太阳能光伏发电技术及其应用探讨

杨洪涛

【摘 要】目前新型可再生能源包含太阳能、水能、风能、地热等，其中太阳能储量大，使用安全、清洁，具有非常广阔的应用和发展前景。当前在太阳能发电方面的研究包含热发电和光伏发电等形式，其中，太阳能光伏发电能够实现太阳能与电能之间的直接转换，不需要消耗燃料，清洁、无污染，使用过程中不会受到地域等因素限制，能够较为容易的结合建筑物使用。针对太阳能的利用，光伏发电属于一种新的技术类型，我国光伏发电产业发展迅猛，文章就此展开了研究分析。

【关键词】太阳能;光伏发电技术;应用探讨

1太阳能光伏发电技术简介

作为太阳能发电技术中的主要利用方式，其可以利用半导体材料的光伏效应来实现从太阳能到电能的直接转化。根据所选电池材料以及制造工艺的不同，光伏发电技术可以分薄膜太阳能电池技术、晶硅太阳电池技术技术、聚光太阳电池技术以及新型太阳能电池技术。光伏发电技术的结构以及基本原理相对简单，且电站建设周期比较短，设备运行和日常维护也比较简单，因此能够进行应用和开发的地区相对比较广泛，另外由于光伏发电属于静态发电，无需机械转动，没有磨损，因此不会产生噪声。通常光伏发电的选址会比较容易，建站前期投资较小，一般大型光伏发电站的建设时长不超过半年。通常光伏电站的系统组件是由逆变器以及光伏组件组成的，因此电站运行不需要燃料，基本上可以实现无人值守，成本比较低。此外，光伏电站的应用形式比较多，主要分为大型并网电站、离网光伏以及分布式建筑光伏，其中大型并网电站的度电成本低，主要建设与平坦开阔阳光充足的地面;离网光伏主要用于解决偏远地区电力供应;分布式建筑光伏则依托建筑设立，主要接到配电网中从而完成就地消纳。尽管光伏电站有着很多优点，但缺陷也比较明显，太阳能发电有着一定的间歇性和不稳定性，特别是在没有阳光照射或阳光较少的阴雨天，光伏发电波动性、间歇性明显。

2太阳能光伏发电技术

2.1太阳能电池技术

（1）硅基电池。目前的商业太阳能电池中使用比较普遍的为电池和化学电池。硅基太阳电池中大概可以分为晶体硅和非晶体硅，其中的晶体硅又可以分为单晶硅电池和多晶硅电池。单晶硅光伏电池的优势在于转换的效率比较多、具有较高的稳定性，缺点是成本比较高;多晶硅电池中转换的效率虽然比较低，但是其性价比比较高，成本比较低，因此是目前市场中使用率最高的太阳能电池。目前我们将硅薄膜光伏发电作为晶硅光伏发电技术中的主要研究方向，硅薄膜太阳能电池的主要优势是在传统的玻璃材料等上加装硅薄膜，做成支持衬底，形成太阳能电池，硅薄膜太阳能电池在材料的消耗上更加节省，成本比较低，能耗的消耗比较小，但是其制作的工艺流程比较复杂。（2）化合物半导体电池。实际中的半导体硅材料价格十分的昂贵，但是化合物半导体的成本就很低，其中利用化合物半导体制作而成的电池主要有CdTe 电池和CIGS 电池两种。化合物半导体的优势在于能够通过调节之间的体能隙宽度，从而有效的和太阳光谱进行匹配，将光能转变为电能的效率进一步提升。CdTe 电池在理论上能够将30%左右的光能转变为电能，具有稳定性强、成本较低的优势。能源的转换过程中会产生有毒的金属Cd，对环境产生污染，根据我们的实际研究和分析发现，在转变电能相同的情况下，CdTe与石油、晶体硅电池等相比较，产生的重金属量是最少的。

2.2聚光光伏技术

地表太阳能密度低，为了提高太阳能利用有效性，聚光光伏技术可发挥重要价值，该技术的使用不仅可实现对太阳光的聚集，集中在较小面积的聚光电池上，确保太阳光有足够的辐射能量密度，同时，还能够使用低廉聚光器取代太阳电池，实现对整个光伏发电系统成本的有效控制。在聚光光伏系统中，聚光器属于主要组成结构，根据光学原理的不同，可以將其分为折射、反射、热光伏、全息等不同类型聚光器。热光伏聚光器主要是利用太阳对辐射器加热，完成光电转换。

