周保衛(wèi)

摘 要：隨著能源緊缺問題的不斷嚴(yán)重，全世界都在關(guān)注綠色能源的發(fā)展。近年來，隨著太陽能電池光伏單晶硅原材料成本的下降，太陽能光伏發(fā)電得以受到越來越多的重視。不僅能夠替代部分常規(guī)能源，而且在開始在世界能源消費(fèi)中占據(jù)重要的位置，并將成為未來世界能源供應(yīng)的主體。文章從國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀入手，對(duì)光伏發(fā)電的基本工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電的前景進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：能源；太陽能光伏發(fā)電；并網(wǎng)發(fā)電；發(fā)展；前景

前言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人口、資源和經(jīng)濟(jì)之間存在著越來越大的矛盾，這嚴(yán)重制約了世界和諧發(fā)展的步伐，所以為了更好地解決社會(huì)發(fā)展過程中能源短缺的問題，太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)為解決能源緊缺問題起到了非常重要的作用。目前在對(duì)太陽能利用上，主要還是取暖和發(fā)電這兩個(gè)方面，特別是在利用太陽能發(fā)電上，其可以完全取代水能和火能的技術(shù)，成為新型、綠色的發(fā)電技術(shù)，確保了能源的可持續(xù)利用和發(fā)展。

1 國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國利用太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目已建成投產(chǎn)，而且國家也采取了相關(guān)的財(cái)政補(bǔ)助政策，這對(duì)于太陽能光伏發(fā)電的建設(shè)起到極為重要的作用，特別是2013年敦煌10MW光伏項(xiàng)目建設(shè)，這對(duì)于我國光電和大規(guī)模光伏電站的建設(shè)起到了極大的推動(dòng)作用，而且隨著各項(xiàng)目的建設(shè)和投產(chǎn)，我國光伏發(fā)電的裝機(jī)總量將不斷增加，相信到2020年將能夠達(dá)到2000萬千瓦。

2 光伏發(fā)電的基本工作原理

光伏發(fā)電技術(shù)是充分的利用光生伏特效原理實(shí)現(xiàn)的，其通過太陽能電池來將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電技術(shù)可以獨(dú)立使用進(jìn)行發(fā)電，也可以并網(wǎng)進(jìn)行發(fā)電，其主要由太陽能電池板、控制器和逆變器等部分組成，其組成元器件都為電子元器件，因此發(fā)電設(shè)備不僅精煉，而且較為穩(wěn)定，壽命較長，更易于安裝和維護(hù)。而且在任何電源場(chǎng)合中都可以利用光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電。在進(jìn)行光伏發(fā)電時(shí)，其以太陽能電池為其最基本的元件，而且電池種類較多，目前以單晶和多晶用量最為常見，只有在一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源中都會(huì)采用非晶電池。而光伏組件多是由一個(gè)或是多個(gè)太陽能電池片組成的太陽能電池板。

3 太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)

太陽能光伏發(fā)電與常規(guī)的發(fā)電系統(tǒng)相比具有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，由于其是利用太陽能來進(jìn)行發(fā)電，不僅安全可靠，而且無污染，沒有噪音產(chǎn)生，同時(shí)太陽能資源也不會(huì)存在枯竭的危險(xiǎn)。利用太陽能進(jìn)行發(fā)電不用受到資源分布地域的限制，而且可以充分的利用建筑屋面，不需要消耗燃料，同時(shí)也不需要架設(shè)輸電線路，能源質(zhì)量較高，而且易于建設(shè)，可以在較短時(shí)間內(nèi)即可獲取到能源，使用者對(duì)太陽能光伏發(fā)電更易于接受。但利用太陽能光伏發(fā)電也有其自身的缺點(diǎn)，由于太陽能會(huì)受到四季變化及天氣等氣象條件的影響，而且由于太陽照射能源分布密度較小，所以利用太陽能進(jìn)行發(fā)電時(shí)還需要占用較大的空間面積。

4 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

4.1 太陽光伏發(fā)電技術(shù)原理

太陽能電池是太陽能光伏企業(yè)的核心設(shè)備，光伏發(fā)電利用太陽能電池將光能直接轉(zhuǎn)換成電能。1839年Becquerel發(fā)現(xiàn)了光生伏打效應(yīng)，為太陽能電池的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。太陽能電池芯片的PN結(jié)被光照射后，高能狀態(tài)下的電子吸收了光能，被激發(fā)成為自由電子，自由電子在晶體里移動(dòng)，余下的空穴也圍繞晶體移動(dòng)，自由電子在N結(jié)聚集，空穴在P結(jié)聚集，由此PN結(jié)間形成電勢(shì)差，從而可以作為電源使用。

