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                太阳能光伏发电技术及其应用探讨 赫明亮

                发表时间:2019/9/25   来源:《基层建设》2019年第20期   作者:赫明亮
                [导读] 摘要:在煤炭、石油等能源危机日益严峻的形势下,人们越来越渴望新的清洁、可再Ψ生能源,目前,新型可再生能源包含太阳能、水能、风能、地热等,其中太阳能储量大,使用安全、清洁,具有非常广阔的应用和发展前景。
                        辽宁太阳能研究应用有限公司  辽宁沈阳  110136
                        摘要:在煤炭、石油等能源危机日益严峻的形势下,人们越来越渴望新的清洁、可再生能源,目前,新型可再生能源包含太阳能、水能、风能、地热等,其中太阳能储量大,使用安全、清洁,具有非常广阔的应用和发展前景。当前在太阳能发电方面的研究包含热发电和光伏发电等形式,其中,太阳能光伏发电能够实现太阳能与电能之间的直接转换,不需要消耗燃料,清洁、无污染,使用过程中不会受到地域等因素限制,能够较为容易的结合建筑物使用。针对太阳能的利用,光伏发电属于一种新的技术类型,我国光伏发电产业发展迅猛,文章就此展开了研究分析。
                        关键词:太阳能;光伏发电技术;应用
                        引言:在人类社会快速发展的过程中,对不可再生资源的使用量越来越大,而以太阳能为主要资源的光伏发电具有可无限制持续使用的特点,同时在环境污染方面相比传统煤炭资源要小很多,因此探究太阳能光伏发电技术具有重要的现实意义。
                        1.太阳能光伏发电技术
                        光伏发电指的是太阳能直接转化为电能形式,其原理是半导体材料的光伏效应,早在1839年,国外科学家在研究中发现光照情况下半导体材料在不同部位会有电位差出现,将这一现象称之为“光生伏打效应”,也就是“光伏效应”。直到1954年,第一个实用单晶硅光伏电池研制成功。目前所使用的太阳能光伏发电系统包含电池板、控制器和电能存储转换结构等组成,在世界光伏产业迅猛发展过程中,光伏发电技术水平有明显提升,太阳能电池技术、聚光器技术、孤岛效应检测技术等都属于光伏发电关键技术。
                        1.1太阳能电池技术
                        在太阳能光伏发电系统中,光伏电池属于最为核心部件,当前光伏电池的大范围使用还存在有两个方面问题:第一,生产成本问题;第二,光电转换效率问题。第一代光伏电池以硅片为基础,虽然其技术发展成熟,但是存在有非常高成本。第二代光伏电池以薄膜技术为基础,光电材料薄,半导体材料消耗有明显减少,能够满足自动化和批量化生产需要。当前还出现一些新结构、新概念电池,研究人员工作重点向着薄膜制造技术为基础的太阳能电池方面发展,理论光电转换效率高达93%,比如纳米结构电池等,正在积极向着降低生产成本以及提高光电转换效率方面发展。
                        1.2光伏阵列最大功率跟踪技术
                        有专家研究光伏阵列输出功率,发现其存在非线性特点,会因为太阳辐射以及温度等因素影响。为了确保供电系统中太阳能电池的光电转换能力得到充分全面发挥,必须要注意对光伏电池阵列工作点的控制,实现功率输出最大化。最大功率跟踪是一个动态性过程,通过检测光伏电池阵列的输出电压和电流,能够明确光伏电池阵列输出功率,与之前存储的功率对比,将光伏电池阵列动态控制在最大功率点。
                        1.3聚光光伏技术
                        地表太阳能密度低,为了提高太阳能利用有效性,聚光光伏技术可发挥重要价值,该技术的使用不仅可实现对太阳光的聚集,集中在较小面积的聚光电池上,确保太阳光有足够的辐射能量密度,同时,还能够使用低廉聚光器取代太阳电池,实现对整个光伏发电系统成本的有效控制。在聚光光伏系统中,聚光器属于主要组成结构,根据光学原理的不同,可以将其分为折射、反射、热光伏、全息等不同类型聚光器。热光伏聚光器主要是利用太阳对辐射器加热,完成光电转换。
                        1.4孤岛效应检测技术
                        孤岛效应指的是电网出现异常造成供电中断时,光伏并网发电系统仍能够很长使用,同时向周围供电,形成供电孤岛。光伏并网发电系统在孤岛状态下运行会造成严重影响,比如无法控制电压和频率,损坏用户设备,同时给维修人员人身健康造成威胁。在孤岛效应检查方面有被动式检查方法和主动式检查方法,其中,被动式检查方法主要是利用电网断电时逆变器输出端『在相位、电压等方面变化检测,主要应用在一些负载功率变化较小场景。

