付浩然

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局 廣東 惠州 516003

引言

在全球經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，社會(huì)發(fā)展、公民生活均對(duì)能源資源有更高的需求。在需求量不斷擴(kuò)大的背景下，一些不可再生能源潛藏的危機(jī)逐步暴露出來，可再生能源進(jìn)入人們視線，并成為人們重點(diǎn)探究內(nèi)容。在不可再生能源日益減少的背景下，新能源開發(fā)、使用成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)持續(xù)進(jìn)步的關(guān)鍵內(nèi)容與重要難點(diǎn)[1]。但在這一過程中，新能源的實(shí)際開發(fā)水平會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展造成直接影響，也會(huì)對(duì)我國科學(xué)發(fā)展、長久發(fā)展造成較大影響。太陽能是一種可再生能源，也是一種取之不盡、用之不竭的能源，充分滿足社會(huì)、人們發(fā)展的實(shí)際需求[2-3]。積極應(yīng)用、轉(zhuǎn)變太陽能，充分提高其利用效率與利用途徑，是促進(jìn)社會(huì)發(fā)展、公民生活質(zhì)量提高的關(guān)鍵[4]。在新時(shí)期背景下分析，和傳統(tǒng)能源進(jìn)行比較，太陽能不僅是可再生能源，還是清潔能源，采集、轉(zhuǎn)化與使用期間不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染，還能滿足人們的能源實(shí)際需求。從1839年開始，太陽能發(fā)電就是重點(diǎn)研究內(nèi)容，其中太陽能光伏發(fā)電是應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的技術(shù)之一，且在科學(xué)水平持續(xù)提高的背景下，太陽能的光伏發(fā)電成本持續(xù)下降。光伏發(fā)電系統(tǒng)由多種部件組成，包含太陽能電池陣列、逆變器、蓄電池以及負(fù)載等等，這些部件均是國內(nèi)外對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)的一種主要體現(xiàn)，具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。

1 太陽能光伏陣列及光伏發(fā)電技術(shù)概述

1.1 陣列和數(shù)學(xué)模型

太陽能發(fā)電系統(tǒng)由多種部件組成，其中最核心的部件之一是太陽能光伏陣列（見圖1），能夠充分吸收太陽光，繼而進(jìn)行有效的能量轉(zhuǎn)換，充分實(shí)現(xiàn)太陽能的有效應(yīng)用。光伏列陣屬于半導(dǎo)體裝置，主要在電能轉(zhuǎn)換中應(yīng)用。若單純使用晶體物理理論進(jìn)行分析，很難明確光陣列的相應(yīng)方程式，也無法全面反映光伏陣列的實(shí)際伏安特性，所以必須充分掌握光伏陣列原理，通過原理與實(shí)際情況合理創(chuàng)建太陽能光伏陣列的數(shù)學(xué)模型。鑒于光伏陣列是在光生伏特效應(yīng)基礎(chǔ)上直接完成能量轉(zhuǎn)換的，所以在分析整體結(jié)構(gòu)時(shí)可將其看作半導(dǎo)體光電二極管。正常情況下，于太陽光直射時(shí)，在半導(dǎo)體P-N結(jié)上形成相應(yīng)的新空穴-電子對(duì)，受P-N結(jié)作用影響可有效實(shí)現(xiàn)電子流動(dòng)，有效強(qiáng)化電能流動(dòng)以及電路流通。

圖1 太陽能光伏電站系統(tǒng)框架圖

1.2 光伏發(fā)電技術(shù)

太陽能轉(zhuǎn)換過程中，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)主要通過光生伏特效應(yīng)達(dá)到將太陽能有效轉(zhuǎn)換電能的目的。不管是通過并網(wǎng)發(fā)電方式，還是獨(dú)立發(fā)電方式，進(jìn)行功能操作時(shí)均需應(yīng)用控制器與太陽能電池板等多種電子元器件，并讓這些期間充分發(fā)揮協(xié)同作用。從實(shí)際應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電設(shè)備實(shí)際應(yīng)用期間，具有操作精煉，使用簡單等特點(diǎn)，所以可在多個(gè)場合、多個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步強(qiáng)化光伏發(fā)電的實(shí)際效果。正常情況下，太陽能光伏發(fā)電方式一共有兩種，第一種是光熱發(fā)電，第二種是光伏發(fā)電。從實(shí)際應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電具有十分廣泛的應(yīng)用范圍，應(yīng)用頻率最高。站在電流輸送方式角度展開分析，太陽能光伏發(fā)電也有兩種模式，第一種是分布式光伏發(fā)電，第二種是獨(dú)立式光伏發(fā)電。利用太陽能光伏發(fā)電進(jìn)行供電時(shí)，需及時(shí)配置相應(yīng)的交流逆變器，應(yīng)用該設(shè)備讓直流電逐步轉(zhuǎn)換成正弦交流電。分布式光伏發(fā)電應(yīng)用期間，對(duì)外界環(huán)境有很高要，在該發(fā)電模式之下，可將太陽能光伏陣列的電能轉(zhuǎn)換作用充分發(fā)揮出來，繼而達(dá)到全面輸出剩余電能的目的。直流匯總箱能夠直接集中往直流配電柜中輸出剩余的電能，并網(wǎng)逆變器也能發(fā)揮剩余電能集中輸出的作用，還可將直流電有效轉(zhuǎn)換成交流電，在朝建筑物負(fù)載完成電流轉(zhuǎn)移之后，剩余交流電能夠順利完成并網(wǎng)處理工作。

