光伏发电的基本原理及应用前景

光伏发电的基本原理及应用前景

发表时间：2018-06-06T11:45:28.773Z 来源：《知识-力量》2018年4月下作者：孙伟鹏覃雪清黄坚坚

[导读] 随着太阳能发电技术的逐渐成熟，光伏发电也逐渐成为国家电力供应的重要部分，未来光伏行业受益于国家战略发展，前景广阔、潜力巨大。

（广西大学电气工程学院，广西南宁 530004）

摘要：随着太阳能发电技术的逐渐成熟，光伏发电也逐渐成为国家电力供应的重要部分，未来光伏行业受益于国家战略发展，前景广阔、潜力巨大。本文阐述了光伏发电的基本原理，并对光伏电站的跟踪监控和运行数据进行了分析与评估，展望了光伏发电技术的应用前景。关键词：光伏发电；基本原理；跟踪监控；运行数据；应用前景

光能发电是当今世界的尖端科技，将为全人类彻底解决“能源危机”“环境污染”和“可持续发展”等三大世界难题，将做出历史性、跨世代的伟大贡献，将为人类利用新能源、新技术方面进入一个崭新的时代。

一、光伏发电的基本原理

1、太阳能光伏发电系统的组成

太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是：

光伏电池：光电转换。

控制器：作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如2点式控制器，多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。

蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池。

交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。

2、太阳能光伏电池板

太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的p-n结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动p-n结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响p-n结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热（*）。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，也就是光伏电池效率大约是单晶硅13%-15%，多晶硅11%-13%.目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。

3、太阳能光伏发电系统的分类

目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。a）离网光伏蓄电系统。这是一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单，而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。b）光伏并网发电系统，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。c）a，b两者混合系统，这是介于上述两个方之间的系统。该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。

二、光伏电站的跟踪监控和运行数据分析与评估

光伏发电系统还属于新生事物，还没有达到推广应用的规模化。目前存在距离遥远、当地技术水平低、独立电网容量有限等不利条件，增加了管理好光伏电站的难度。因此，实施对电站的运行监控，通过对系统运行的数据进行科学分析，找出内在规律，为系统优化设计提供可靠依据，为更大规模的推广独立光伏发电系统作出贡献。

1、电站监控内容

（1）当地的光照和风力资源：每天各时段阳光辐射强度和光照时间，每天各时段风速和风向。（2）天气情况（温度、雷击、沙尘、冰雹、雨雪、云雾等）。（3）系统各发电子系统在各时段的发电功率和发电量。（4）充电控制器在各时段的工作状态。（5）蓄电池组在各时段的工作状态。（6）系统负载在各时段的工作状态。（7）系统故障统计。

2、监控手段和方法

（1）对于没有安装自动数据采集装置的电站，采用人工读数的方法记录数据。为了保证数据的真实（可靠、准确，电站工作人员在参加培训时必须学会、浓懂如何正确读表、测量和填写工作日记的表格。业主公司的专业技术人员定期校对、核实各电站的工作日记。电站的工作日记必须存档备案，不得遗失和损坏。人工记录工作日记是自始至终每天必做的工作。

（2）对于安装了自动数据采集装置的电站，由专业技术人员定期读取记录，或由当她电站工作人员经专门培训定期更换数据记录磁盘，邮寄给专业数据收集人。

（3）在具各通信条件的电站，可以建立远程监控系统，由专业技术人员进行实时监控，远程自动采集数据。

3、电站运行数据分析与评价

在获取完整数据的基础上，应分析并完成下述评估内容。（1）每月、每年光伏电站提供的电量。（2）每月、每日全村的用电需求量和各负载的耗电量。（3）每月24小时能量流图。（4）系统各主要设各的工作性能和潜力。（5）供电余量分析。（6）负载发展预测。（7）故障分析及预防措施建议。做好光伏电站的跟踪监控和评估工作，有助于改进管理制度，进一步完善光伏电站，充分发挥系统的潜能，使系统在最佳状态下运行，获得最好的经济效益和社会效益。

三、光伏发电技术的应用前景展望

我国光伏产业正以每年30%的速度增长，最近三年全球太阳能电池总产量平均年增长率高达49.8%以上。按照日本新能源计划、欧盟可再生能源白皮书、美国光伏计划等推算，至2030年全球光伏发电装机容量将达到300gw（届时整个产业的产值有可能突破3000亿美元），至

2040年光伏发电将达到全球发电总量的15%-20%。按此计划推算，到2040年，光伏行业的复合增长率将高达25%以上。其中并网应用会有较大的发展，从而形成并网发电（约46%）、离网供电（约27%）和通讯机站（约21%）3个主要应用领域。根据我国光伏发电的发展情况。在今后一段时间。我国光伏发电主要应用在以下几个方面:(1)城市并网光伏发电,(2)荒漠和海岛地区的供电,(3)边远地区离网供电,(4)景观灯、LED照明等商业应用。太阳能光伏发电作为一种取之不尽、用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着光伏发电产业化进程和技术开发的深化,它的效率、性价比将得到提高,它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动中国“绿色电力工程”的快速发展。

参考文献

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[5]安文韬,刘彦丰.太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究[J].应用能源技术,2007,11:33-35,39.作者简介：孙伟鹏(1992年4月—)，男，汉族，广西蒙山人，中铁隧道勘测设计院有限公司设计师，广西大学电气工程学院2015级硕士研究生，研究方向为光伏发电。