太阳能光伏发电系统浅析

曹振华

(陕西国防工业职业技术学院建筑与热能工程学院 陕西 西安 710302)

太阳能光伏发电系统浅析

曹振华

(陕西国防工业职业技术学院建筑与热能工程学院 陕西 西安 710302)

本文介绍了太阳能光伏发电系统的工作原理、分类和特点，并根据其应用特点和适用场合，展望了其市场发展前景。

太阳能光伏发电系统；特点；市场前景

1 引言

目前，根据发电所用能源，发电系统分为火力发电、水力发电、核电、风力发电、垃圾发电和太阳能发电系统等，在这些系统中，目前我国主要还是以火力发电系统为主，但随着人民生活水平的提高，对环境质量要求的提高，出现了其他一些发电系统，比如，水力发电系统，但该系统受水环境影响比较大，核电系统在西方发达国家已经禁止使用，日本大地震核电泄露对当地居民的影响想必大家都很清楚，风力发电在我国青海、西藏等地区较多，同样相对稳定性较差，垃圾发电系统对环境造成很大的污染。本文将对目前西方发达国家新兴的可再生能源的太阳能发电系统做一简要介绍，希望能对我国的电力行业的发展有所启发和帮助。

2 太阳能光伏发电系统发电原理

太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能[1]。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。国产晶体硅电池效率在10至13%左右，国外同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。

太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

(1)电池单元：由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，于是就有“光生电流”流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出[2]。

(2)电能储存单元：太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定[2]。

3 太阳能光伏发电系统特点

3.1 优点

(1)太阳能取之不尽，用之不竭，地球表面接受的太阳辐射能，能够满足全球能源需求的1万倍。只要在全球4%沙漠上安装太阳能光伏系统，所发电力就可以满足全球的需要。太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；

(2)太阳能随处可处，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失；

(3)太阳能不用燃料，运行成本很低；

(4)太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用；

(5)太阳能发电不会产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源；

(6)太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。

3.2 缺点

(1)地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电；

(2)能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/M^2。大规格使用时，需要占用较大面积[4]；

(3)价格仍比较贵，为常规发电的3～15倍，初始投资高。

4 太阳能光伏发电系统发展前景

太阳能发电系统在家庭、交通、通讯、石油、海洋、建筑、气象、航天太空等领域已经得到了广泛的应用，并解决了许多特殊场合的用电难题,(比如，太空站用电只能用太阳能发电系统等)其使用有着十分广阔的前景。21世纪随着人们对生活品质要求的提高,环保迫切性和节能紧迫性为太阳能发电系统的发展提供了新的机遇和动力，随着其系统的不断更新研究，成本的降低，其市场前景必将越来越广阔。

[1] 罗承先.太阳能发电的普及与前景[J].中外能源,2010,11.

[2] 赵平平.太阳能发电的最新发展趋势[J].电工文摘,2012,01.

[3] 吴显亭.太阳能光伏发电分析研究及开发应用[J].科技资讯，2015,34.

[4] 杨晓蕴.太阳能在建筑节能技术中的应用分析[J].四川水泥，2016,05.

曹振华(1978.02-)，男，陕西蒲城人，2009年毕业于西安工业大学计算机技术专业研究生学历,副教授，现主要从事暖通空调教学研究工作。

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1672-5832(2016)11-0284-01