太阳能光伏发电技术的应用研究

姚亚军

（国家电投集团江苏电力有限公司苏州分公司，江苏 苏州 215000）

太阳能是世界公认的清洁性能源，其不仅具有较大的应用价值，而且具有环保性的显著特点，随着太阳能光伏发电技术的普及，得到了大众一致的认可与好评。目前，我国太阳能光伏发电技术仍然维持清洁性、可持续发展性和环保性等优势，并在此基础之上，侧重于提高太阳能光伏能源的利用效率。如此，便可在一定程度上起到保护环境并获得能源的目的，赋予自然资源足够的生命活力，促进我国经济可持续发展。

1 太阳能光伏发电技术原理及优势

1.1 太阳能光伏发电技术原理

太阳能光伏发电技术，能够通过自身做功将太阳能转化为电能，其具有一定的能量调节与能量转换的作用（通常情况下被称为“光伏电池”），在我国整体新能源之中占据主要地位，属于我国目前应用最广泛的新能源之一。太阳能之所以能够转换为电能，其主要原因就是“光生伏特”效应（当太阳光或是其他光线照射在太阳能电池表面之上时，太阳能便可通过对光线的吸收，利用光生电子产生电能）。太阳光经过一系列的变化与化学反应，最后会呈现光生电子的离散现象，此种现象在一定程度上能够促使异号电荷带动光生电子运动，进而产生电压。若此时，将太阳能所产生的电能的两极，进行负极连接，则在2个负极的连接处会产生光生电流，进一步加剧功率的流失几率，就能实现从太阳能到电能的转变[1]。

1.2 太阳能光伏发电技术优势

太阳能与普通电能相比具有2个显著的特点，一是具有清洁性与节能性，二是具有能源储备丰富，涉及范围较广的特性，其主要表现在：

其一，清洁性与节能性。太阳能与普通电能最根本的区别就在于其自身具有一定的清洁性与节能性，不仅可以节约电能的使用，而且还能够确保在使用过程中不对自然环境造成污染，维持我国经济的可持续发展。目前，我国对太阳光的应用范围较广、涉及领域较多，因此，太阳能被称为光伏发电。将太阳光的光能转变成人们生活、工作及企业发展所需要的电能，不需要经过能量转化环节，如此便赋予了太阳能简单性、敏捷性的特点与优势，能够更好地满足人们的需求[2]。

其二，能源储备丰富性、应用范围广泛性。太阳能相比其他能源具有较为明显的分布特点，其分布范围极为广泛，应用领域繁多，是促进我国国民经济稳定增长的因素之一。太阳能源的储备十分丰富，且目前呈现出取之不尽、用之不竭的现象，能够良好地解决人类能源紧缺的问题。另外，太阳能具有较强的环保性特点，不会在使用过程中对环境造成污染，而又分布广泛，便于人们收集与利用。通过对太阳能的充分运用，我国其他能源指标的使用量明显下降，有效阻止了自然环境的进一步恶化。

2 太阳能光伏发电技术具体应用

2.1 通信工程与太阳能照明灯

太阳能光伏发电在我国的通信领域中得到了较为广泛的运用，尤其是通信工程方面，包括卫星通信工程、光缆通信工程等，将太阳能光伏发电技术展现得淋漓尽致[3]。

太阳能照明灯在我国应用较为普遍，其主要是在白天通过吸收太阳光作为自身运作的主要能源，在此过程之中，太阳能照明灯会利用自身电池储备系统，将太阳能转变为化学电能后储备在电池之中。如此，夜间太阳能照明灯便会释放出太阳能电池中所储备的电能，进而可为太阳能照明灯的夜间工作提供相应的电能，确保夜间照明的持续性。通常情况下，一套完整的太阳能照明灯系统具有光源、太阳能储蓄电池、电池板及相应的电量控制器等设备，一方面便于太阳能照明灯产生直流电，另一方面也可通过太阳能照明灯的内置逆变器转换成220 V的交流电，而后再将220 V的交流电供应到太阳能照明灯的照明系统之中，维持太阳能照明灯的亮度与运作时长，具体运作原理如图1所示。

