太阳能光伏阵列及光伏发电技术略论

付浩然

广东电网有限责任公司惠州供电局 广东 惠州 516003

引言

在全球经济高速发展的背景下，社会发展、公民生活均对能源资源有更高的需求。在需求量不断扩大的背景下，一些不可再生能源潜藏的危机逐步暴露出来，可再生能源进入人们视线，并成为人们重点探究内容。在不可再生能源日益减少的背景下，新能源开发、使用成为全球经济发展、社会持续进步的关键内容与重要难点[1]。但在这一过程中，新能源的实际开发水平会对可持续发展造成直接影响，也会对我国科学发展、长久发展造成较大影响。太阳能是一种可再生能源，也是一种取之不尽、用之不竭的能源，充分满足社会、人们发展的实际需求[2-3]。积极应用、转变太阳能，充分提高其利用效率与利用途径，是促进社会发展、公民生活质量提高的关键[4]。在新时期背景下分析，和传统能源进行比较，太阳能不仅是可再生能源，还是清洁能源，采集、转化与使用期间不会对周围环境造成污染，还能满足人们的能源实际需求。从1839年开始，太阳能发电就是重点研究内容，其中太阳能光伏发电是应用最广泛、技术最成熟的技术之一，且在科学水平持续提高的背景下，太阳能的光伏发电成本持续下降。光伏发电系统由多种部件组成，包含太阳能电池阵列、逆变器、蓄电池以及负载等等，这些部件均是国内外对光伏发电技术的一种主要体现，具有极高的现实意义。

1 太阳能光伏阵列及光伏发电技术概述

1.1 阵列和数学模型

太阳能发电系统由多种部件组成，其中最核心的部件之一是太阳能光伏阵列（见图1），能够充分吸收太阳光，继而进行有效的能量转换，充分实现太阳能的有效应用。光伏列阵属于半导体装置，主要在电能转换中应用。若单纯使用晶体物理理论进行分析，很难明确光阵列的相应方程式，也无法全面反映光伏阵列的实际伏安特性，所以必须充分掌握光伏阵列原理，通过原理与实际情况合理创建太阳能光伏阵列的数学模型。鉴于光伏阵列是在光生伏特效应基础上直接完成能量转换的，所以在分析整体结构时可将其看作半导体光电二极管。正常情况下，于太阳光直射时，在半导体P-N结上形成相应的新空穴-电子对，受P-N结作用影响可有效实现电子流动，有效强化电能流动以及电路流通。

图1 太阳能光伏电站系统框架图

1.2 光伏发电技术

太阳能转换过程中，太阳能光伏发电技术主要通过光生伏特效应达到将太阳能有效转换电能的目的。不管是通过并网发电方式，还是独立发电方式，进行功能操作时均需应用控制器与太阳能电池板等多种电子元器件，并让这些期间充分发挥协同作用。从实际应用可发现，光伏发电设备实际应用期间，具有操作精炼，使用简单等特点，所以可在多个场合、多个领域中广泛应用，进一步强化光伏发电的实际效果。正常情况下，太阳能光伏发电方式一共有两种，第一种是光热发电，第二种是光伏发电。从实际应用可发现，光伏发电具有十分广泛的应用范围，应用频率最高。站在电流输送方式角度展开分析，太阳能光伏发电也有两种模式，第一种是分布式光伏发电，第二种是独立式光伏发电。利用太阳能光伏发电进行供电时，需及时配置相应的交流逆变器，应用该设备让直流电逐步转换成正弦交流电。分布式光伏发电应用期间，对外界环境有很高要，在该发电模式之下，可将太阳能光伏阵列的电能转换作用充分发挥出来，继而达到全面输出剩余电能的目的。直流汇总箱能够直接集中往直流配电柜中输出剩余的电能，并网逆变器也能发挥剩余电能集中输出的作用，还可将直流电有效转换成交流电，在朝建筑物负载完成电流转移之后，剩余交流电能够顺利完成并网处理工作。

2 太阳能光伏发电技术的具体类型

2.1 太阳能电池技术

该技术是比较典型的太阳能发电技术，可有效解决太阳能转变成电能的相关储存问题，还可有效减少不必要的能源损害，充分利用太阳能，促进太阳能技术发展。现今常用的太阳能电池有很多类型，包含硅太阳能电池与多元化合物薄膜太阳能电池等类型。但因为不同电池的特性、特点存在鲜明差异，所以电池实际分类存在较大差异。在太阳能发电技术持续发展、进步的背景下，很多新概念电池、新结构电池问世。在太阳能光电技术充分应用的背景下，电能转化率高达93%以上。太阳能电池技术依然处于高速发展状态，但发展过程中存在较多问题，第一个问题是成本过高问题。现今制作太阳能电池时，必须应用硅原料，所以具有较高的造价成本。第二个问题是转化效率问题，在技术持续提升的背景下，光电转化率逐步提升，这也是技术发展、革新的主要发展方向、具体体现方式。第三个问题是太阳能电池的相关处理问题、相关技术发展问题，太阳能电池废弃后也会对生态环境造成一定危害，如何减少太阳能电池对生态环境造成的影响，是未来研究的重点内容。

