太阳能光伏发电系统原理及其有效应用研究

曲凡萍++牟言军

摘 要：太阳能属于可再生绿色能源，通过应用太阳能发电，能够实现零排放且无噪声，应用技术也相对成熟与可靠，安全系数较高。在新时期背景下，我国光伏产业的发展速度提高，而光伏发电也同样取得了理想的成绩，突显出自身的经济潜力。由于太阳能资源丰富，所以，太阳能发电产业应用空间也十分广阔，能够有效地解决诸多难题。

关键词：太阳能；光伏发电系统；原理；有效应用；研究

中圖分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0146-01

1 光伏发电原理概述

当太阳光照在半导体结的时候，会随之形成全新空穴-电子对。在此情况下，受结电场作用，会使得空穴从n区向着p区流动，而电子则从p区向着n区的方向流动，在电路接通以后，就能够形成电流[1]。以上则是光电效应太阳能电池实际工作的基础原理。

对于太阳能发电而言，具有两种不同的形式：①为光能→热能→电能的转换，②光能→电能的直接转换。前者的转换方式具体指的就是通过对太阳辐射所形成热能的合理运用而实现发电目的。通常情况下，太阳能集热器需要把实际吸收的热能有效地转变为工质蒸汽，随后驱动汽轮机而达到发电目的。其原理是首先应当实现光能向热能的转换，随后再将热能转换成电能。这一过程和一般火力发电相同，而通过太阳能热量发电，实际效率并不高且成本昂贵，所以，实际的资金投入要比一般火电站的发电成本高出5-10倍。后者的转换方式则是对光电效应进行运用，可以使得太阳辐射直接被转换为电能。而完成光-电转换的主要装置则是太阳能电池，其作用不容小觑。对于太阳能电池而言，主要是通过光生伏特效应，实现光能向电能的直接转换。太阳能电池属于半导体光电二极管，只要阳光照在光电二极管之上，就会将光能转变为电能，最终形成电流。为此，若将大量电池串联亦或是并联，则能够形成高输出功率太阳能电池的方阵。由此可见，太阳能电池属于全新的电源，具有广阔的发展前景，而且灵活、清洁，永久性特点明显。另外，太阳能电池的使用时间很长，只要有太阳，那么电池就能够实现长期地运用。因而，同火力发电与核能发电相对比，太阳能电池的优势不可比拟，最关键的是不会对环境造成危害，属于绿色发电。

2 太阳能光伏发电系统的类型解构

2.1 离网光伏发电系统

第一，太阳能控制器。在离网发电系统中，太阳能控制器可以有效调节并控制发出的电能。其中，可以将经过调整的能量直接输送至直流负载亦或是交流负载，同时，还能够将多余能量输送至蓄电池组进行存储，一旦发电难以达到负载需求，就可以将所储存的电能输送至负载。当蓄电池处于满电状态的时候，控制器则应当对其进行控制，以免充电过度。而在蓄电池储存电能用尽的情况下，太阳能控制器也同样需要对其进行控制，以免放电过度。因而，若控制器性能不理想，这直接影响蓄电池使用效果，同样也会对系统可靠性带来负面作用。

第二，太阳能逆变器。系统中的太阳能逆变器能够将直流电转变成交流电，为交流负荷提供保障[2]。同样，逆变器在光伏风力发电系统当中发挥着核心作用。因为使用地区经济水平不高，在维护方面无法满足要求，要想有效增强系统性能，且实现电站运行的稳定性，就必须要不断提高逆变器性能的可靠性。而新能源的发电成本相对较高，因而，太阳能逆变器运行的高效性逐渐突显出重要作用。

2.2 光伏并网发电系统

第一，切换型并网光伏发电系统。该系统本身具备了自动运行的双向切换能力，一旦系统发生故障而致使发电量不充足的情况下，切换器可以自动地切换至电网供电侧，进而通过电网来为负载供电。另外，如果电网停电，系统也能够实现电网和光伏系统的分离，进而确保光伏发电系统处于独立运行状态。

第二，基于储能装置的并网光伏发电系统。若系统需要具备储能功能，则可以运用这一系统。其主动性明显，只要电网停电亦或是发生故障，能够实现独立运行，确保持续为负载供电。

3 太阳能光伏发电系统的具体应用

第一，用户太阳能电源。太阳能光伏发电系统可以被应用在10-100W小型电源当中，特别是在无电区域，为居民生活用电提供有力保障。另外，也可以在家庭屋顶并网发电中应用。同时，被应用在光伏水泵中，尤其是在无电地区，能够实现对深水井的开发与利用[3]。最后，可以被应用在太阳能净水器当中，进而缓解无电区域饮水以及净化水质等相关性问题。

第二，通讯与通信领域的应用。将太阳能光伏发电系统应用在无人值守的微波中继站亦或是广播通讯电源系统当中，同样可以发挥其系统自身功用。另外，在小型通信机与农村地区的载波电话光伏系统中应用效果也十分理想。

第三，光伏电站中的应用。在大型停车场充电站中也可以运用太阳能光伏发电系统，另外，能够被应用在风光互补电站当中。

4 结语

综上所述，太阳能光伏发电将在能源消费中逐渐扩大比重，有效地代替常规能源。由于太阳能资源丰富，且开发利用潜力相对明显。随着国内能源消耗量不断增加，太阳能光伏发电系统的应用将具有极大的现实意义。

参考文献

[1]于雪梅.谈太阳能光伏发电系统的原理与应用[J].工程建设与设计，2013（8）：102-105.

[2]卢洪宝，席晓军.论太阳能光伏发电系统原理[J].企业家天地：中旬刊，2012（5）：73-75.

[3]云巧玉，张岳，王帅，等.基于Matlab/Simulink的离网型太阳能光伏发电系统仿真研究[J].辽宁科技学院学报，2016，18（3）：19-20，23.