图1 太阳能离网系统运行原理图

将太阳能照明灯与我国传统路灯进行比较，不难发现，太阳能照明灯的节能、环保优点较为明显。事实上，太阳能照明灯所应用的是一种亮化照明技术，其具有单次投资、长期运营、费用较少、安装与使用便捷、无须后期专业维护和寿命较长等显著特点。且其在运行过程中不会被外部环境所覆盖，同时也不会因为太阳能照明灯的正常运行，为自然环境带来破坏，对于各项投入资金没有较高要求，进而具有降低各环节费用支出的作用，真正做到太阳能照明灯使用过程中的“一举多得”。但是目前太阳能照明灯的使用还存在一定的局限性，虽然此种局限性不是不可打破的，只是依据我国目前技术还暂时难以达到[4]。如太阳能照明灯造价较高、功率相比普通路灯较小及太阳能照明灯所应用的电池板会对城市景观的美观度产生一定负面影响。总体分析，太阳能照明灯优点大于缺点，目前市场的流通性较好，应用范围也比较广泛，具有良好的发展前景。

2.2 太阳能水泵

太阳能水泵的基本原理来自太阳能光伏发电技术，且其在水泵的制造中得到了广泛的运用，不仅进一步促进了水泵良好运行，而且还在原有的水泵制造基础上，彻底打破了蓄电池发电的必要环节，提升了水泵的运行效率，降低了水泵的使用与维修难度及水泵价格。通常情况下，我国所应用的太阳能水泵在光能水泵站中，都会设置相应的逆变器，用于促进电池板中交流电与直流电之间的相互转换，此种转换可为太阳能水泵的高效率运转奠定良好基础，同时可以为其创造一定的运转条件，维持太阳能水泵的工作效率[5]。

太阳能属于清洁能源，具有一定的节能性与环保性，因此，太阳能水泵，在运转过程中，所需要耗费的运行成本远低于其他水泵，可以在很大程度上节约水泵的后期维修与保养费用。但太阳能水泵的运用需要足够的太阳能源作为基础支持，同时也需要较强的光储条件，才能够确保太阳能水泵正常运行。

2.3 动车组太阳能光伏系统

我国高铁建设堪称世界第一，在高铁的建设与运行过程中，太阳能光伏发电技术所产生的积极影响毋庸置疑，我国借助MATLAB系统，在很大程度上促进了高铁事业中动车组的系统完善程度与发展速度，其构造如图2所示。

图2 动车组光伏系统构造图

此系统的主要构造包括光伏阵列、蓄电池和控电器等系统。其中最为主要的是动车组所配置的光伏列阵，通常情况下，光伏列阵需要结合动车的具体情况进行动车电池组的设置，进而开展电池组相关配置的选择。在实际工作过程中，电池组件的相关构造，必须严格按照工程的实际要求与动车的实际情况进行相应作业，并通过加强串联电池与并联电池之间的相互作用，为太阳能光伏电池组件提供一定运行保障与运行依据[6]。

2.4 光伏建筑一体化

我国对于太阳能光伏发电技术的应用范围极为广泛，尤其是在各项建筑及安装过程中对于太阳能光伏发电技术的应用至关重要，如今，我国已经成功利用太阳能光伏发电技术达到了光伏建筑一体化的目标。其中的运作原理也较为简单，主要是通过对工程建筑物的顶部安装相应的太阳能光伏发电技术组件，或具有类似原理的双玻组件，而后将太阳能光伏发电系统连接到建筑施工所运用的电路之上[7]。如此，可将太阳能转变为电能，确保能够将所产生的电能的补偿性作用全面发挥出来，达到在保障工程施工正常用电的基础之上，有足够支撑电子设备正常运行电网的目标。在建筑工程的施工过程中，很可能会因为自然环境因素或是人为因素及供电不足等情况，造成工程断电，严重影响建筑施工工作的顺利开展，此时便可应用太阳能光伏发电技术进行发电，维护各项建筑机械正常运转。

