换电能。因为光伏发电技术与LED照明具有较低的低压，同属于直流电，且可以互相匹配，因此，能够将两者完美结合起来；且不需要用交流电来转化光伏电池产生的直流电，照明系统效率得到了显著提高，具有较大的优势。

3 结语

综上所述，在世界资源危机日趋严重的今天，太阳能光伏发电受到了人们足够的重视，在未来的时间内，将会快速发展这种可持续再生的清洁环保能源。我国要把握机遇，应对挑战，加快光伏发电产业化进程，加快技术开发，提升光伏发电的效率及性价比，扩大太阳能光伏发电的应用领域，促进我国社会经济的可持续发展。

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