关于太阳能光伏发电技术的研究进展探讨

熊成立 湖北科技学院电子与信息工程学院

引言

丰富的太阳辐射是一种取之不尽、物美价廉、免费使用的能源，如果地球表面的太阳能有0.1%转化为电力，假设5%的转换效率，每年的发电量是世界能源消耗的40 倍。

截止到目前，太阳能光伏发电技术在我国得到了广泛的应用，太阳能发电设备随处可见，已经成为一种规模性的发电方式，在我国大西北建造有大范围太阳能发电电站。中国已成为世界上最大的太阳能设备出口国。而且伴随着技术的发展太阳能发电设备的价格也越来越低廉。

一、太阳能光伏发电技术的技术简介

所谓太阳能光伏发电技术就是使用半导体材料的光伏效应。由于半导体的不同部分在光照条件下的电子运动，产生了电位差。被称为“光生伏特效应”。基于这一原理，1954 年，美国科学家查克和皮尔松初次在美国贝尔实验室制作了适用的单晶硅太阳能电池，诞生了将太阳能转化为电能的实用光伏发电技术。太阳能光伏发电技术的核心是太阳能电池的制造。根据半导体材料和制造工艺的不同可将太阳能电池分为不同种类，目前常见的太阳能电池有多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、cdte 薄膜太阳能电池、砷化镓（gaas）薄膜太阳能电池和硒铟铜（cis）太阳能电池。是一种薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极太阳能电池、纳米晶体化学太阳能电池、染料敏感二氧化钛（色素沉淀）太阳能电池等。

（一）太阳能光伏发电技术原理

太阳能电池是由半导体制成的，当阳光照在半导体上，会引发光电反应。由于光的照射会带来光子，当光子聚集到一定数量的时候，就会作用在半导体上，光子和半导体反应就会产生电子与空穴，分别产生正电荷与负电荷，正电荷与负电荷分别聚集在半导体的两端，这时用一根导线连接半导体两端就会引起电荷的定向流动从而产生电流。然后用电磁收集并储存产生的电能，再用逆变器改变电池中的电压就可以为人们提供生活所需要的标准电压了。

（二）太阳能光伏发电系统的组成

太阳能光伏发电系统的总体结构主要是太阳能电池组件、电力电子设备，如充放电控制器、变频器、测试仪和计算机监控，以及电池或其它储能和辅助发电设备；其中最重要的是太阳能电池板。

1.太阳能电池板

太阳能电池板是系统的核心和最有潜力的部分。最有研究价值的部分，他可以把光能转化成电能，然后把产生的电送往蓄电池单元存储起开，现在我们用的太阳能电池板大都是以“硅”为主要材料制作而成，表面一般由透光率为高达%91 的钢化玻璃又称白玻璃这种高密度的钢化玻璃对里面的硅制电池板有着非常稳固的保护而且对光照的影响非常小，钢铝支架起保护支撑的作用，有非常好的抗机械冲击作用。现在太阳能电池板有三种单晶硅太阳能电池，纯度为16.5%以上的高效率单晶硅可以保证电池板的高发电效率。

2.蓄电池单元

现在我们对蓄电池的要求有使用寿命长，充放电要安全，电量流失率低，电池维护率低等特性，由于太阳能发电系统产生的电量是巨大的所以单一的电池难以存储，实际运用中是由一系列的电池经串联，并联来形成来的电池单元来使用，蓄电池的特性对整个系统的实用性有着非常重要的作用。目前，我国广泛使用的太阳能电池是无铅酸电池和胶体电池，这是由于其固有的“免费”维护特性和较少的环境污染。它适用于可靠的太阳能发电系，特别是无人工作站。

3. 控制器

控制器的主要功能是保持太阳能发电系统的功率，使其始终在最高功率附近运行，以获得最大的电能，现在发明了一种太阳能追踪系统，上面的感应器能感知最佳的受光点从而得到最大的功率。控制器分为充电控制和放电控制，电荷控制通常使用pwm 控制来运行整个系统的最大功率pm。放电控制的作用主要是在电池发生故障时及时切断电源达到保护设备以及人员安全的作用。因此在太阳能光伏发电系统中充放电控制器是必不可少的。

4.逆变器

逆变器是用来把电池中的直流电通过一系列的变换变为交流以及提升电压的作用由逆变桥，控制逻辑和滤波电路组成现在的逆变器有两种独立逆变器和并网逆变器。实际运用中独立逆变器运用在独立的太阳能电池板，并网逆变器用于太阳能发电系统。两者因为其功能的不同而用在不同的场合。逆变器可根据输出波形分为方波逆变器（输出波形为方波）。正弦波逆变器（输出的为正弦波）方波逆变器不仅造价低，电路比较简单，但是波分量比较大所以只能用来对几百瓦以下的系统进行电压的逆变，与之相比的正弦波逆变器这是适用于各种负载的系统但是相比较起来成本也比较高。

二、太阳能光伏发电的优缺点

太阳能发电系统的优点：没有像风力发电设备那样的旋转设备所以没有噪音，太阳能作为可再生能源可以永久使用不用担心能源耗尽问题，太阳能电池板使用寿命长达20 年非常稳定，太阳能发电系统维护起来相对简单维护成本也相对较低，维护起来危险系数也是非常低的，一个太阳能发电站即使发生大的事故也不会造成太大的环境污染。太阳能发电站建立也比较容易建设周期比起水力发电以及风力发电要短得多，而且可以更具太阳的大小来减少电池板的数量来减少浪费，可以说太能发电是一种完全绿色无污染的技术，但是它也有缺点：天气因素的限制，电能的存储问题 ，电池板搭建以后对空中鸟类的危害，电能产生的效率过低，太阳能电池板制作成本太大，大约为常规的发电设备的3 至15 倍等等。

三、结束语

经济的发展伴随着能源的巨大消耗，煤、石油、天然气等化石燃料即将在本世纪耗尽，此时太阳能作为一种绿色环保的可再生能源给人们带来了希望，中国在太阳能发电方面有着非常大的应用，世界上的太阳能份额将变得越来越重，广阔的沙漠地区有着非常充分的日照只要在全球4%的沙漠覆盖上太阳能电池板所产生的电能就可以满足全球各行各业的用电需求。因此，太阳能的发展将是巨大的。太阳能发电的技术的研究和探讨将是全世界学者的重大话题。