浅谈太阳能光伏发电系统技术及展望

摘 要:我国幅员辽阔，可利用的太阳能多，太阳能光伏发电技术已经大大提高了转换率，因此光伏产业的发展前景看好。随着电价补贴和光伏发电的使用时间增加，未来太阳能发电成本有可能降到和常规电价相近的水平。另一方面我国石油、煤炭、天然气等不可再生能源不断减少，太阳能等清洁能源的开发利用是未来能源发展必然的方向。

关键词:太阳能;光伏发电;技术

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

1 太阳能光伏发电系统的相关概念

太阳能光伏发电系统，是将太阳能通过光生伏打效应来将其转换为电能的，由太阳能电池方阵，交直流配电柜，蓄电池组，逆变器、支架系统及电缆等其他BOS 所组成。

太阳能电池作为太阳能光伏发电系统的重要组成部分，起着能量转换的作用，能够将太阳光或其他任何能够发光物体的光通过吸收，将这些光能转变成电能的器件。太阳能电池多为硅电池。接下来我们来介绍一下太阳能电池原材料的特点。电池片为保证太阳能电池板的发电功率，采用单晶硅的太阳能片来进行封装；玻璃更是要采用透光率在91% 以上的低铁钢化绒面玻璃，在保证耐紫外线辐射的情况下，使得透光率依然不下降；EVA 膜层作为密封剂和连接剂，在保证高透光率的同时，还要具有抗氧化、抗紫外线和固化的能力。

太阳能光伏发电系统中的逆变器则是将直流电转变成交流电的装置。太阳能电池所转化成的电能是直流电，而我们通常所用的负载都应该是交流负载，这个时候，逆变器就是必不可少的设备了。逆变器按照不同的分类方式可分为并网逆变器和独立运行逆变器；正弦逆变器和方波逆变器。

蓄电池组主要运用在独立型系统及微网系统中，其作用是储存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。能源结构在21 世纪发生了很大的变化。太阳能寿命长、储量大和经济环保的特点，在逐渐重视的同时，使用的范围也越来越广泛。目前，主要在无法供电的偏远地区和发达城市的公共设施主要来运用光伏发电系统。与此同时，由国家发改委的《可再生能源能源中长期发展计划》及各项补贴政策相继提出，结合中国光照能源分布及联网供电发展的趋势所向，为今后大规模运用光伏并网系统提供了有力的资金及政策保障措施，大型并网光伏发电系统的建设在中国取得了飞速发展。

2 太阳能光伏发电技术

2.1 太阳光伏发电技术原理

太阳能电池是太阳能光伏企业的核心设备，光伏发电利用太阳能电池将光能直接转换成电能。1839 年Becquerel 发现了光生伏打效应，为太阳能电池的产生奠定了基础。太阳能电池芯片的PN 结被光照射后，高能状态下的电子吸收了光能，被激发成为自由电子，自由电子在晶体里移动，余下的空穴也围绕晶体移动，自由电子在N 结聚集，空穴在P 结聚集，由此PN 结间形成电势差，从而可以作为电源使用。

2.2 太阳能电池

提高太阳能光伏发电技术的关键是提高太阳能电池的转化率。太阳能电池主要分为硅基太阳、化合物半导体电池。

2.2.1 硅基电池

电池和化学电池是目前商业化最成熟的太阳电池。硅基太阳电池分为晶体硅和非晶硅电池，晶体硅可分为多晶硅电池和单晶硅电池，单晶硅光伏电池虽然转换效率高，稳定性好但是成本也比较高，多晶硅电池虽然转换率低些，但是以其较高的性价比成为市场上最主要的光伏太阳能电池。晶硅光伏发电技术的发展的方向主要是硅薄膜光伏发电。硅薄膜太阳电池的是指将硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持衬底上制成的太阳能电池，相对传统的晶硅太阳能电池而言，生产硅薄太阳能膜电池所需的硅材料少，成本低，能耗小但是生产工艺比较复杂。

2.2.2 化合物半导体电池

半导体硅的价格比较贵，相对而言化合物半导体的成本就比较低了，化合物半导体电池主要有CdTe 电池和CIGS 电池。这些化合物半导的体能隙宽度可以方便的调节，从而与太阳光谱匹配，将更多的光能转换为电能。理论上CdTe 电池的光电转换效率可达30%，而且性能稳定，原材料价格低廉。另外，金属镉Cd 具有毒性，会严重的污染环境，根据有关研究结果，生产相同多的电量，CdTe 与煤、石油和晶体硅电池相比，排放的镉等重金属的量是最低的。

2.3 太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池板、储电装备、控制器存和逆变器构成，包含了电能变换系统和发电系统。太阳能通过太阳能光伏电池板被转换为电能，并通过逆变器转换后可以提供给负载用户使用。

