蘆 浩

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

太陽能光伏發(fā)電技術應用研究與普及

蘆 浩

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門恩平供電局，廣東 恩平 529400）

太陽能是一種干凈的可再生的新能源，越來越受到人們的重視與開發(fā)利用，太陽能光伏發(fā)電技術已經(jīng)在各個領域中開始應用，并展現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景。本文重點分析了太陽能光伏發(fā)電技術的原理、優(yōu)勢以及具體應用。

太陽能光伏發(fā)電技術；原理；優(yōu)勢；應用；普及

太陽能光伏發(fā)電技術作為一項新型技術，現(xiàn)已經(jīng)成為各行各業(yè)重點開發(fā)與研究的技術之一。太陽能光伏發(fā)電技術在實際應用中體現(xiàn)出：清潔、環(huán)保、節(jié)能、健康等優(yōu)勢，能夠有效提高能源利用效率，應該成為重點研究與開發(fā)的對象，未來的能源建設與發(fā)展必然少不了太陽能光伏發(fā)電技術的應用。

一、太陽能光伏發(fā)電的原理與優(yōu)點分析

太陽能光伏發(fā)電原理最基本體現(xiàn)為：通過太陽能電池把來自于太陽的輻射光能變成電能，現(xiàn)代科技的持續(xù)發(fā)展使得太陽能發(fā)電技術成為最具潛能的一項技術。主要是發(fā)揮半導體的光伏發(fā)電光能，來自于太陽輻射出的光，聚集于太陽電池中，電池吸收這些光能，對應將其轉(zhuǎn)化為電能，具體過程為：光能中將出現(xiàn)“光生電子-空穴”，太陽能電池中存在電場，從而使得電子與空穴相互分開，對應于電池兩側出現(xiàn)了電荷，誕生了電壓。

太陽能光伏發(fā)電體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：

1.高效、節(jié)能、清潔

不同于普通的電力系統(tǒng)發(fā)電，太陽能光伏發(fā)電主要是利用太陽光能，將光子變成電子，光能轉(zhuǎn)化為電能，這其中省略掉了一系列的能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，電能轉(zhuǎn)化更為簡單，同普通發(fā)電對比起來，其效率高、簡單、便捷，同時又節(jié)能環(huán)保。

2.儲備豐富、分布范圍廣

太陽能是一種來自于大自然的能源，具有清潔、環(huán)保、可再生等特點，太陽光的廣泛分布為其開發(fā)與利用帶來了巨大便利，充分利用太陽光能就可以減少對其他常規(guī)能源的開發(fā)，從而減少對環(huán)境的污染與破壞。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由以下幾部分構成：太陽電池組件，儲能蓄電池、充放電控制器、直交流逆變器等。其中太陽電池組件是最核心的部件，主要發(fā)揮著電能轉(zhuǎn)換作用。

二、太陽能光伏發(fā)電技術的應用與普及研究

太陽能光伏發(fā)電作為一項現(xiàn)代化新能源在我國得到了發(fā)展，目前也已經(jīng)成為最具開發(fā)價值、最具利用價值的技術。所謂的太陽能光伏發(fā)電最基礎原理為：通過太陽電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，達到發(fā)電的目的，當前該項技術已經(jīng)運用到以下領域：

1.通信工程

太陽能光伏發(fā)電技術在通訊領域得到了深入而廣泛的應用，具體體現(xiàn)為：光纜通信工程、衛(wèi)星通信工程、鐵通工程、水文探測工程等，這些通信工程項目的發(fā)展都依賴于太陽能光伏發(fā)電技術實現(xiàn)了飛躍式發(fā)展。

表1　太陽能溫度與利用

2.太陽能水泵

在太陽能光伏發(fā)電技術的支持下，水泵通常無須采用蓄電池發(fā)電，在光伏發(fā)電系統(tǒng)帶動下能夠推動水泵迅速運轉(zhuǎn)。一般將逆變器配置在光伏水泵站，第一步是電池板直流電、交流電之間的轉(zhuǎn)換，這樣水泵就能在交流電的支持下開始運轉(zhuǎn)。太陽能水泵實際使用的弱點體現(xiàn)在：初期投入大，然而，實際運行成本較低、無須過多的維護費用，易于長期使用，相對于小型號普通的水泵，其工作效率更高。太陽能水泵通常適合用在太陽能豐富、光能儲備較強的地域環(huán)境中。

3.光熱利用

其應用原理為：聚集太陽輻射，使其同某物接觸然后變成熱能，最終得以應用這部分熱能?，F(xiàn)階段，主要的太陽能聚集設備為：平板集熱器、聚焦性收熱設備等。根據(jù)太陽光的溫度，能夠發(fā)揮不同的光熱作用，具體見表1。

