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        光伏發(fā)電技術(shù)分析及應(yīng)用探討

        2019-01-16 09:44:24孫巖
        中國(guó)設(shè)備工程 2019年5期
        關(guān)鍵詞:電能太陽(yáng)能發(fā)電

        孫巖

        (中油電能電力研究設(shè)計(jì)院,黑龍江 大慶 163000)

        隨著石油天然氣、煤炭等資源的消耗日益增多,能源的消耗危機(jī)已經(jīng)逐漸成為全世界共同的問題。新能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為了刻不容緩的課題,太陽(yáng)能是最為豐富的可再生能源之一,具有無(wú)污染、可再生等優(yōu)勢(shì),是世界上公認(rèn)的最為理想的代替能源之一。將太陽(yáng)能這種可再生能源進(jìn)行有效利用,就能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源,可有效地緩解能源緊張的情況,太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。

        1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)

        1.1 太陽(yáng)光伏發(fā)電技術(shù)原理

        光伏發(fā)電技術(shù)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在太?yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)中,太陽(yáng)能電池是其中的核心關(guān)鍵設(shè)備,最初的光生伏打效應(yīng)是在1839年發(fā)現(xiàn),有效的奠定了太陽(yáng)能電池發(fā)展的基礎(chǔ)。當(dāng)太陽(yáng)光對(duì)太陽(yáng)能電池芯片中PN結(jié)進(jìn)行照射之后,電子芯片在高能狀態(tài)下吸收光能,將其中的自由電子激發(fā),晶體中的自由電子進(jìn)行移動(dòng),調(diào)動(dòng)剩下的晶體在圍繞其進(jìn)行移動(dòng),N結(jié)出形成自由電子聚集,P結(jié)出形成空穴聚集,因此PN結(jié)之間產(chǎn)生電勢(shì)差,提供一定程度的電源。

        1.2 太陽(yáng)能電池

        太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)中最為重要的就是將太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行提高,太陽(yáng)能電池中重要的組成部分為化合物半導(dǎo)體、硅基太陽(yáng)等。

        (1)硅基電池。目前的商業(yè)太陽(yáng)能電池中使用比較普遍的為電池和化學(xué)電池。硅基太陽(yáng)電池中大概可以分為晶體硅和非晶體硅,其中的晶體硅又可以分為單晶硅電池和多晶硅電池。單晶硅光伏電池的優(yōu)勢(shì)在于轉(zhuǎn)換的效率比較多、具有較高的穩(wěn)定性,缺點(diǎn)是成本比較高;多晶硅電池中轉(zhuǎn)換的效率雖然比較低,但是其性價(jià)比比較高,成本比較低,因此是目前市場(chǎng)中使用率最高的太陽(yáng)能電池。目前我們將硅薄膜光伏發(fā)電作為晶硅光伏發(fā)電技術(shù)中的主要研究方向,硅薄膜太陽(yáng)能電池的主要優(yōu)勢(shì)是在傳統(tǒng)的玻璃材料等上加裝硅薄膜,做成支持襯底,形成太陽(yáng)能電池,硅薄膜太陽(yáng)能電池在材料的消耗上更加節(jié)省,成本比較低,能耗的消耗比較小,但是其制作的工藝流程比較復(fù)雜。

        (2)化合物半導(dǎo)體電池。實(shí)際中的半導(dǎo)體硅材料價(jià)格十分的昂貴,但是化合物半導(dǎo)體的成本就很低,其中利用化合物半導(dǎo)體制作而成的電池主要有CdTe 電池和CIGS 電池兩種?;衔锇雽?dǎo)體的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過調(diào)節(jié)之間的體能隙寬度,從而有效的和太陽(yáng)光譜進(jìn)行匹配,將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男蔬M(jìn)一步提升。CdTe 電池在理論上能夠?qū)?0%左右的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,具有穩(wěn)定性強(qiáng)、成本較低的優(yōu)勢(shì)。能源的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生有毒的金屬Cd,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,根據(jù)我們的實(shí)際研究和分析發(fā)現(xiàn),在轉(zhuǎn)變電能相同的情況下,CdTe與石油、晶體硅電池等相比較,產(chǎn)生的重金屬量是最少的。

        1.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

        太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要包括儲(chǔ)電電池、太陽(yáng)能光伏電池、控制儲(chǔ)存器、逆變器等,光伏電池板將太陽(yáng)能有效的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,通過逆變器后才能為人們正常使用。主要分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