2 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的具體類型

2.1 太陽能電池技術(shù)

該技術(shù)是比較典型的太陽能發(fā)電技術(shù)，可有效解決太陽能轉(zhuǎn)變成電能的相關(guān)儲(chǔ)存問題，還可有效減少不必要的能源損害，充分利用太陽能，促進(jìn)太陽能技術(shù)發(fā)展。現(xiàn)今常用的太陽能電池有很多類型，包含硅太陽能電池與多元化合物薄膜太陽能電池等類型。但因?yàn)椴煌姵氐奶匦?、特點(diǎn)存在鮮明差異，所以電池實(shí)際分類存在較大差異。在太陽能發(fā)電技術(shù)持續(xù)發(fā)展、進(jìn)步的背景下，很多新概念電池、新結(jié)構(gòu)電池問世。在太陽能光電技術(shù)充分應(yīng)用的背景下，電能轉(zhuǎn)化率高達(dá)93%以上。太陽能電池技術(shù)依然處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但發(fā)展過程中存在較多問題，第一個(gè)問題是成本過高問題。現(xiàn)今制作太陽能電池時(shí)，必須應(yīng)用硅原料，所以具有較高的造價(jià)成本。第二個(gè)問題是轉(zhuǎn)化效率問題，在技術(shù)持續(xù)提升的背景下，光電轉(zhuǎn)化率逐步提升，這也是技術(shù)發(fā)展、革新的主要發(fā)展方向、具體體現(xiàn)方式。第三個(gè)問題是太陽能電池的相關(guān)處理問題、相關(guān)技術(shù)發(fā)展問題，太陽能電池廢棄后也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定危害，如何減少太陽能電池對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，是未來研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.2 聚光光伏技術(shù)

這也是比較常見的太陽能發(fā)電技術(shù)，主要是通過太陽照射特點(diǎn)研究出來的一種技術(shù)。太陽照射存在較強(qiáng)、較明顯的分散性，所以很容易導(dǎo)致能量損耗，最終對(duì)發(fā)電功率造成影響。想要進(jìn)一步提升太陽能的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率，必須提高對(duì)太陽能照射密度的重視，主動(dòng)進(jìn)行聚光處理，之后實(shí)施發(fā)電操作，才能有效解決相關(guān)問題，充分利用太陽能。聚光光伏技術(shù)就是這樣一種技術(shù)，能夠幫助太陽光實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化，也是現(xiàn)今比較重要的一種光伏發(fā)電技術(shù)。聚光光伏能夠有效處理光轉(zhuǎn)化效率問題，在規(guī)模效應(yīng)出現(xiàn)后，聚光光伏發(fā)電還會(huì)有成本優(yōu)勢(shì)凸顯出來。聚光光伏系統(tǒng)還存在占地面積小，幾乎無須耗費(fèi)水資源等優(yōu)勢(shì)，能夠充分凸顯其節(jié)水特點(diǎn)，符合環(huán)保綠化與節(jié)省能源的新時(shí)期發(fā)展原則，所以該技術(shù)迅速成為新時(shí)期最看重的一種太陽能發(fā)電技術(shù)。現(xiàn)今，聚光光伏被市場上與研究領(lǐng)域稱作第三代太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，和以往使用的晶體硅太陽能電池以及薄膜太陽能電池比較，技術(shù)優(yōu)勢(shì)更為突出。在技術(shù)持續(xù)升級(jí)與提高后，聚光光伏技術(shù)還能在各個(gè)領(lǐng)域推廣普及，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，充分提高太陽能的有效利用率。