                主动式检测主要是通过对逆变器额度控制给功率、相位等带来扰动。电网正常运行过程中,电网锁相环处于平衡状态,无法进行扰动的检测[1],一旦有故障出现,逆变器输出扰动会迅速超过阈值,进而形成孤岛效应。常见主动检测方法包含频率偏移法、频率移相法等。
                        2.太阳能光伏发电技术的应用
                        2.1工业和通信行业
                        当前,很多工业、通信喝科学领域都开始广泛的使用光伏发电技术,因为这能在很大程度上降低突发事件或者气候对工作的影响。在工业生产领域,光伏发电应用主要有石油管道的阴极保护、水文观测系统的技术支撑、水闸的阴极保护以及气象地震台运行的技术支撑等;在科技通信领域,光伏发电主要应用在太阳能无人值守微博中继站、高密性光缆维护站以及农村地区的载波电话光伏系统等。
                        2.2农村和边远地区
                        众所周知,农村地区各方面的发展速度都慢于城市地区,其中尤其突出的就是电力资源建设与制造。农村地区的用电不同与城市地区,居民生活和基本工作用电随时随地都有保证,因为交通和经济等多方发展因素的限制,电力资源没有良好的发展条件。而太阳能光伏发电的功能和优势正好弥补了农村地区的条件限制,农村地区的空旷陆地能更有效的收集太〗阳能资源,因此农村地区基于对电能的需求和自身条件的优势,大大的助力了太阳能光伏发电技术的发展和应用,当前较常的应用有小型风光互补发电系统、太阳能水泵、独立光伏电站和太阳能照明灯等。
                        2.3光伏建筑一体化
                        在20世纪初,有关人员首次提出了太阳能屋顶@ 计划,即在建筑物顶面安装太阳能电池板,利用逆变器和控制器来完成一个公共电网,形成一个完整的户用并网光伏系统。户用并网光伏系统的主要板块为电网并联和太阳能电池板,由于其在供电过程中可以依赖于蓄电池的功能,所以产生电能的整个过程具有很高的节能性和环保性[2]。除此以外,实现光伏建筑一体化的最终目的,是通过建筑材料和光伏器件的集成化来有效控制光伏发电成本,不断扩大其在企业生产和居民生活中的应用范围。
                        2.4荒漠光伏电站
                        不同光伏电站的建设与应用都为当地区域的经济发展带来了很大的促进作用,效果最为明显的就是荒漠光伏电站。沙漠地区的资源还是非常丰富的,但恶劣的条件很容易让人忽略这些资源优势,其中最为充足的就是太阳能源,在荒漠中建立光伏电站一方面可以带动地区经济发展,另一方面还能创造更多的就业机会,助力荒漠环境的维护与建设。
                        2.5太阳能产品
                        因为光伏发电本身的诸多优势,人们纷纷开始研发并应用太阳能产品。当前在人们生活和工作中应用较为频发的有太阳能照明灯具、广发行业的太阳能灯箱、太阳能热水器以及生活中的太阳能手表等等,处处都有效应用了光伏发电原理,大大提高了人们生活和工作的便利性[3]。
                        结论
                        简而言之,太阳能光伏发电技术的有效应用很大程度上解决了偏远地区的电能供应难题,并在社会发展层面上有效缓解了能源短缺问题,大大提高了能源替代的可能性。尽管我国在研究和应用太阳能光伏发电技术的过程中还存在诸多问题与不足,但经过科研人员的不断努力,在未来的发展中一定能突破技术上的一些瓶颈,让太阳能光伏发电技术的应用前景更加广阔。
                        参考文献:
                        [1]旦望云.家用太阳能光伏发电并网技术研究[J].电子制作,2018(24):14-15,82.
                        [2]张恒睿.太阳能光伏发电技术现状及改进措施[J].农村电气化,2019(1):53-55.
                        [3]李强.太阳能光伏发电技术应用中的有关问题[J].中外交流,2018(52):178-179
                 
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