随着煤炭、石油等现有化石能源的频频告急和全球变暖等生态环境的恶化,使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪最有希望大规模应用的清洁能源之一。
目前太阳能发电主要有两种形式:一是热发电、二是光伏发电(Photovoltaic Generation,PV)。太阳能光伏发电可直接将太阳光能转换成电能,是一种不需燃料、无污染获取电能的高新技术,具有许多优点,如:安全可靠、无噪声,能量随处可得,不受地域限制,无机械转动部件,故障率低,维护简便,可以无人值守,建站周期短,规模大小随意,无需架设输电线路,可以方便地与建筑物相结合等。因此,在太阳能的有效利用中,光伏发电是近些年来太阳能众多利用方式中发展最快、最具活力的研究领域。从上世纪70年代开始太阳能光伏发电技术得到迅速发展,日本、德国、美国等国家都大力发展光伏发电产业,他们走在了世界的前列;我国在光伏发电技术研究和产业方面也奋起直追,现在以每年20%的速度迅速发展。
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较为广泛，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聚光光伏技术
直接到达地面的太阳能密度很低,其峰值不超过lkW/m2,为了提高太阳能利用效率,可采用聚光光伏技术。一方面将太阳光会聚到面积很小的高性能聚光电池上,提高太阳光辐照能量密度;另一方面用相对便宜的聚光器部分代替昂贵的太阳电池,从而达到降低光伏发电系统成本的目。
聚光器是聚光光伏系统的主要组成部分,根据光学原理可分为:折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器、荧光聚光器、全息聚光器等。
其中混合聚光器利用折射、反射和内部反射达到聚光。热光伏聚光器工作原理是:太阳把辐射器加热到高温,完成光热转换;辐射器再发出辐射到太阳电池上,完成光电转换。荧光聚光器和全息聚光器是两种尚未成熟的技术。
虽然目前聚光光伏系统还存在一些关键的科学技术问题没有得到完全解决,但各国光伏工作者也在不断地以实验结果验证聚光技术。2005年5月,美国可再生能源实验室报道其三结太阳电池在10倍聚光条件下的效率为37.9%。
2006年12月,该项世界纪录又被其刷新为40.7%。我国虽然聚光器技术起步比较晚,但是发展比较迅速,2009年6月的我国自主研发出的“4倍聚光+跟踪”的新型光伏发电技术,具有廉价、轻巧、效率高、抗风强等特点。
2.3孤岛效应检测技术
所谓孤岛效应是指:当电网由于电气故障、误操作或停电维修等原因造成中断供电时,各个光伏并网发电系统仍在运行,并向周围的负载供电,而构成一个电力公司无法控制的自给供电的孤岛。当光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果,如孤岛中的电压和频率无法控制,可能会对用户的设备造成损坏;孤岛中的线路仍然带电会对维修人员造成人身危险等。
孤岛效应检查方法在并网逆变器侧可分为被动式和主动式。被动式检测方法是利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测,该方法适用于负载功率变化不大,且与逆变器的输出不匹配的场合。主动式检测方法是指通过控制逆变器,使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常运行时,由于电网锁相环的平衡作用,检测不到这些扰动,一旦电网出现故障,逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围,便可触发孤岛效应检测电路。主动式检测方法目前主要有:阻抗测量法、输出功率扰动法、主动频率偏移法及滑动频率移相法等。其中频率偏移法及频率移相法具有易于实现、实用性强等特点,在应用中更为广泛。
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
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