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        太陽能光伏發(fā)電的機理分析及應(yīng)用前景

        2017-05-20 18:59:57吳宜朔
        科學家 2017年2期
        關(guān)鍵詞:機理應(yīng)用

        吳宜朔

        摘要現(xiàn)代社會發(fā)展突飛猛進,對能源需求量也在不斷提高,化石能源供求矛盾加劇,人類面臨的環(huán)保壓力也空前增大。為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展,全球都在加緊研究、探尋可再生清潔能源,太陽能備受青睞。目前,對太陽能的研究和開發(fā)利用主要集中于發(fā)電方面,光伏發(fā)電就是其中之一。

        關(guān)鍵詞太陽能光伏發(fā)電;機理;應(yīng)用

        太陽能是無限豐富的可再生清潔能源,不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。我國近八成的疆域光照充沛,且光能資源分布均勻;與水電、風電、核電等相比,太陽能發(fā)電無任何排放和噪聲,應(yīng)用技術(shù)成熟,安全可靠。隨著化石能源供給與需求矛盾加劇及其給人類帶來的污染壓力,近年來,各國都在加緊探究新型綠色能源,太陽能成為共同選擇。我國大力倡導發(fā)展新型能源,太陽能光電研發(fā)是能源研發(fā)方面發(fā)展最快、最具潛力的領(lǐng)域,隨著成本問題將逐步解決,在國家政策大力支持下,中國太陽能市場前景將變得更加廣闊。

        1太陽能光伏發(fā)電能源

        太陽能光伏發(fā)電能源是把太陽的光能和熱能,利用物理學的能量轉(zhuǎn)換,將其轉(zhuǎn)換為電能。太陽能儲量無限、清潔環(huán)保、循環(huán)再生的優(yōu)勢,是目前人類可探知利用的能源當中無與倫比的,所以,人類將太陽能作為最為理想的替代能源。世界各國也將研究和開發(fā)太陽能發(fā)電上升到助推可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略高度,使太陽能發(fā)電得以快速發(fā)展。

        太陽能指太陽光的輻射能量,是太陽通過內(nèi)部自行進行的“氫”聚變成“氦”的原子核反應(yīng)產(chǎn)生并不斷向宇宙空間輻射的巨能量。因此,太陽能實際是太陽輻射產(chǎn)生的光熱、光電和光化學的直接轉(zhuǎn)換。

        作為新型清潔能源,光伏發(fā)電具有火力發(fā)電系統(tǒng)等無法比擬的優(yōu)勢:覆蓋面廣泛,環(huán)境適應(yīng)性極強;供給充足,太陽能取之不盡用之不竭,每秒鐘到達地面的能量高達80x104kW;因為光伏發(fā)電是利用光能和電能之間的轉(zhuǎn)化,所以安全環(huán)保、安靜、不產(chǎn)生污染物。

        2太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及機理分析

        太陽能轉(zhuǎn)換成電能后儲存電能所需的裝置,這主要是在太陽能發(fā)電獨立運行時的必備裝置。但如果能與交流電網(wǎng)并聯(lián)運行,則就可不用該裝置了。所以,現(xiàn)在力推太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電,將太陽能控制器和直流一交流逆變器合二為一,不僅降低成本,還會減少蓄電池對環(huán)境的破壞。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導體界面的光生伏特效應(yīng)把太陽輻射光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù),該技術(shù)核心元件是太陽能電池。把分散的太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)成太陽電池組件,配合功率控制器等部件,一個光伏發(fā)電裝置就基本完成了。

        太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(組件)、太陽能控制器、蓄電池組、直流一交流逆變器和交流配電設(shè)備等組成。其中太陽能電池板是關(guān)鍵部分,它通過半導體的光伏效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)換為電能,儲存到蓄電池中而工作;太陽能控制器控制著整個系統(tǒng)的工作,發(fā)揮著及時給蓄電池充電、過放電等護衛(wèi)作用,若溫差較大,控制器還要提供溫度補償;當把太陽能轉(zhuǎn)化為電能后就可儲存到蓄電池(組)中。