依据我国对太阳能光伏发电技术的应用程度分析，光伏建筑一体化具有良好的发展前景与巨大的发展优势，目前，我国已经在工程建筑的诸多方面应用了光伏建筑一体化技术，并取得了良好的成效，且其自身的技术完善度较高，具有一定的工程施工保障性。但目前，我国对于光伏建筑一体化还处于初级探索阶段，若要进一步深度挖掘光伏建筑一体化的应用领域与应用方式，以及完善其组件性能，都还需要更大的投资成本与科研时间[8]。

总体分析，太阳能光伏发电应用领域极为广泛，无论是独立使用还是并网发电，太阳能光伏发电技术都起到了良好的核心支撑作用。从理论角度分析，太阳能光伏发电技术只需要充足的太阳光，对于供电器及其他发电环境并没有严格要求，上至国家航天技术，下至家庭用电，都可以通过太阳能光伏发电技术来达成。目前，市场上不乏各式各样的太阳能小玩具，以及兆瓦级电站，其主要原理都是太阳能光伏发电技术，由此可见，我国在太阳能光伏发电方面的应用几乎已经渗透到了人们的生活与工作之中。太阳能光伏发电技术的广泛运用，在很大程度上帮助我国节约了其他发电资源，提高了人民的整体生活水平[9]。

3 太阳能光伏发电技术的发展建议

3.1 提高转换效率

由于在太阳能光伏发电系统之中，太阳能电池所占的整体比例较大，因此，可根据实际需要开发不同类型及不同型号的太阳能电池，太阳光的辐射较为集中之时，便可促进太阳能电池充分发挥自身效应，确保太阳能转换为电能的转换率。但其耗费材料较多，可能会导致材料成本迅速上升，进而形成大量现金外流的现象。针对此点，我国一方面可以加大对太阳能光伏发电技术研究的投资力度，另一方面也可加大对太阳能光伏发电技术的政策支持力度，提高我国太阳能光伏发电技术水平，减少材料耗费量[10]。

3.2 维持现状、注重创新

我国现阶段光伏产业虽然较为普遍，但其实际发展却较为缓慢，若要达到太阳能光伏发电技术可持续发展的目标，一方面需要我国出台相应的政策进行支持，另一方面也需要我国加大资金投资力度，为其提供科研器材，全力做好太阳能光伏发电技术发展的长远规划与布局。另外，还需要我国全力探索太阳能的应用领域，争取将太阳能光伏发电技术所应用领域的生产成本降到最低，以确保我国太阳能光伏发电技术水平稳步提升。

3.3 扩大太阳能光伏发电技术的开发面积

目前我国个别省份提出将光伏发电作为城市可持续发展的奋斗目标之一，将其运用到居民生活、工作、企业及工业发展之中去，最大程度上减少城市的传统用电量，进而降低城市用电成本。因此，我国可依据目前太阳能光伏发电技术的实际应用情况与领域，在城市居民楼及商业楼盘等建筑物的屋顶建立光伏发电系统，以此满足整个城市的用电需求，同时达到节约资源、保护环境的目的。另外，太阳能光伏发电技术应用范围较为广泛，尤其是针对西北及荒漠地区，具有用电需求较大、供电不足的特征，可尝试将太阳能光伏发电技术应用在此类地区，进一步丰富当地的照明资源，满足当地人民的用电需求。此外，还可以应用太阳能光伏发电技术，对西北地区独特的地理环境进行美化，开发旅游景点，促进当地经济发展，进而推动我国整体经济稳步向前。

4 结束语

综上所述，加大太阳能光伏发电技术应用力度，扩大太阳能光伏发电技术应用范围，是我国可持续发展的必经之路。开展对太阳能光伏发电技术的研究，不仅可以充分运用太阳资源，而且还可以满足人们的用电需求，避免传统用电模式对自然环境造成污染。目前，我国太阳能光伏发电技术虽然发展较为缓慢，但依旧稳步向前，相信在不久的将来，太阳能光伏发电技术将会完全融入到人民的生活与社会的发展之中。