太阳能光伏发电技术进展及其应用

太阳能光伏发电技术进展及其应用

刘莹高晶

英利集团有限公司光伏材料与技术国家重点实验室河北保定071051

摘要：随着科学技术的不断发展，经济水平得到了提高，但是能源资源却逐渐减少并受到污染，所以要想做到可持续发展就必须使用清洁能源，太阳能光伏发电技术就是一个很好的选择。本文主要对太阳能光伏发电技术进行探讨，分析光伏发电原理以及其具体应用。

关键词：太阳能；光伏发电技术；原理；应用

引言：伴随煤炭、天然气、石油等自然资源的日益枯竭，能源危机已经成为制约当今社会发展的一个热点问题。太阳能作为一种可再生能源，是一种理想的清洁能源，是国际公认的理想替代能源。其分布范围广，无污染，不产生任何危害人类身体的有害物质，开发利用太阳能是解决当前能源危机的一条重要途径。

一、光伏发电的基本原理

光伏发电是利用太阳能电池将收集到的光能转化为电能的一种能源转换方式，所着人们对太阳能利用研究的深入，这项技术也由设想转变为现实，这项技术在研究成熟后在未来极有可能完全代替常规能源成为人们使用的主要能源。太阳能电池之所以能将光能转化为电能，主要是其中的半导体在发挥作用。半导体本身具有一种光伏效应，光线（当然太阳光照射的机率是最高的）照射到太阳电池上，电池就会将照射在其上的光线吸收，并且在其作用下产生了大量的不平衡状态的电子－空穴对，这些电子-空穴对非常不稳定，在电池内的电场的驱动下，将空穴与电子分离开，将其分为两个区域，其在电池的两端不断的累积就形成了异号电荷，即形成了电压。

二、光伏发电的所具有的优势

1、可再生性与广泛性

太阳能是世界上分布作为广泛的一种能源，无论是风景秀丽的城镇，还是一望无际的沙漠，甚至连变幻莫测的海洋，都是阳光照射的地方。有阳光照射的地方就有太阳能资源存在，只不过太阳能在世界各地的分布并不均匀，有的地方多，有的地方少，这主要是由于各地纬度位置的的不同而引起的。阳光照射时间长，强度大的地区太阳能资源则丰富一些，反之则少一些。太阳的升起与落下每天都在进行着，因而我们每天都可以汲取道太阳能资源。从这个意义上说太阳能资源是一种可再生资源。因此这种资源存在着巨大的潜力等待我们挖掘。

2、发电原理极为先进

太阳能发电是直接将光子转化为电子，而没有传统能源发电中的中间转换过程以及机械运动。即将热能转化为机械能，然后再将机械能转化为电能的过程。与食用常规能源发点相比太阳能发电技术具有便捷、不污染环境的的特点，是一种清洁、方便的能源。

三、太阳能光伏发电装置系统简介

1、光伏电池。在标准测试条件下，光伏电池按照规定连接方式串并联，组成光伏电池组件，构成光伏电池方阵，达到负载要求输出功率。

2、防反充二极管。避免光伏电池在无太阳光照不发电时，蓄电池通过光伏电池方阵放电而引发短路故障。作用是保护光伏电池组件。

3、蓄电池组。在光伏发电系统中储能蓄电池可以说是太阳能光伏发电的重要组成部，在系统中担任着储存能量的作用。他可以将太阳电池产生的电能储存起来，从而为社会生产与生活提供源源不断的电力供应，避免了电力资源的浪费。同时也使光伏发电系统的工作效率得到了保证与提高。

4、控制器。为光伏发电最小系统核心。光伏发电系统的控制器作用：管理蓄电池放电；控制蓄电池充放电；检测信号功能，检测光伏发电系统的工作情况和相关参数，为控制器实现相关控制策略和保护提供依据；保护设备，防止设备损坏。

5、逆变器。作用是将直流电变成交流电。

四、光伏发电系统的应用

1、通信和工业应用

主要有微波中继站、光缆通信系统、卫星通信和卫星电视接收系统、农村程控电话系统、部队通信系统、铁路和公路信号系统、灯塔和航标灯电源、气象和地震台站、水文观测系统、水闸阴极保护和石油管道阴极保护等。

2、农村和边远地区应用

我们都知道，农村的发展不同于城市的发展，它的发展速度远远低于城市的发展速度，尤其是在电力资源的发展上。在城市，居民的用电可以随时随地的得到保证，但是在农村由于交通以及经济发展的水平等因素的限制，使得电力等发展资源得不到保障。在这样的发展情况之下，太阳能光伏发电就可以很好地解决这一难题，因为农村多为空旷的陆地，对于太阳能资源的收集有很大的优势，所以太阳能光伏发电技术在农村得到了很大的发展与应用，且主要由独立光伏电站（村庄供电系统）、小型风光互补发电系统、太阳能照明灯、太阳能水泵等组成。

3、太阳能商品

主要有太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能喷泉、太阳能城市景观、太阳能信号标识、太阳能广告灯箱、太阳能电动汽车、太阳能游艇、太阳能钟、太阳能帽、太阳能手表、太阳能玩具等。

4、光伏建筑一体化（BIPV）

BIPV即BuildingIntegratedPhotovoltaic，指的是光伏建筑一体化。BIPV模式这种新能源利用方式，能将太阳能光伏发电与建筑相结合，利用了建筑屋顶的闲置空间，组装太阳能光伏发电模块，满足或者补充电力需求。科技成果显示，这种BIPV模式日后将与建筑物幕墙相结合，以获得更多的阳光和电力，但目前的BIPV主要以楼顶为主，应用技术较为成熟。BIPV在建设初期成本较高，随着我国财政对BIPV项目的大力支持，我国将大幅扩大BIPV技术的应用。

光伏建筑一体化的优势是：（1）清洁能源，节能并减少环境污染；太阳能光伏发电主要是依靠吸收太阳光来进行发电的，而以往的发电技术不是依靠燃烧煤炭资源就是水力发电，所以相比之下，太阳能光伏发电技术是一项清洁、无污染的技术；（2）一旦市政发生特殊情况（如地震灾难时），太阳能光伏发电能够满足本建筑的需求，不会因为市政电网的中断而断电。

5、大型荒漠光伏电站

沙漠是一望无际的，在沙漠里人们无法进行耕种，但是面对一望无际的沙漠，人们如若不进行一些活动，就会造成资源的浪费。所以通过科学家的研究与调查后发现沙漠里的太阳资源是相当的充足的，所以荒漠之中建立光伏发电站是非常的明智与正确的一项决议。同时还可以为荒漠地区的发展提供就业机会以及经济发展的机会。

6、光伏发电未来应用前景

随着科学技术的不断发展，经济技术也随着时间的推移不断发展，在这样的情况之下，人们的生活水平以及生活质量都得到了显著的提高，人们在物质生活得到满足之后，也逐渐向精神生活方向转移。在这样的要求之下，光伏发电技术就与之相契合了，而且未来的发展前景也是一片光明的。

五、结语

随着太阳光伏发电技术的成熟与发电成本的降低，其已在社会的各个方面得到应用，如水文观测系统、卫星通讯系统都有光伏发电系统的身影。随着煤炭、石油等能源的日渐枯竭，太阳能等可再生能源必将成为社会生产与生活所需能源的主力军，所以我们应加大对可再生能源的研究力度，为改善自身生活环境、促进社会经济的发展做出积极作用。

基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2015AA050301）

参考文献

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