曹振華

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與熱能工程學(xué)院 陜西 西安 710302)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)淺析

曹振華

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與熱能工程學(xué)院 陜西 西安 710302)

本文介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、分類和特點(diǎn)，并根據(jù)其應(yīng)用特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，展望了其市場(chǎng)發(fā)展前景。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)；特點(diǎn)；市場(chǎng)前景

1 引言

目前，根據(jù)發(fā)電所用能源，發(fā)電系統(tǒng)分為火力發(fā)電、水力發(fā)電、核電、風(fēng)力發(fā)電、垃圾發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)等，在這些系統(tǒng)中，目前我國(guó)主要還是以火力發(fā)電系統(tǒng)為主，但隨著人民生活水平的提高，對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，出現(xiàn)了其他一些發(fā)電系統(tǒng)，比如，水力發(fā)電系統(tǒng)，但該系統(tǒng)受水環(huán)境影響比較大，核電系統(tǒng)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)禁止使用，日本大地震核電泄露對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦挠绊懴氡卮蠹叶己芮宄L(fēng)力發(fā)電在我國(guó)青海、西藏等地區(qū)較多，同樣相對(duì)穩(wěn)定性較差，垃圾發(fā)電系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成很大的污染。本文將對(duì)目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家新興的可再生能源的太陽能發(fā)電系統(tǒng)做一簡(jiǎn)要介紹，希望能對(duì)我國(guó)的電力行業(yè)的發(fā)展有所啟發(fā)和幫助。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電原理

太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件(Solar cells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達(dá)國(guó)家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。而國(guó)內(nèi)主要研究生產(chǎn)適用于無電地區(qū)家庭照明用的小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能[1]。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件,所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講,光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級(jí)電站,小到玩具,光伏電源無處不在。國(guó)產(chǎn)晶體硅電池效率在10至13%左右，國(guó)外同類產(chǎn)品效率約12至14%。由一個(gè)或多個(gè)太陽能電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。

太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。

(1)電池單元：由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時(shí)，在一定的條件下，太陽能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場(chǎng)的兩側(cè)面引出電極并接上負(fù)載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負(fù)載形成的回路，于是就有“光生電流”流過，太陽能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的功率P輸出[2]。

(2)電能儲(chǔ)存單元：太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲(chǔ)存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時(shí)間(發(fā)電時(shí)間)的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預(yù)定的連續(xù)無日照時(shí)間決定[2]。

3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)太陽能取之不盡，用之不竭，地球表面接受的太陽輻射能，能夠滿足全球能源需求的1萬倍。只要在全球4%沙漠上安裝太陽能光伏系統(tǒng)，所發(fā)電力就可以滿足全球的需要。太陽能發(fā)電安全可靠，不會(huì)遭受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不穩(wěn)定的沖擊；

(2)太陽能隨處可處，可就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路的損失；

(3)太陽能不用燃料，運(yùn)行成本很低；

(4)太陽能發(fā)電沒有運(yùn)動(dòng)部件，不易用損壞，維護(hù)簡(jiǎn)單，特別適合于無人值守情況下使用；

(5)太陽能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對(duì)環(huán)境無不良影響，是理想的清潔能源；

(6)太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，方便靈活，而且可以根據(jù)負(fù)荷的增減，任意添加或減少太陽能方陣容量，避免浪費(fèi)。

3.2 缺點(diǎn)

(1)地面應(yīng)用時(shí)有間歇性和隨機(jī)性，發(fā)電量與氣候條件有關(guān)，在晚上或陰雨天就不能或很少發(fā)電；

(2)能量密度較低，標(biāo)準(zhǔn)條件下，地面上接收到的太陽輻射強(qiáng)度為1000W/M^2。大規(guī)格使用時(shí)，需要占用較大面積[4]；

(3)價(jià)格仍比較貴，為常規(guī)發(fā)電的3～15倍，初始投資高。

4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展前景

太陽能發(fā)電系統(tǒng)在家庭、交通、通訊、石油、海洋、建筑、氣象、航天太空等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并解決了許多特殊場(chǎng)合的用電難題,(比如，太空站用電只能用太陽能發(fā)電系統(tǒng)等)其使用有著十分廣闊的前景。21世紀(jì)隨著人們對(duì)生活品質(zhì)要求的提高,環(huán)保迫切性和節(jié)能緊迫性為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇和動(dòng)力，隨著其系統(tǒng)的不斷更新研究，成本的降低，其市場(chǎng)前景必將越來越廣闊。

[1] 羅承先.太陽能發(fā)電的普及與前景[J].中外能源,2010,11.

[2] 趙平平.太陽能發(fā)電的最新發(fā)展趨勢(shì)[J].電工文摘,2012,01.

[3] 吳顯亭.太陽能光伏發(fā)電分析研究及開發(fā)應(yīng)用[J].科技資訊，2015,34.

[4] 楊曉蘊(yùn).太陽能在建筑節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用分析[J].四川水泥，2016,05.

曹振華(1978.02-)，男，陜西蒲城人，2009年畢業(yè)于西安工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)專業(yè)研究生學(xué)歷,副教授，現(xiàn)主要從事暖通空調(diào)教學(xué)研究工作。

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