2.2 聚光光伏技术

这也是比较常见的太阳能发电技术，主要是通过太阳照射特点研究出来的一种技术。太阳照射存在较强、较明显的分散性，所以很容易导致能量损耗，最终对发电功率造成影响。想要进一步提升太阳能的实际转化效率，必须提高对太阳能照射密度的重视，主动进行聚光处理，之后实施发电操作，才能有效解决相关问题，充分利用太阳能。聚光光伏技术就是这样一种技术，能够帮助太阳光实现高转化，也是现今比较重要的一种光伏发电技术。聚光光伏能够有效处理光转化效率问题，在规模效应出现后，聚光光伏发电还会有成本优势凸显出来。聚光光伏系统还存在占地面积小，几乎无须耗费水资源等优势，能够充分凸显其节水特点，符合环保绿化与节省能源的新时期发展原则，所以该技术迅速成为新时期最看重的一种太阳能发电技术。现今，聚光光伏被市场上与研究领域称作第三代太阳能光伏发电技术，和以往使用的晶体硅太阳能电池以及薄膜太阳能电池比较，技术优势更为突出。在技术持续升级与提高后，聚光光伏技术还能在各个领域推广普及，充分发挥技术优势，充分提高太阳能的有效利用率。

2.3 光伏阵列最大功率点跟踪技术

光伏发电功效能够将太阳能有效转化成电能，可辅助相关领域充分利用新能源，还可实现新能源的再次利用，继而形成资源可持续发展的新局面，有利于发电领域发展和进步。但从实际能量转化可发现，鉴于输出电压电流会被外界环境的光源强度、实际湿度、气候温度等多种因素影响，所以光伏阵列存在非线性特征。为有效减少相应的负载压力，必须尽可能对光伏阵列系统输出最大功能，继而有效维持光伏阵列系统的平衡。在这一过程中，最大功率点跟踪技术显得十分重要。最大功率点跟踪技术是现今比较推崇的太阳能发电技术，但其技术控制方法存在鲜明差异，所形成控制结果也有较明显差异。现今多采用最大功率点跟踪技术有效解决相应的发电系统高效率运转问题，也是实现系统高效率运转的主要技术。但是，在这一过程中，如何持续性、有效性的为光伏阵列系统输入最大功率，成为该领域的重点研究内容。针对上述问题，现今研究出多种方法，如利用敏感性较强信息化技术有效控制光伏阵列，达到实时监控、管理光伏发电的相关情况，还可结合电功率实际变化有效调整电池阵列实际输出功率，继而维持电池阵列高功率状态，最大程度上发挥太阳能发电作用。

3 太阳能光伏发电技术的实际体现

3.1 并网光伏发电系统

在太阳能电池阵列应用期间，必须解决输出电能转变为和电网相匹配交流电这一问题，积极应用并网光伏发电系统无疑可解决问题，系统还可发挥其他作用，及时将产生的多余电能利用电网传输模式传递到其他电能供给不足系统中，帮助该系统解决电能不足的问题，系统的实际应用灵活性与有效性较好。并网光伏发电系统现今多在城市并网光伏电站中应用，能够有效调节电网电能含量，满足城市居民的实际用电需求，保证城市始终正常合理运转。既往太阳能光伏发电具有较高的成本，主要体现在太阳能电池的成本过高这一方面，这是限制该技术推广普及的主要原因。但在新时期背景下，新技术持续问世并普及，新型光伏材料广泛应用、积极推广，所以太阳能光伏法定成本以及稳定性持续下降，发电转化率明显提升。并网光伏发电系统由多种部件组成，包含电子器件以及微处理器等，这些部件也在积极发展创新，性能水平明显提高，这些变化都是让并网光伏发电系统进一步发展、有效完善的关键原因。

3.2 独立光伏发电系统

现今应用的太阳能发电系统较多，部分系统属于孤立发电系统，比如独立光伏发电系统。和一般并网发电系统进行比较，该系统主要在部分偏远地区供电站使用，独立性是该系统的典型特征，也是避免偏远地区用电被其他地区影响的有效方法，能够承担该偏远地区居民的实际用电需求。但从实际应用可发现，独立光伏发电系统存在较多影响因素，应用期间容易被外界气候与电能负荷等多重因素影响，继而导致系统稳定性一般，难以保证偏远地区居民的稳定、安全、持续、有效用电。为有效解决独立光伏发电系统这一问题，可在系统中添加适宜的能量管理设备或是能量储存设备，继而有效应对用电问题，提高系统的稳定性。独立光伏发电系统有两种类型，一种是直流发电系统，一种是交流发电系统。其中直流发电系统存在有蓄电池、无蓄电池两种类型。交流发电系统主要在基础设施建设、道路施工建设中应用，尤其是限定区域中的路灯改造环节、能源节能节约环节等范围中，可发挥重要作用。

4 结束语

在全球经济化背景下，公民用电需求日益升高，电能是否供应充足，直接影响各个国家、各个地区的科学发展、经济发展、居民生活质量，但在能源有限的情况下，积极研究并使用太阳能等可再生清洁能源，将其高效率的转化为电能，是非常有必要的。