4.太陽能發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電技術主要體現(xiàn)為發(fā)電技術，其中太陽能的應用形式有多種，具體體現(xiàn)為：光能與熱能以及電能之間的轉(zhuǎn)換，具體圖示為：光→熱→電，來自于太陽所輻射的光能將變成熱能，從而用來發(fā)電，通過集熱設備來收集太陽光，使之變?yōu)闊崮?，并逐漸變成蒸汽，巨大的蒸汽作用力下，汽輪式發(fā)電機將運轉(zhuǎn)，發(fā)出電能?；蛘呤枪饽芘c電能之間的直接轉(zhuǎn)換，也就是：光能→電能，該過程的具體原理為：發(fā)揮光生伏特的作用，讓太陽能在一瞬間變成電能。

5.動車組太陽光伏系統(tǒng)

高鐵建設事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電技術也應用其中，得益于MATLAB軟件系統(tǒng)的支持，動車組光伏系統(tǒng)得以發(fā)展，該系統(tǒng)的構造設計如圖1所示。

該系統(tǒng)主體構造為：光伏陣列、照明與空調(diào)系統(tǒng)、蓄電池、充電與放電控制器。其中光伏陣列主要配置在動車組上方，通常根據(jù)動車組頂面大小來設置電池組，決定電池組的型號與數(shù)量。

光伏電池電路模型，單個太陽能電池屬于基礎單元，構建起太陽能光伏陣列，實際電池組件構造應該參照現(xiàn)實的工程建設狀況，通過串聯(lián)電池、并聯(lián)電池等方式來從整體上構建太陽能電池組件。這其中主要形成了3大等效電路模型：

（1）不考慮電阻對電池的影響，簡單的等效模型。

（2）將并聯(lián)電阻納入考慮范圍，分析其對光伏電池輸出的不良作用。

（3）將并聯(lián)或串聯(lián)的電阻納入考慮范圍，分析其對光伏電池的各種作用，這一等效電路模型在現(xiàn)實的工程建設中最為實用，具體的電路模型如圖2所示。

觀察圖2可以看出，在光伏電路圖中，分別串聯(lián)與并聯(lián)了兩個電阻：Rs與Rsh。同時，同光伏電池相比，器件反應速度較快，具體的光伏電池電流用下列公式計算：

IL——光電流；

q——電子電荷；

T——絕對溫度；

I0——二極管反向飽和電流。

6.光伏建筑一體化

隨著太陽能技術的發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電技術逐漸被應用到建筑工程中，逐漸形成了光伏建筑一體化模型。具體的應用原理為：將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在建筑物的頂端，將其同建筑內(nèi)部的電力線路連接起來，通過太陽光能與電能之間的轉(zhuǎn)化，來發(fā)揮對建筑室內(nèi)用電的補償作用，當建筑電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，出現(xiàn)斷電時，可以啟動光伏發(fā)電系統(tǒng)，來持續(xù)供電，維持建筑物內(nèi)部各個用電設備的持續(xù)運轉(zhuǎn)。經(jīng)研究表明，這種光伏建筑一體化的模式未來會有更廣闊的發(fā)展，能夠同建筑幕墻有效配合，二者都能夠有效吸收太陽輻射能、光能等。現(xiàn)階段來看，光伏建筑一體化技術多數(shù)用于建筑頂端，其技術發(fā)展相對完善。

光伏建筑一體化技術實際應用還處于初始階段，需要大量的成本投資，然而，其發(fā)展前景廣闊、對于建筑物用電系統(tǒng)的完善與發(fā)展有著不可替代的作用。

7.太陽能光伏發(fā)電技術的普及前景

太陽能作為一種新能源，將其應用于現(xiàn)代化各行業(yè)中能夠發(fā)揮多方面的優(yōu)勢作用。隨著環(huán)保節(jié)能事業(yè)的建設與發(fā)展，越來越多的行業(yè)、領域?qū)⒅饾u開發(fā)并利用太陽能能源，建設太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)勢作用，一方面達到節(jié)能環(huán)保的目標，另一方面也減少對傳統(tǒng)能源資源的攫取。

未來的太陽能光伏發(fā)電技術會同其他技術有效配合，發(fā)揮二者的優(yōu)勢，達到雙方的優(yōu)勢互補，滿足各行各業(yè)經(jīng)營發(fā)展的需要。

結語

作為一種現(xiàn)代化的新能源，太陽能得到了開發(fā)和利用，太陽能光伏發(fā)電技術已經(jīng)在通信、發(fā)電、運輸?shù)刃袠I(yè)得到了有效應用，發(fā)揮了其優(yōu)勢功能，未來的太陽能光伏發(fā)電技術勢必會得到更大的發(fā)展。

［1］中國能源研究會.關于中國能源戰(zhàn)略及“十二五”能源規(guī)劃的建議［J］.山西能源與節(jié)能，2010（6）：15-18.

［2］中國可再生能源協(xié)會.中國新能源與可再生能源年鑒（2010）［M］.廣州：中國科學院廣州能源研究所，2010.

［3］趙爭鳴，劉建政，孫曉英，等.太陽能光伏發(fā)電及其應用［M］.北京：科學出版社，2014.

［4］劉飛，段善旭，等.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)若干技術問題的研究［J］.太陽能，2006（4）：34-37.

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