4.2 太陽能電池

提高太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵是提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化率。太陽能電池主要分為硅基太陽、化合物半導(dǎo)體電池。

（1）硅基電池

電池和化學(xué)電池是目前商業(yè)化最成熟的太陽電池。硅基太陽電池分為晶體硅和非晶硅電池，晶體硅可分為多晶硅電池和單晶硅電池，單晶硅光伏電池雖然轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好但是成本也比較高，多晶硅電池雖然轉(zhuǎn)換率低些，但是以其較高的性價(jià)比成為市場(chǎng)上最主要的光伏太陽能電池。晶硅光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展的方向主要是硅薄膜光伏發(fā)電。硅薄膜太陽電池的是指將硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持襯底上制成的太陽能電池，相對(duì)傳統(tǒng)的晶硅太陽能電池而言，生產(chǎn)硅薄太陽能膜電池所需的硅材料少，成本低，能耗小但是生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜。

（2）化合物半導(dǎo)體電池

半導(dǎo)體硅的價(jià)格比較貴，相對(duì)而言化合物半導(dǎo)體的成本就比較低了，化合物半導(dǎo)體電池主要有CdTe電池和CIGS電池。這些化合物半導(dǎo)的體能隙寬度可以方便的調(diào)節(jié)，從而與太陽光譜匹配，將更多的光能轉(zhuǎn)換為電能。理論上CdTe電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%，而且性能穩(wěn)定，原材料價(jià)格低廉。另外，金屬鎘Cd具有毒性，會(huì)嚴(yán)重的污染環(huán)境，根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，生產(chǎn)相同多的電量，CdTe與煤、石油和晶體硅電池相比，排放的鎘等重金屬的量是最低的。

4.3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

（1）獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

利用太陽能光伏技術(shù)可以進(jìn)行獨(dú)立發(fā)電，其不需要與電網(wǎng)相連，獨(dú)立運(yùn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)即可進(jìn)行發(fā)電，這種獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)通常會(huì)在邊遠(yuǎn)地區(qū)及野外的電源中進(jìn)行應(yīng)用，由于其可以將白天生產(chǎn)出來的部分電能通過蓄電池儲(chǔ)存起來，而在晚上釋放出來供人們對(duì)電能的需求，所以對(duì)于一些沒有接入到電網(wǎng)中的居民也是十分好的選擇。但由于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在日常應(yīng)用中穩(wěn)定性還較為欠缺，往往需要建立普通電站作為輔助，這不僅導(dǎo)致發(fā)電成本增加，而且與綠色能源的目的也不相符合。

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指將光伏發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)連接在一起的發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電設(shè)備與其他類型的發(fā)電站一樣能為公共電網(wǎng)提供有功電能和無功電能。光伏電池在陽光照射下產(chǎn)生的是直流電，需要經(jīng)過相關(guān)設(shè)備變換成與公共電網(wǎng)頻率相同的交流電，之后再以電流源、電流源等方式把電能送入電網(wǎng)，所以并網(wǎng)系統(tǒng)不需要蓄電池，系統(tǒng)運(yùn)行成本低于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。另外，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率比獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)高很多，所以發(fā)電系統(tǒng)的供電比較穩(wěn)定，是太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的比較合理發(fā)展方向。

5 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用前景

目前在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用，通常是通過建立集中式大型并網(wǎng)光伏電站及一些分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)光伏發(fā)電，但由于大型并網(wǎng)電站的建設(shè)不僅周期較長，而且投資較大，并不是一朝一夕可以實(shí)現(xiàn)的目的，而利用光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不僅投資小，而且不需要占有多大的面積，建設(shè)周期較短，所以已成為當(dāng)前光伏發(fā)電的主流趨勢(shì)。近年來，我國太陽能光伏發(fā)電行業(yè)得以快速的發(fā)展，無論是太陽能電池的產(chǎn)量還是太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量都得以不斷增加，相信在不久的將來，太陽能光伏發(fā)電將取代常規(guī)的發(fā)電系統(tǒng)，成為能源的主體。

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