太阳能光伏发电技术及其应用

杨数

摘 要：随着人类社会的发展，地球上的自然资源开始出现了大量消耗，导致能源匮乏。因此各国开始对可再生能源进行了研究利用，其中太阳能作为可再生资源中利用率最高的能源，其在世界各地都受到了广泛的使用。文章在简单介绍了太阳能光伏发电的原理和优点后，以此作为切入点，对太阳能光伏发电技术的种类进行了研究，并详细分析了其主要应用的领域。

关键词：太阳能；光伏发电；应用

1 太阳能光伏发电的原理及优点概述

1.1 太阳能光伏发电原理分析

当前，太阳能光伏发电技术已成为最有潜力的可再生技术之一，其主要是通过将太阳能辐射光能储存到太阳能电池中，从而产生电能。该技术中利用了半导体光伏发电光能的原理，在太阳电池中聚集来自于太阳能辐射的光，将其转换为电能，具体过程为：太阳能电池中有电场的存在，而光能中“光生电子-空穴”的存在，因此使得电子和空穴相互分析，在电池的两侧产生电荷，进行出现电压。

1.2 太阳能光伏发电体的优势

1.2.1 高效、节能、清洁

太阳能光伏发电与其他的电力系统发电相比，其产生电能的过程更为简单，其主要是通过将太阳光能中的光子转变为电子，进行产生电能，太阳能光伏发电具有效率高、简单便捷的特点，同时在节能环保方面也有所突破。

1.2.2 储备丰富、分布范围广

太阳能的使用，不仅能够保护环境，同时还能杜绝资源浪费，同时由于太阳光分布范围較为广泛，因此对其进行开发和利用是十分便捷的。太阳能光伏发电系统在运行的过程中，主要由太阳电池组件、蓄能蓄电池、直交流逆变器等部分组成。对于太阳能光伏发电而言，太阳电池组件是最重要的部件，其承担着将光能转换为电能的重要作用。

2 太阳能光伏发电技术

2.1 太阳能电池技术

对于太阳能光伏发电系统而言，光伏电池在其中占据着最重要的地位，然而在应用光伏电池时光电转换的效率以及生产的成本是其最应当注重的问题。随着科技的进步，人们开始对第一代光伏电池进行了改变，在光伏电池这能够加入了许多的非硅材料，一方面能够减少制作材料的成本，同时在降低半导体材料对电能消耗方面也有着十分显著的作用。除此之外，目前光伏电池还开发出了其他的新型电池，如继晶体硅、薄膜电池的等，在此之后专家们还在现代化设计理念和技术的支持下，对光伏电池进行了更加深入的研究，大大提高了光伏电池的转换效率。

2.2 光伏阵列的最大功率跟踪技术

根据实际的情况，光伏阵列功率在输出时通过非线性的传导，能够与周围的环境、光照强度以及负载状况等因素联系在一起。从图1我们可以看出，图上的两条曲线分别表示了光伏阵列的电流以及电压输出的特性。其中A点表示的是当曲线1以及曲线2在太阳光照强度不同的情况下，光伏阵列某个时刻的运行轨迹的相交。一旦太阳辐照强度出现变化，输出特性曲线也会随之改变，从1上升到2，此时若负载1若保持不变，则系统会停留在A'上，其功率与相应的最大点存在了一定的距离。而将负载特性将1变化到2，则太阳辐照度变化也会由2转为1，相应的工作点会从B点转为B'点。

图1 MPPT技术示意图

2.3 聚光光伏技术

太阳的光能经过路径出现损耗，因此地面上太阳光能中的能量十分有限，而聚光光伏技术的产生，不仅能够减少路径对太阳光能的损耗，同时还能进一步增加太阳能的使用效率。其主要的工作原理是使用面积较小的高性能聚光电池来聚集太阳光，这样能够在提高太阳光辐照密度的同时，有效的减少生产的成本。聚光器在聚光光伏系统中非常重要。其中热光伏聚光器主要是通过辐射器来加入太阳能，从而获得成光热能，再利用辐射器将成光热能发射到太阳能电池中，进而转化为光电。

