黃偉

摘要：在低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和能源危機(jī)的今天，各國(guó)都加大了對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用，而太陽(yáng)能被認(rèn)為是最清潔的能源，并具有無(wú)限使用的可能，因?yàn)殂y河系還能運(yùn)行45億年，并且太陽(yáng)目前向地球輸送的能量是整個(gè)人類(lèi)社會(huì)能源消耗的1.2萬(wàn)倍。然而目前人類(lèi)社會(huì)面對(duì)這樣的能源寶庫(kù)，卻因?yàn)榧夹g(shù)落后而不能進(jìn)行利用，實(shí)在可惜。本文對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電類(lèi)型及應(yīng)用進(jìn)行研究，期望能夠?yàn)槭澜缣?yáng)能能源的早日普及運(yùn)用產(chǎn)生促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；類(lèi)型；應(yīng)用

2014年，我國(guó)光伏發(fā)電應(yīng)用規(guī)模不斷創(chuàng)新，30個(gè)分布式光伏發(fā)電示范區(qū)項(xiàng)目充分發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，目前已經(jīng)建成50萬(wàn)千瓦，在建規(guī)模60萬(wàn)千瓦，帶動(dòng)社會(huì)資金超過(guò)100億。然而太陽(yáng)能光伏發(fā)電仍然存在成本高，電板材料生產(chǎn)具有污染性的缺點(diǎn)。然而我們不能因噎廢食，科學(xué)技術(shù)必將不斷進(jìn)步，對(duì)于太陽(yáng)能的運(yùn)用必將成為世界能源的主流。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)研究歷史和現(xiàn)狀

太陽(yáng)能發(fā)電研究很早就在進(jìn)行了，20實(shí)際80年代以來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)一直在蓬勃發(fā)展，每年以30%-40%的速度遞增。非洲、亞洲、南美等都投入了很大研究力度。為了鼓勵(lì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用，美國(guó)、日本等主要發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始用各種政策進(jìn)行鼓勵(lì)，德國(guó)是最早和最積極倡導(dǎo)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的國(guó)家之一，早在1990年就推出了“1000太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，1998年更是推出了10萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃，并在2000年頒布了《可再生能源法》。此外，美國(guó)在2002年光伏電池的生產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了112.9MW，日本在2013年光伏電池生產(chǎn)總量達(dá)到了2.8GW，世界范圍內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始加大對(duì)光伏發(fā)電的研究。

我國(guó)在60年代開(kāi)始發(fā)展空間太陽(yáng)能的電池，70年代發(fā)展地面用光伏電池。80年代中期。我國(guó)的光伏電池組件生產(chǎn)能力達(dá)到4.5MW。與發(fā)達(dá)國(guó)家差距不斷縮小，2014年，我國(guó)光伏發(fā)電量同比增長(zhǎng)200%。實(shí)現(xiàn)了驚人的進(jìn)步。

2太陽(yáng)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)作用原理

當(dāng)前太陽(yáng)能的光伏發(fā)電機(jī)制是利用太陽(yáng)能電池的不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體和金屬結(jié)合部位之間產(chǎn)生的電位差反應(yīng)，把太陽(yáng)能的光能輻射能量轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)成是由太陽(yáng)能電池板在前吸收輻射，連接太陽(yáng)能發(fā)電放電控制器、恒流交流逆變器和蓄電池組，組成一整套的發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的電池板是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的核心，可以將太陽(yáng)的光能輻射進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換，提供電力供應(yīng)使用或進(jìn)行儲(chǔ)存；太陽(yáng)能充電放電控制器是控制蓄電池的充電電流和電壓的，能夠安全、快速的為蓄電池充電，并在充電中盡量減少損耗。增加了蓄電池使用時(shí)限，同時(shí)減輕蓄電池負(fù)擔(dān)，避免充電過(guò)飽和和放電現(xiàn)象的發(fā)生；逆變器的作用是將太陽(yáng)能電池陣列和蓄電池提供的低壓直電流逆變成220伏的交流電，交流負(fù)載使用；蓄電池組的作用是將太陽(yáng)能陣列發(fā)出的直流電儲(chǔ)存起來(lái)，供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池是處于浮充放電狀態(tài)的，日照量大時(shí)，除了供給負(fù)載使用外，還要進(jìn)行充電。

