太阳能光伏发电技术应用研究与普及

2016-09-28芦浩

中国新技术新产品 2016年16期

关键词：太阳光电能水泵

芦浩

（广东电网有限责任公司江门恩平供电局，广东恩平 529400）

太阳能光伏发电技术应用研究与普及

芦浩

（广东电网有限责任公司江门恩平供电局，广东恩平 529400）

太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的重视与开发利用，太阳能光伏发电技术已经在各个领域中开始应用，并展现出了良好的发展前景。本文重点分析了太阳能光伏发电技术的原理、优势以及具体应用。

太阳能光伏发电技术；原理；优势；应用；普及

太阳能光伏发电技术作为一项新型技术，现已经成为各行各业重点开发与研究的技术之一。太阳能光伏发电技术在实际应用中体现出：清洁、环保、节能、健康等优势，能够有效提高能源利用效率，应该成为重点研究与开发的对象，未来的能源建设与发展必然少不了太阳能光伏发电技术的应用。

一、太阳能光伏发电的原理与优点分析

太阳能光伏发电原理最基本体现为：通过太阳能电池把来自于太阳的辐射光能变成电能，现代科技的持续发展使得太阳能发电技术成为最具潜能的一项技术。主要是发挥半导体的光伏发电光能，来自于太阳辐射出的光，聚集于太阳电池中，电池吸收这些光能，对应将其转化为电能，具体过程为：光能中将出现“光生电子-空穴”，太阳能电池中存在电场，从而使得电子与空穴相互分开，对应于电池两侧出现了电荷，诞生了电压。

太阳能光伏发电体现出一定的优势，具体表现为：

1.高效、节能、清洁

不同于普通的电力系统发电，太阳能光伏发电主要是利用太阳光能，将光子变成电子，光能转化为电能，这其中省略掉了一系列的能量转化环节，电能转化更为简单，同普通发电对比起来，其效率高、简单、便捷，同时又节能环保。

2.储备丰富、分布范围广

太阳能是一种来自于大自然的能源，具有清洁、环保、可再生等特点，太阳光的广泛分布为其开发与利用带来了巨大便利，充分利用太阳光能就可以减少对其他常规能源的开发，从而减少对环境的污染与破坏。

太阳能光伏发电系统主要由以下几部分构成：太阳电池组件，储能蓄电池、充放电控制器、直交流逆变器等。其中太阳电池组件是最核心的部件，主要发挥着电能转换作用。

二、太阳能光伏发电技术的应用与普及研究

太阳能光伏发电作为一项现代化新能源在我国得到了发展，目前也已经成为最具开发价值、最具利用价值的技术。所谓的太阳能光伏发电最基础原理为：通过太阳电池把光能转化成电能，达到发电的目的，当前该项技术已经运用到以下领域：

1.通信工程

太阳能光伏发电技术在通讯领域得到了深入而广泛的应用，具体体现为：光缆通信工程、卫星通信工程、铁通工程、水文探测工程等，这些通信工程项目的发展都依赖于太阳能光伏发电技术实现了飞跃式发展。

表1　太阳能温度与利用

2.太阳能水泵

在太阳能光伏发电技术的支持下，水泵通常无须采用蓄电池发电，在光伏发电系统带动下能够推动水泵迅速运转。一般将逆变器配置在光伏水泵站，第一步是电池板直流电、交流电之间的转换，这样水泵就能在交流电的支持下开始运转。太阳能水泵实际使用的弱点体现在：初期投入大，然而，实际运行成本较低、无须过多的维护费用，易于长期使用，相对于小型号普通的水泵，其工作效率更高。太阳能水泵通常适合用在太阳能丰富、光能储备较强的地域环境中。

3.光热利用

其应用原理为：聚集太阳辐射，使其同某物接触然后变成热能，最终得以应用这部分热能。现阶段，主要的太阳能聚集设备为：平板集热器、聚焦性收热设备等。根据太阳光的温度，能够发挥不同的光热作用，具体见表1。

4.太阳能发电

太阳能光伏发电技术主要体现为发电技术，其中太阳能的应用形式有多种，具体体现为：光能与热能以及电能之间的转换，具体图示为：光→热→电，来自于太阳所辐射的光能将变成热能，从而用来发电，通过集热设备来收集太阳光，使之变为热能，并逐渐变成蒸汽，巨大的蒸汽作用力下，汽轮式发电机将运转，发出电能。或者是光能与电能之间的直接转换，也就是：光能→电能，该过程的具体原理为：发挥光生伏特的作用，让太阳能在一瞬间变成电能。

5.动车组太阳光伏系统

高铁建设事业的持续发展，太阳能光伏发电技术也应用其中，得益于MATLAB软件系统的支持，动车组光伏系统得以发展，该系统的构造设计如图1所示。

该系统主体构造为：光伏阵列、照明与空调系统、蓄电池、充电与放电控制器。其中光伏阵列主要配置在动车组上方，通常根据动车组顶面大小来设置电池组，决定电池组的型号与数量。

光伏电池电路模型，单个太阳能电池属于基础单元，构建起太阳能光伏阵列，实际电池组件构造应该参照现实的工程建设状况，通过串联电池、并联电池等方式来从整体上构建太阳能电池组件。这其中主要形成了3大等效电路模型：

（1）不考虑电阻对电池的影响，简单的等效模型。

（2）将并联电阻纳入考虑范围，分析其对光伏电池输出的不良作用。

（3）将并联或串联的电阻纳入考虑范围，分析其对光伏电池的各种作用，这一等效电路模型在现实的工程建设中最为实用，具体的电路模型如图2所示。

观察图2可以看出，在光伏电路图中，分别串联与并联了两个电阻：Rs与Rsh。同时，同光伏电池相比，器件反应速度较快，具体的光伏电池电流用下列公式计算：

IL——光电流；

q——电子电荷；

T——绝对温度；

I0——二极管反向饱和电流。

6.光伏建筑一体化

随着太阳能技术的发展，太阳能光伏发电技术逐渐被应用到建筑工程中，逐渐形成了光伏建筑一体化模型。具体的应用原理为：将太阳能光伏发电系统安装在建筑物的顶端，将其同建筑内部的电力线路连接起来，通过太阳光能与电能之间的转化，来发挥对建筑室内用电的补偿作用，当建筑电力系统出现故障问题，出现断电时，可以启动光伏发电系统，来持续供电，维持建筑物内部各个用电设备的持续运转。经研究表明，这种光伏建筑一体化的模式未来会有更广阔的发展，能够同建筑幕墙有效配合，二者都能够有效吸收太阳辐射能、光能等。现阶段来看，光伏建筑一体化技术多数用于建筑顶端，其技术发展相对完善。

光伏建筑一体化技术实际应用还处于初始阶段，需要大量的成本投资，然而，其发展前景广阔、对于建筑物用电系统的完善与发展有着不可替代的作用。

7.太阳能光伏发电技术的普及前景

太阳能作为一种新能源，将其应用于现代化各行业中能够发挥多方面的优势作用。随着环保节能事业的建设与发展，越来越多的行业、领域将逐渐开发并利用太阳能能源，建设太阳能光伏发电系统，发挥其优势作用，一方面达到节能环保的目标，另一方面也减少对传统能源资源的攫取。

未来的太阳能光伏发电技术会同其他技术有效配合，发挥二者的优势，达到双方的优势互补，满足各行各业经营发展的需要。