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太阳能光伏发电技术及其应用研究

谭守军

国网山东省电力公司聊城市茌平区供电公司,山东聊城,252100

摘要: 在目前的经济发展情况来看,环保、节能是当下最新的发展理念,因为在工业革命时期人们对资源没有节制地开采,造成了大量的常规能源的浪费,并且对环境造成了巨大的污染。在社会的不断发展中,经过科学家不断的探索研究发现太阳能资源能够有效的缓解能源短缺的问题,并且预见在以后的发展中太阳能资源将会占据重要位置。在能源中,太阳能源的应用在未来的发展中将占据重要地位。
关键词: 太阳能光伏发电;技术;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157019
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太阳能光伏发电技术作为一项新型技术,现已经成为各行各业重点开发与研究的技术之一。太阳能光伏发电技术在实际应用中体现出:清洁、环保、节能、健康等优势,能够有效提高能源利用效率,必将成为重点研究与开发的对象,未来的能源建设与发展必然少不了太阳能光伏发电技术的应用。

1.太阳能光伏发电技术

1.1太阳能电池技术

在太阳能光伏发电系统中,光伏电池是其基本核心部件,但是由于其存在着许多问题,仍然不能得到大规模的普及与应用,其中通过总结与分类,大致可以将问题分为两类:一是成本过高,而且高光电转换效率过低。比如在第一代光伏电池当中,其主要基础设施以硅片为主,虽然通过十多年的有效研究,已然大幅度的增加了高光电转换的效率,但是其成本还是过高,无法大量的投人生产,所以在第二代光伏电池中,薄膜技术被广泛的开发应用,其技术特点主要为在非硅材料的衬底上,铺设很薄的光电材料层,如此不仅增加了转换效率,还降低了成本,可以大规模的投人到生产使用当中,已然成为了国际太阳能光伏发电的主流生产技术。而当下,科研人员又将目光投向了以理论极限光电转换效率为基础的第三代太阳能电池,其利用先进薄膜制造技术为基础,依靠有机聚合物电池、多层多结、染料敏化太阳能电池、纳米结构电池、量子点等先进技术,以提高光电转换光电效率为目标,以降低生产成本为最终策略,进行了大规模的科研与实验,相信在不久的将来,这一技术将系统的应用在太阳能光伏发申当中。

1.2聚光光伏技术

太阳能从宇宙进入地球,在路径上消耗巨大,能够到达地面的光能是非常少的,因此,提高利用率就是目前要解决的问题,聚光光伏技术就是一个巨大的进步,它可以将太阳能聚集到一个相对较小的区域,进而提高太阳辐射的密度,形成高性能聚光电池,这样不仅减低了成本,而且大大的提高了利用率。在整个光伏系统中冷凝器的位置是非常重要的,它的主要功能是太阳能光伏聚集的光通过散热器达到一定温度,然后将太阳光的能量转换成热能,最后进行光电能之间的转换。

2.太阳能光伏发电技术的优势

2.1利用率高、节能、环保

太阳能光伏发电技术是将光子转换为电子的一个过程,这个过程中相对于其它发电技术来说简单一些,也就是说用简单的方式获得电能。在整个转换过程中节能,更是非常的环保,不会产生污染。这些都遵循可持续发展的理念。

2.2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到太阳能资源。从这个意义上说太阳能资源是一种可再生资源。并且这种资源存在着巨大的潜力等待人们挖掘。

2.3储备丰富、分布范围广

太阳能是一种来自于大自然的能源,具有清洁、环保、可再生等特点,太阳光的广泛分布为其开发与利用带来了巨大便利,充分利用太阳光能就可以减少对其他常规能源的开发,从而减少对环境的污染与破坏。

太阳能光伏发电系统主要由以下几部分构成:太阳电池组件,储能蓄电池、充放电控制器、直交流逆变器等。其中太阳电池组件是最核心的部件,主要发挥着电能转换作用。

3. 太阳能光伏发电技术的应用

3.1并网光伏发电系统

并网光伏发电系统与公共电网相联接,共同承担供电任务。光伏电池阵列所发的直流电经逆变器变换成与电网相同频率的交流电,以电压源或电流源的方式送入电力系统。容量可以视为无穷大的公共电网在这里扮演着储能环节的角色。因此并网系统不需要额外的蓄电池,降低了系统运行成本,提高了系统运行和供电稳定性,并且光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统,它是当今世界太阳能光伏发电技术的最合理发展方向。

3.2太阳能水泵

在太阳能光伏发电技术的支持下,水泵通常无须采用蓄电池发电,在光伏发电系统带动下能够推动水泵迅速运转。一般将逆变器配置在光伏水泵站,第一步是电池板直流电、交流电之间的转换,这样水泵就能在交流电的支持下开始运转。太阳能水泵实际使用的弱点体现在:初期投入大,然而,实际运行成本较低、无须过多的维护费用,易于长期使用,相对于小型号普通的水泵,其工作效率更高。太阳能水泵通常适合用在太阳能丰富、光能储备较强的地域环境中。

3.3太阳能与 LED 光源的结合

伴随着技术的不断发展,社会的不断进步,科学家的不断探索,将太阳能应用到LED中已经成为一种迅速发展的形态。LED灯具有能耗低、寿命长、发光效果好的特点,与之前用的白炽灯相比 LED 灯的反应较快并且污染相对较小。太阳能的应用极大地方便了人们的生活,尤其是太阳能与 LED 的完美结合。

3.4光伏建筑一体化

随着太阳能技术的发展,太阳能光伏发电技术逐渐被应用到建筑工程中,逐渐形成了光伏建筑一体化模型。具体的应用原理为:将太阳能光伏发电系统安装在建筑物的顶端,将其同建筑内部的电力线路连接起来,通过太阳光能与电能之间的转化,来发挥对建筑室内用电的补偿作用,当建筑电力系统出现故障问题,出现断电时,可以启动光伏发电系统,来持续供电,维持建筑物内部各个用电设备的持续运转。经研究表明,这种光伏建筑一体化的模式未来会有更广阔的发展,能够同建筑幕墙有效配合,二者都能够有效吸收太阳辐射能、光能等。现阶段来看,光伏建筑一体化技术多数用于建筑顶端,其技术发展相对完善。

光伏建筑一体化技术实际应用还处于初始阶段,需要大量的成本投资,然而,其发展前景广阔、对于建筑物用电系统的完善与发展有着不可替代的作用。

3.5通信工业中的应用

太阳能发电技术在通信行业中也得到了广泛的应用,随着工业逐渐的自动化,通信行业对电力的需求不断增大,卫星电视接收系统离不开电,卫星通信离不开电,微波中继站离不开电,在电力需求不断增大的过程中,太阳能光伏发电技术及时的弥补了资源匮乏的空缺。

3.6独立光伏发电系统

独立光伏发电系统是不与公共电网系统相联接而孤立运行的发电系统,通常建设在远离电网的偏远地区或作为野外移动式便携电源,比如公共电网难以覆盖的边远农村、海岛、边防哨所、移动通讯基站等等。由于太阳能发电的特点是白天发电,而负荷用电特性往往是全天候的,因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少。尽管其供电可靠性受气象环境等因素影响很大,供电稳定性也相对较差,但它是偏远无电地区居民和社会用电问题的重要解决方式。

4.结语

作为一种现代化的新能源,太阳能得到了开发和利用,太阳能光伏发电技术已经在通信、发电、运输等行业得到了有效应用,发挥了其优势功能,未来的太阳能光伏发电技术势必会得到更大的发展。

参考文献

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