常艷霞朔州職業(yè)技術學院，山西朔州 036002

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構與優(yōu)勢

常艷霞
朔州職業(yè)技術學院，山西朔州 036002

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是指通過光生伏特效應將太陽能轉(zhuǎn)變成電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)保、可靠性好、使用壽命長、安裝維護簡便等優(yōu)點，通過進一步的研發(fā)和改善，將來必然會得到越來越多的研發(fā)和應用。

太陽能光伏發(fā)電；光電轉(zhuǎn)換率；太陽能電池板

1 太陽能光伏發(fā)電簡介

太陽對地球上的一切生物都是至關重要的，可以說沒有太陽就沒有現(xiàn)在的地球。在生命的起源和發(fā)展中，太陽都起了重要的作用，太陽不僅一直源源不斷地為地球提供能量，還將繼續(xù)為地球提供能量。利用太陽能發(fā)電是應用太陽能的一種有效方式，太陽能發(fā)電可分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種，但不論是普及度和發(fā)展前景，光熱發(fā)電都趕不上光伏發(fā)電。

太陽能光伏（Solar photovoltaic，PV）發(fā)電的原理是根據(jù)光生伏特效應，通過太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽光主要包含微波能源粒子——光子，光電效應是指太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)利用硅等半導體材料將吸收的光子轉(zhuǎn)換為電子，這一過程就將太陽能轉(zhuǎn)換成了電能。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結構

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中不涉及機械部件，主要由電子元器件組成，光伏發(fā)電系統(tǒng)設備的結構簡單、可靠性好、使用壽命長、安裝維護簡便。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池、逆變器等組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心是太陽能電池板，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的主要核心部件，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部分。太陽能控制器的作用是控制太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體工作，若使用的溫差較大，控制器還應配備溫度補償?shù)墓δ?，通過豐富太陽能控制器的配件和附加功能，可以擴展太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能。

在太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能后，蓄電池的作用是將電能儲存在電池里，待使用時將電能從蓄電池中輸出，蓄電池的組成一般是鉛酸電池，也有鎳氫電池、鋰電池和鎳鎘電池。逆變器的作用是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電（通常為220V/50Hz），在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際使用中，有時電能的使用端可能會是220VAC的電器，這就需要將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，這就需要在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中包含逆變器。

3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率

上文提到的太陽能電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組件，太陽能電池板由不同規(guī)格的太陽能電池片組合到一起。太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要性能參數(shù)，光電轉(zhuǎn)換率是指在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率，一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率越高，它的性能就越好。目前，我國太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率約在10%～15%，在國外一些實驗室條件下，太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率可達到約45%，但是其成本較高，暫時不存在商業(yè)推廣的實用性。光電轉(zhuǎn)換率是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心參數(shù)，但光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本是限制其推廣應用的主要條件。

如果一個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率為10%，則每100m2的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)上可發(fā)出約17 000度的電量，若額定功率為1 000W的光伏發(fā)電系統(tǒng)，則每年可以發(fā)出約17萬度左右的電量。事實上，上述計算結果還是將許多使用條件理想化，在實際使用中發(fā)電系統(tǒng)的成本會更高。例如，隨著使用時間的增長，光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率會逐漸減少；若太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中包括逆變器，逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程中也會造成能量的損耗；天氣變化、環(huán)境溫度變化、光伏發(fā)電系統(tǒng)的損壞等原因也都會影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率，這些也都是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)推廣應用過程中必須考慮的問題。

4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電和獨立使用

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作形式包含獨立使用和并網(wǎng)發(fā)電兩種，但無論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成都是相同的。獨立使用的光伏發(fā)電系統(tǒng)也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，基本方式是自給自足，光伏發(fā)電系統(tǒng)不接入公共電網(wǎng)，如果有多余的電量則會被存入蓄電池。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池板轉(zhuǎn)化成的電能經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電，并將交流電接入到公共電網(wǎng)中，再由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向各用戶供電。分散式的小型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流趨勢，其優(yōu)勢是投資較小、建設速度快、占用面積小、政策扶持大等優(yōu)點。

5 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢，首先也是最關鍵的，太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點是環(huán)保，不會破壞自然環(huán)境；在化石燃料和核能的使用過程中，都會對環(huán)境產(chǎn)生破壞，從而影響人類的健康，但太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)沒有運行噪音，沒有廢氣廢物排放，是完全綠色的產(chǎn)能方式。再者，作為可再生能源，太陽光幾乎可以說是取之不盡用之不竭的，雖然太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用具有設備成本和維護成本，但是不存在運行成本，因為太陽光的使用完全是免費的。

與其他發(fā)電技術相比，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電設備安裝的過程中有優(yōu)勢，在安裝時，可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在建筑頂部或外觀，甚至在路燈和草坪等公共區(qū)域也可以安裝，這樣不僅占用空間較少，而且不需要單獨開辟一塊光伏發(fā)電設備區(qū)，不僅不會影響區(qū)域的環(huán)境和美觀，還可以成為一塊區(qū)域的裝飾品。從這一點延伸來講，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構簡單，安裝維護方便，太陽能光伏發(fā)電的供電領域較廣，在市區(qū)高層建筑和偏遠村莊或山區(qū)中都可以安裝使用，從路燈到工業(yè)領域都可以使用。

6 結論

目前，雖然光電轉(zhuǎn)換率較高的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本還較高，但隨著科研和技術人員的持續(xù)研發(fā)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率和成本必然會得到改善。與其他能源生產(chǎn)方式不同，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅不會占用單獨區(qū)域，在發(fā)展和應用過程中，反而可以與我們?nèi)粘５淖饔迷O備合為一體。將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)加入到建筑的設計中，將其與建筑物的結構合為一體，例如，將光伏發(fā)電系統(tǒng)做成玻璃天窗或玻璃幕墻，這不僅提高了光伏發(fā)電的應用范圍，還可以提高建筑的美觀，這都是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用安裝趨勢。相信隨著科研技術的高速發(fā)展和國家補貼的大力投入，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換率必然會逐漸提高，成本會逐漸降低，進而得到更好的推廣應用。

［1］崔容強，喜文華，魏一康，等.太陽能光伏發(fā)電［J］.陽光能源，2004（2）.

［2］張伯泉，楊宜民.風力和太陽能光伏發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.中國電力，2006，39（6）：65-69.

［3］胡云巖，張瑞英，王軍.中國太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景［J］.河北科技大學學報，2014，35（1）：69-72.

［4］黃鵬，白帆，王學峰.太陽能光伏發(fā)電發(fā)展趨勢分析［J］.中國科技信息，2014（3）：31-32.

TM615

A

1674-6708（2016）168-0161-02

常艷霞，山西省朔州職業(yè)技術學院，研究方向為材料工程。