2.4 孤岛效应检测技术

在电网运行中，错误的操作或维修原因造成供电中断等故障时，光伏并网发电系统会持续运行，并通过负载电压的方式来实现供电，因此形成了自给供电的孤岛，这种现象我们称之为孤岛效益。一旦光伏并网发电系统出现孤岛效应，会出现电频、电压无法控制，用户用电设备受到损害等情况，甚至在维修的过程中还会对维修人员的安全带来影响。

在并网逆变器侧中，孤岛效益的检测方法主要有两种方法：被动检测和主动检测。其中被动式检测主要应用于电网断电的情况下，其能够通过对逆变器输出端电压、频率以及相位等变化来检测电压输出中是否出现孤岛效应。而主动式检测主要是通过对逆变器进行调整来对其输出的频率、功率等带来干扰。在电网正常运行时，主动式检测所造成的干扰会被电网锁相环的平衡消除。电网出现故障则会出发孤岛效应。

3 太阳能光伏发电技术的应用

3.1 太阳能照明应用

目前，我国开始对能源的利用和资源的保护采取有效的措施，太阳能照明已成为绿色照明降低能耗的重要方式。太阳能电池板、蓄电池、节能等部分组成了太阳能照明系统。当前，太阳能照明在我国得到了广泛的应用，常见的地方有路灯、楼道灯等。此外，在太阳能照明中，太阳能灯控制系统中同时具备了光伏系统的功能，因此为了有效的控制太阳能照明系统，通常会使用定时和光控的方式。

3.2 太阳能与LED光源相结合

近年来，半导体技术和固体物理技术的发展十分迅速，衍生出了固体光源LED。该产品具有能耗低、寿命长、光效高的特点，同时其与白炽灯相比，固定光源LED的反映较快、污染较小。目前在我国灯源市场，固体光源LED成为了其发展的主要趋势。

3.3 太阳能水泵

在太阳能水泵运行的过程中，并不需要蓄电池来提供动能驱动其运行，一般情况下其运行主要依靠太阳能电池板的作用。而在大型的光伏水泵中，为了将太阳能电池板中的直流电转换为交流电，通常会安装逆变器，从而促进水泵工作的顺利进行。一般来说，太阳能光伏水泵系统在建立的初期使用的资金是十分巨大的，但是在其运行过程中，会产生的费用较少，使用寿命较长，因此太阳能水泵的建设能够为我国的电力供应作出巨大的贡献。

3.4 光伏建筑一体化

太阳能屋顶计划在20世纪之时被首次提出，而其计划就提出了把太阳能电池板安装在建筑物的屋顶上，并通过控制器以及逆变器来进行公共电网的连接，进而产生了户用并网光伏系统。户用并网光伏系统主要由太阳能电池板和电网并联向用户供电，且可靠性较好。同时在供电的过程中，其并不需要依靠蓄电池，大大提高了节能环保的效果。此外，对于光伏建筑一体化而言，其最重要的目的就是为了实现光伏器件以及建筑材料的集成化，从而帮助企业降低光伏发电成本，并扩大其使用的范围。

3.5 通信工业中的应用

当前，太阳能光伏发电系统已经广泛的应用于通信工程行业，其涉及的行业有卫星通信、卫星电视接收系统、微波中继站等。

4 结束语

当前，为了让太阳能光伏发电技术能够得到良好的发展，政府应当出台一系列的政策法规来对太阳能光伏发电技术的发展进行规范和完善，从而确保其能够将可持续发展的作用真正的发展出来。相信在不久之后，太阳能光伏发电技术将成为绿色工程中至关重要的部分。

参考文献

[1]孙勇.我国太阳能光伏发电技术应用综述[J].科技创新与应用报，2014（27）：88.

[2]芦浩.太阳能光伏发电技术应用研究与普及[J].中国新产品新技术，2016（08）：28-29.