2.3 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

光伏發(fā)電功效能夠?qū)⑻柲苡行мD(zhuǎn)化成電能，可輔助相關(guān)領(lǐng)域充分利用新能源，還可實(shí)現(xiàn)新能源的再次利用，繼而形成資源可持續(xù)發(fā)展的新局面，有利于發(fā)電領(lǐng)域發(fā)展和進(jìn)步。但從實(shí)際能量轉(zhuǎn)化可發(fā)現(xiàn)，鑒于輸出電壓電流會(huì)被外界環(huán)境的光源強(qiáng)度、實(shí)際濕度、氣候溫度等多種因素影響，所以光伏陣列存在非線性特征。為有效減少相應(yīng)的負(fù)載壓力，必須盡可能對(duì)光伏陣列系統(tǒng)輸出最大功能，繼而有效維持光伏陣列系統(tǒng)的平衡。在這一過程中，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)顯得十分重要。最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)是現(xiàn)今比較推崇的太陽能發(fā)電技術(shù)，但其技術(shù)控制方法存在鮮明差異，所形成控制結(jié)果也有較明顯差異?，F(xiàn)今多采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)有效解決相應(yīng)的發(fā)電系統(tǒng)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)問題，也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)的主要技術(shù)。但是，在這一過程中，如何持續(xù)性、有效性的為光伏陣列系統(tǒng)輸入最大功率，成為該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容。針對(duì)上述問題，現(xiàn)今研究出多種方法，如利用敏感性較強(qiáng)信息化技術(shù)有效控制光伏陣列，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理光伏發(fā)電的相關(guān)情況，還可結(jié)合電功率實(shí)際變化有效調(diào)整電池陣列實(shí)際輸出功率，繼而維持電池陣列高功率狀態(tài)，最大程度上發(fā)揮太陽能發(fā)電作用。

3 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)際體現(xiàn)

3.1 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

在太陽能電池陣列應(yīng)用期間，必須解決輸出電能轉(zhuǎn)變?yōu)楹碗娋W(wǎng)相匹配交流電這一問題，積極應(yīng)用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)無疑可解決問題，系統(tǒng)還可發(fā)揮其他作用，及時(shí)將產(chǎn)生的多余電能利用電網(wǎng)傳輸模式傳遞到其他電能供給不足系統(tǒng)中，幫助該系統(tǒng)解決電能不足的問題，系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用靈活性與有效性較好。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)今多在城市并網(wǎng)光伏電站中應(yīng)用，能夠有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)電能含量，滿足城市居民的實(shí)際用電需求，保證城市始終正常合理運(yùn)轉(zhuǎn)。既往太陽能光伏發(fā)電具有較高的成本，主要體現(xiàn)在太陽能電池的成本過高這一方面，這是限制該技術(shù)推廣普及的主要原因。但在新時(shí)期背景下，新技術(shù)持續(xù)問世并普及，新型光伏材料廣泛應(yīng)用、積極推廣，所以太陽能光伏法定成本以及穩(wěn)定性持續(xù)下降，發(fā)電轉(zhuǎn)化率明顯提升。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由多種部件組成，包含電子器件以及微處理器等，這些部件也在積極發(fā)展創(chuàng)新，性能水平明顯提高，這些變化都是讓并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展、有效完善的關(guān)鍵原因。

3.2 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

現(xiàn)今應(yīng)用的太陽能發(fā)電系統(tǒng)較多，部分系統(tǒng)屬于孤立發(fā)電系統(tǒng)，比如獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。和一般并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行比較，該系統(tǒng)主要在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)供電站使用，獨(dú)立性是該系統(tǒng)的典型特征，也是避免偏遠(yuǎn)地區(qū)用電被其他地區(qū)影響的有效方法，能夠承擔(dān)該偏遠(yuǎn)地區(qū)居民的實(shí)際用電需求。但從實(shí)際應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)存在較多影響因素，應(yīng)用期間容易被外界氣候與電能負(fù)荷等多重因素影響，繼而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性一般，難以保證偏遠(yuǎn)地區(qū)居民的穩(wěn)定、安全、持續(xù)、有效用電。為有效解決獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)這一問題，可在系統(tǒng)中添加適宜的能量管理設(shè)備或是能量儲(chǔ)存設(shè)備，繼而有效應(yīng)對(duì)用電問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩種類型，一種是直流發(fā)電系統(tǒng)，一種是交流發(fā)電系統(tǒng)。其中直流發(fā)電系統(tǒng)存在有蓄電池、無蓄電池兩種類型。交流發(fā)電系統(tǒng)主要在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、道路施工建設(shè)中應(yīng)用，尤其是限定區(qū)域中的路燈改造環(huán)節(jié)、能源節(jié)能節(jié)約環(huán)節(jié)等范圍中，可發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)束語

在全球經(jīng)濟(jì)化背景下，公民用電需求日益升高，電能是否供應(yīng)充足，直接影響各個(gè)國家、各個(gè)地區(qū)的科學(xué)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活質(zhì)量，但在能源有限的情況下，積極研究并使用太陽能等可再生清潔能源，將其高效率的轉(zhuǎn)化為電能，是非常有必要的。