2.3.1 独立光伏发电系统

独立光伏发电系统是独立运行的发电系统，不与电网相连，一般建设在远离电力系统的边远地区或者作为野外移动式电源使用。独立光伏发电系统将白天生产的部分电能存储在蓄电池里，晚上释放出来使用，对没有条件接入电网的居民而言是很好的选择。但是在实际应用过程中，因为独立光伏发电系统供电不稳定，通常会建立一个普通电站辅助，这提高了光伏发电的成本，也与利用清洁能源发电的目的背道而驰。

2.3.2 并网光伏发电系统

并网光伏发电系统是指将光伏发电设备与电网连接在一起的发电系统。太阳能光伏发电设备与其他类型的发电站一样能为公共电网提供有功电能和无功电能。光伏电池在阳光照射下产生的是直流电，需要经过相关设备变换成与公共电网频率相同的交流电，之后再以电流源、电流源等方式把电能送入电网，所以并网系统不需要蓄电池，系统运行成本低于独立光伏发电系统。另外，并网光伏发电系统的转换率比独立光伏发电系统高很多，所以发电系统的供电比较稳定，是太阳能光伏发电产业的比较合理发展方向。

3 太阳能光伏发电系统的应用

现阶段太阳能光伏发电系统的应用，主要以小型户光伏发电、屋顶型光伏发电和大型并网型光伏发电的应用进行介绍。

3.1 小户型光伏发电

小户型家用型光伏系统作为非并网光伏发电系统的组成部分之一，广泛应用于较为贫困的山区和农村，以保证他们的用电所需。其优良的性能和可靠性，得到了广大用户的好评。以辽宁某县为例，该地区以安装了353 套独立的家用太阳能光伏发电系统，不但能够满足白天的电能供应，所储存起来的电能还能够满足夜间和天气不好时候的供应。

3.2 屋顶型光伏发电

在太阳能光伏发电系统逐渐得到普及的今天，太阳能屋顶光伏发电也得到了广泛的应用。在应用中，不但能够满足用户用电的需求，还能够充分利用屋顶资源，减少土地资源的占用，降低屋顶的升温，缓解用电高峰等优点。

现如今，已有很多城市都在应用太阳能光伏发电照明灯，如对车站、道路或公共场所中的路灯、庭院灯、草坪灯运用太阳能技术，在保证其美观大方的同时，降低了城市中能源的消耗。

3.3 大型并网型光伏发电

系统作为光伏发电的未来，是技术进步的标志，若能够将大型并网型光伏发电作为发电的主要方式，这对于缓解能源的损耗具有非常深远的影响。对降低化石能源的使用，保护环境都有很大的帮助。

4 太阳能光伏发电技术发展前景

我国公布的相关规划提出，2015 年的分布式光伏发电要达到一千万千瓦；英国，日本国家成为光伏产业新兴海外市场；股神巴菲特第三次投资光伏电站项目，一系列行动表明光伏产业正在缓慢回升。中国的光伏企业的市场主要是欧美等发达国家，但是随着我国出台了一系列光伏补贴政策，国内市场将逐渐被打开，光伏企业有望摆脱生产过剩的现状。国家已经明确提出鼓励在中东部地区建设和建筑相结合的分布式光伏发电系统，所以分布式光伏发电和建筑光伏一体化将是我国未来光伏产业的重要发展方向。由此，光伏产业可能从高端市场向下游市场延伸，专业从事诸如太阳能照明或者屋顶太阳能的企业可能得到大力发展，光伏企业需要更加重视相关技术的开发与研究，比如光伏并网电路的拓扑结构、分布式光伏发电系统的能量管理，对系统的显示和远程监控等，同时也应该提供安装维护等增值服务。

虽然晶硅太阳能板仍然是市场的主流，但是很多企业也将目光投向了薄膜太阳能板技术。薄膜太阳能板相对于晶硅太阳能板而言，更能适应高温潮湿的条件，在我国大多用于下游的建筑幕墙，生产成本低，在制造过程中使用的能源也在晶硅太阳能板的一半以下。全球经济衰退影响时，薄膜太阳能板市场仍然稳定增长，美国的FirstSolar 公司也因此成为全球最大的太阳能板生产商之一。目前，MiaSole 公司将CIGS 薄膜的光能转化率提高到17%，改变了以往薄膜太阳能板转化率低的状况，对晶硅太阳能板提出了挑战。

5 结束语

人类一切经济文化活动都需要以能源来作为动力来源，20世纪及以前人们主要以煤炭、天然气和石油等来作为主要的能源来源，而这些能源都是经过上万年甚至更长的时间由古生物变化而来，不珍贵的不可再生的能源。随着人类对能源需求的不断提高，近年来，人类开采 不可再生能源的脚步日益加快，使得这些化石能源的存量不断减少，以现在的这种开采状态，在不远的将来地球上的化石能源就会被人类消耗殆尽。在消耗能源的同时，在使用的过程中，还会排放大量的温室气体，对大气造成的严重污染。导致全球气候变暖，南北极冰山融化，使得海平面上升，对人类和生物的生命安全造成威胁。由此可见，开发、利用并推广高效环保的绿色可再生能源是当务之急，太阳能作为一种可再生资源，对环境和能源的可持续发展具有重要的意义。