2.3孤岛效应保护技术

孤岛效应，具体是指电网中的一些线路因为要维修或出现故障时会停电，停电线路会通过并网发电装备继续供应电能，同时协同附近负载组成一个自给自足的供电孤岛。出现此效应再来较多不良影响：第一，让频率与电压波动现象越来越严重，有时还会失控，进而损坏电网与用户设施;第二，把孤岛系统再次连接到电网中时，重合闸以后，系统内的分布式发电装备若和电网无法同步，会让电路断路器装备遭到破坏，而且还会出现较大的冲击电流，进而损坏孤岛系统内的相关装备，有可能发生再次跳闸的情况。第三，这一效应无法彻底根除故障问题，损坏电网设施，而且影响电网常规供电的手动或者自动回复。第四，让某些被视为已和电源断开连接的线路带电，严重威胁工作人员的人身安全。但若是清除了现阶段出现的经济与技术阻碍，搭配运用一些新兴的控制对策，同时重新设计分布式发电体系的构造，那么孤岛效应可以提升某些负荷供应的安全性与稳定性。

3太阳能光伏发电技术的应用

3.1工业和通信行业

当前，很多工业、通信喝科学领域都开始广泛的使用光伏发电技术，因为这能在很大程度上降低突发事件或者气候对工作的影响。在工业生产领域，光伏发电应用主要有石油管道的阴极保护、水文观测系统的技术支撑、水闸的阴极保护以及气象地震台运行的技术支撑等;在科技通信领域，光伏发电主要应用在太阳能无人值守微博中继站、高密性光缆维护站以及农村地区的载波电话光伏系统等。

3.2光伏建筑一体化

早在20世纪90年代，就提出光伏发电与建筑物集成化概念，当前在世界范围光伏发电方面研究重视度越来越高。将光伏发电与建筑物相结合具体有两种不同形式，一种是对光伏器件和建筑物集成化发展，利用光伏电池板替代普通玻璃幕墙，直接吸收太阳能，通过这一方式，不仅可以作为建材使用，同时还能够有效供电，控制光伏发电成本;另一种是在建筑屋顶按照平板光伏器件，将光伏与电网并联提供电力供应，形成联网光伏系统。当前市场上出现有彩色光伏模块，以此代替墙体外饰材料，能够在发挥发电作用的同时提高建筑外观美观性。需要注意的是《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》（JGJ203-2010）的相关要求，在对太阳能光伏组件进行设置的过程中，必须确保前排光伏组件于冬至日的上午九点到下午三点之间不会对后排光伏组件形成遮挡，可以借助相应的Ecotect软件开展相应的遮挡分析，最终将相邻两排光伏组件的距离控制在1400mm。

3.3农村和边远地区

众所周知，农村地区各方面的发展速度都慢于城市地区，其中尤其突出的就是电力资源建设与制造。农村地区的用电不同与城市地区，居民生活和基本工作用电随时随地都有保证，因为交通和经济等多方发展因素的限制，电力资源没有良好的发展条件。而太阳能光伏发电的功能和优势正好弥补了农村地区的条件限制，农村地区的空旷陆地能更有效的收集太阳能资源，因此农村地区基于对电能的需求和自身条件的优势，大大的助力了太阳能光伏发电技术的发展和应用，当前较常的应用有小型风光互补发电系统、太阳能水泵、独立光伏电站和太阳能照明灯等。

4结束语

总之，太阳能光伏发电技术的有效应用很大程度上解决了偏远地区的电能供应难题，并在社会发展层面上有效缓解了能源短缺问题，大大提高了能源替代的可能性。尽管我国在研究和应用太阳能光伏发电技术的过程中还存在诸多问题与不足，但经过科研人员的不断努力，在未来的发展中一定能突破技术上的一些瓶颈，让太阳能光伏发电技术的应用前景更加广阔。

参考文献：

[1]胡云岩，张瑞英，王军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014，3501：69-72.

（作者单位：国网山西省电力公司大同供电公司）