        此外,還有一個關(guān)鍵技術(shù)問題就是太陽能電池的材料。白太陽能發(fā)電被開發(fā)利用以來,晶體硅作為基本的電池材料長期占據(jù)著統(tǒng)治地位,主要類型有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜晶體硅電池等。他們各有特點,也各有利弊。目前,薄膜晶體硅電池雖有很好的發(fā)展?jié)撡|(zhì),但應(yīng)用率不高,還占不到光伏發(fā)電的6%,單晶硅與多晶硅電池仍是較長時間內(nèi)的主流產(chǎn)品。因此,要想更好地研究和開發(fā)利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù),當務(wù)之急是實現(xiàn)在太陽能電池材料的研究上的重大技術(shù)突破。

        3我國太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用及展望

        經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展對能源的需求量越來越大,目前主要是化石能源,但因其不可再生性和使用過程中不可避免地產(chǎn)生大量污染等問題,人們一直在探尋可替代的可再生清潔能源。

        由于太陽光的資源豐富、覆蓋范圍廣、清潔且可再生等優(yōu)點,太陽能光伏發(fā)電也具備可靠、安靜、環(huán)保、能量隨處可得、無需機械轉(zhuǎn)動部件、故障率低、維護簡便、無人值守、建站周期短、易與建筑物結(jié)合等特點,所以,當前人類把它作為太陽能發(fā)電最基本、最普遍和最有前景的應(yīng)用形式。

        我國對太陽能的開發(fā)應(yīng)用,和世界多數(shù)國家一樣,首先主要在發(fā)電領(lǐng)域且取得了一系列的成果。對光伏電池技術(shù)的研發(fā)利用科追溯到20世紀60年代發(fā)展空間用太陽能電池,之后開始研發(fā)生產(chǎn)地面用太陽能電池。此后,我國逐漸進入光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展時期,2006年累計光伏組件裝機容量約占世界份額的3%?,F(xiàn)在,我國己成為世界重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國,擁有數(shù)家太陽能光伏生產(chǎn)的知名大企業(yè)。

        我國對太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用主要表現(xiàn)在:第一,為分散用戶供電,尤其對邊遠地區(qū)用電問題。其中關(guān)鍵問題是解決建筑和太陽能光伏裝置一體化難題,成功案例就是河北保定電谷錦江國際酒店。堪稱一個戶用光伏系統(tǒng)的示范性建筑:樓房被太陽能電池板所覆蓋,能獨立發(fā)電供給大樓內(nèi)生活及辦公用電;第二,集中供電。通過建立獨立光伏電站,可以安全、穩(wěn)定、可靠地為人口集中的縣、鄉(xiāng)、村等集中供電;第三,并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),借助電網(wǎng),聯(lián)網(wǎng)發(fā)電。但在電網(wǎng)覆蓋的地區(qū),由于諸多原因,光電應(yīng)用成本太高,發(fā)展較為緩慢。

        經(jīng)濟社會的發(fā)展對能源的需求不斷增加,能源供求矛盾加劇,現(xiàn)有可利用能源主要是化石能源,致使環(huán)境污染問題日益嚴峻,因此,世界各國都在加速對太陽能的綜合研究開發(fā)利用,以使人類得以科學永續(xù)發(fā)展。我國加大對太陽能的研發(fā)探索,努力促進太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和完善,不斷降低應(yīng)用成本。我國疆域遼闊,太陽能資源極其豐富,太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)形勢大好,相信一批清潔可再生的新型能源基地在不久的將來會建成。

        今后,應(yīng)該加大地面光伏發(fā)電的面積,改進建筑物的規(guī)劃設(shè)計,盡量實現(xiàn)其與光伏發(fā)電裝置一體化的合理利用,政府加強指導,對光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)分布予以合理布局,充分利用資源優(yōu)勢,有條件的可綜合利用多種可再生能源,互補發(fā)電,甚至也可考慮與熱電站聯(lián)合運行等。希望在全球共同開發(fā)太陽能的努力下,光伏產(chǎn)業(yè)有長足的發(fā)展,并盡快成為新能源領(lǐng)域的主流,解決人類發(fā)展所面臨的前所未有的能源恐慌和嚴重的環(huán)境污染問題。

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