        (1)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)指的是處理運(yùn)行的發(fā)電機(jī)構(gòu),是自身獨(dú)立的一套發(fā)電系統(tǒng),不和任何電網(wǎng)進(jìn)行連接,建設(shè)的地點(diǎn)都是在野外邊遠(yuǎn)的地區(qū),經(jīng)常使用在移動(dòng)式電源中。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將白天儲(chǔ)存的電能存儲(chǔ)在電池中,供沒有接入電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶晚上使用。但是在實(shí)際的使用過程中,獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)并不是很穩(wěn)定,一般需要建立一個(gè)電站與之進(jìn)行輔助,導(dǎo)致光伏發(fā)電的成本增加,沒有達(dá)到清潔能源發(fā)電的目的。

        (2)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)指的是將光伏發(fā)電技術(shù)和電網(wǎng)連接在一起進(jìn)行使用。能夠有效的為公共電網(wǎng)提供電能和無(wú)功電能,起到的作用和微型發(fā)電站是一樣的。在太陽(yáng)光的照射下,光伏電池將產(chǎn)生的直流電經(jīng)過相關(guān)的儀器和設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)變?yōu)榕c我們公共電網(wǎng)頻率相同的交流電,然后再將交流電以電流源的方式輸送到電網(wǎng)中,因此并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)不需要蓄電池,與獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比較成本較低。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)比獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率高,因此具有較高的供電穩(wěn)定性,是目前在太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中理想的發(fā)展方向。

        2 我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

        我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)起步比較晚,近幾年來我國(guó)科技的不斷進(jìn)步,對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的研究也取得了一定的成果,實(shí)施了發(fā)展新型可再生能源和節(jié)能減排的政策,我國(guó)的領(lǐng)土面積幅員遼闊,因此可以利用的太陽(yáng)能資源十分豐富,我國(guó)已經(jīng)逐漸成為了世界上太陽(yáng)能光伏發(fā)電和生產(chǎn)相關(guān)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)零件的大國(guó)之一。

        2.1 民用光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

        目前我國(guó)的城市居民用電量正在逐漸增加,在民用的領(lǐng)域中光伏發(fā)電技術(shù)正在得到快速的發(fā)展,在太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū),居民在屋頂安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),基本能夠保障一天的生活用電量。

        2.2 公用光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

        目前我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在公共領(lǐng)域的發(fā)展上取得了一定的成果,太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在公共領(lǐng)域中的應(yīng)用有效的在民用領(lǐng)域中起到了示范作用。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間,我們就已經(jīng)在多個(gè)體育場(chǎng)館中應(yīng)用了太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),在這些體育場(chǎng)館中,太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)提供的電量在1年中大概有70萬(wàn)kW/h,產(chǎn)生的電量相當(dāng)于170t煤炭的燃燒,大約減少了500多噸的二氧化碳排放量。2010年的上海世博會(huì)期間,世博會(huì)中心、中國(guó)館等都已經(jīng)應(yīng)用了太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),尤其是中國(guó)航天部門參與設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電技術(shù),年發(fā)電量達(dá)到500萬(wàn)度。

        2.3 光伏發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀

        近年來,我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)正在逐步的發(fā)展崛起中,雖然太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)存在一些問題,但是國(guó)家的科研人員正在積極的投入到太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的研究和開發(fā)中,在相關(guān)政策的不斷推進(jìn)和相關(guān)部門的高度重視下將我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)不斷的完善和創(chuàng)新,爭(zhēng)取達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

        3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景分析

        3.1 民用光伏發(fā)電技術(shù)

        在石油資源日益缺乏的今天,對(duì)于可再生能源的開發(fā)和利用顯得重要,隨著國(guó)家政策的推出,政府相關(guān)補(bǔ)貼的下發(fā),太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在滿足民用電能需求的同時(shí),可以將閑置的土地建設(shè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),目前的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)需要投入的資金并不是很多,尤其在太陽(yáng)能資源比較豐富的地區(qū),并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè),能夠有效的利用閑置的土地,避免土地資源出現(xiàn)浪費(fèi),也能有效的促進(jìn)我國(guó)民用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的快速、健康發(fā)展。

        3.2 公用光伏發(fā)電技術(shù)

        最近幾年,國(guó)家的政策和市場(chǎng)對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的影響比較大,推動(dòng)了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展。有效的減少了污染物的排放,起到了很好的環(huán)保效果。同時(shí)隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)成本的下降,公共設(shè)施中應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),能夠有效降低政府的支出。因此公用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了高度重視,發(fā)展速度越來越快。

        3.3 光伏發(fā)電技術(shù)研究

        目前,我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成績(jī),隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,研究和開發(fā)得到了不斷完善。我國(guó)的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)逐漸加強(qiáng)了光伏發(fā)電技術(shù)的研究工作。

        4 結(jié)語(yǔ)

        我國(guó)具有廣闊的國(guó)土面積,因此能夠有效地利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),將其中的轉(zhuǎn)換率進(jìn)行大幅度提升,太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的前景十分廣闊。

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