3太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類(lèi)

目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為三類(lèi)，一種是可以獨(dú)立使用的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)、一種是需要并網(wǎng)連接的光伏發(fā)電系統(tǒng)、一種是結(jié)合兩者的混合型的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

獨(dú)立發(fā)電供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)如下圖所示：

獨(dú)立轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)也是由電池板、蓄電池、太陽(yáng)能充電放電控制器、直流交流逆變器組成。太陽(yáng)能的電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成直流形式的電能，當(dāng)發(fā)電量大時(shí)太陽(yáng)能通過(guò)充電器對(duì)蓄電池充電，當(dāng)產(chǎn)生電力不夠時(shí)，太陽(yáng)能電池發(fā)電和蓄電池放電。一起提供電力供電，蓄電池一般采用鉛酸蓄電池?？刂破饔沙潆婋娐贰⒎烹婋娐?、最大功率點(diǎn)跟蹤控制裝置組成。直流交流逆變器可以將恒流電轉(zhuǎn)換為與負(fù)載相同的交變電流。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如下圖所示：

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是直接連接電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，與獨(dú)立的發(fā)電供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，逆變器起到的作用更加的大，要求能夠直接與電網(wǎng)連接。當(dāng)前與電網(wǎng)相連光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構(gòu)形式。最大的區(qū)別在于是否有蓄電池進(jìn)行電能的儲(chǔ)備。用蓄電池進(jìn)行電能儲(chǔ)備的稱(chēng)為可調(diào)節(jié)式電網(wǎng)連接光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中的直流交流逆變器配有總開(kāi)關(guān)和供電開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)具備了不斷電電源的功能，對(duì)于一些家庭自用用戶和大型耗電用戶來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。這一機(jī)器還能夠起到調(diào)節(jié)功率的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，消除對(duì)機(jī)器有害的高次諧波分量，提高電能穩(wěn)定性和清潔性；不用蓄電池儲(chǔ)電的并網(wǎng)廣發(fā)發(fā)電系統(tǒng)叫做不可調(diào)度式電網(wǎng)連接發(fā)電系統(tǒng)，逆變器直接把電池板產(chǎn)生的恒電流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)電壓相同的交變電流，在主用電網(wǎng)系統(tǒng)停電時(shí)，機(jī)器自動(dòng)停止電力供應(yīng)，在日照充足時(shí)，或者光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的交變電流超過(guò)了供電需要時(shí)，多余的電直接送往電網(wǎng)。在光伏系統(tǒng)不產(chǎn)生電或發(fā)電的情況下，供電網(wǎng)絡(luò)向負(fù)載補(bǔ)充電能。

混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)與前兩者的區(qū)別在于增加了一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)機(jī)組，其構(gòu)造如下圖所示：

發(fā)電機(jī)的作用在于既可以直接給交流負(fù)載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電。

4太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為兩種，一種是采用戶用光伏系統(tǒng)和建設(shè)小型光伏電站為主，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電問(wèn)題；一種是借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的建造經(jīng)驗(yàn)，在發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，在2015年6月3日中國(guó)電建集團(tuán)建設(shè)投資的大莊并網(wǎng)電站首批發(fā)電光伏方陣順利并網(wǎng)發(fā)電，在太陽(yáng)能發(fā)電方面取得一大突破。小型光伏電站和戶用光伏系統(tǒng)自使用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，受到了一致好評(píng)。其中，直流系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件和支架、控制器和蓄電池組三部分組成；交流系統(tǒng)比直流系統(tǒng)多了一個(gè)逆變器。屋頂光伏系統(tǒng)可以直接在城市中使用，得到政府的大力支持，并于2008奧運(yùn)會(huì)中大量應(yīng)用。

5結(jié)語(yǔ)

本文介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展、基本類(lèi)型和應(yīng)用，目前我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電蓬勃發(fā)展，大莊并網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)更是促進(jìn)了我國(guó)水、風(fēng)、太陽(yáng)能發(fā)電的并舉。在新型能源的應(yīng)用上，我國(guó)必將領(lǐng)先于世界。

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