太阳能光伏发电的设计应用分析

太阳能光伏发电的设计应用分析

发表时间：2018-05-29T16:56:00.990Z 来源：《基层建设》2018年第7期作者：王紫龙

[导读] 摘要：太阳能是一种新型的能源，许多国家和地区都在对太阳能进行利用。

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摘要：太阳能是一种新型的能源，许多国家和地区都在对太阳能进行利用。太阳能光伏电站的设计方案直接影响到电站的运行性能，电站的运行性能也从很大程度上反映着电站设计方案存在的问题。利用太阳能的光伏发电是当前各个国家的能源项目，能够实现电能资源的分配与调度，构建更加科学合理的现代化的发电系统和体制。

关键词：太阳能；光伏发电；设计；应用

1 太阳能光伏发电的基本工作原理与特点

1.1 光伏发电的基本工作原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。在阳光照射下，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”，而这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护就可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器和逆变器等部件就形成了光伏发电装置。

1.2 太阳能光伏发电的特点

太阳能光伏发电与常规的发电系统相比具有较为明显的优点，由于其是利用太阳能来进行发电，不仅安全可靠，而且无污染，没有噪音产生，同时太阳能资源也不会存在枯竭的危险。利用太阳能进行发电不用受到资源分布地域的限制，而且可以充分的利用建筑屋面，不需要消耗燃料，同时也不需要架设输电线路，能源质量较高，而且易于建设，可以在较短时间内即可获取到能源，使用者对太阳能光伏发电更易于接受。

但利用太阳能光伏发电也有其自身的缺点，由于太阳能会受到四季变化及天气等气象条件的影响，而且由于太阳照射能源分布密度较小，所以利用太阳能进行发电时还需要占用较大的空间面积。

2 光伏发电系统的设计

光伏发电系统可分为光伏独立发电系统和光伏并网发电系统。

2.1 光伏独立发电系统

独立型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。

2.2 光伏并网发电系统

光伏并网发电系统主要是由太阳能电池组和直/交流逆变器组成。既能够将由太阳能所转换成的电能在逆变器作用下变为交流负载供用户直接使用，又能够将所产生的电传输到交流电网上。

光伏并网发电作为现在发展最迅速的高技术太阳能光伏发电应用方式之一，与独立的光伏发电系统相比，光伏并网发电是太阳能发电今后的发展趋势。并网发电系统的优势主要有以下优势。

1）并网方式灵活，分布式和集中型并网相结合，既可就地消耗发电，将多余电力并入电网取得收益，又可将所发电直接并入电网卖电取得收益。

2）对光伏电池能够更快、更精确的进行追踪，最大限度的将电能输入到电网，来对功率损耗进行降低。

3）中间环节的简化，能够减少在蓄电池充放电中所损耗的电能，对中间环节所造成的维护和运行成本进行了降低，同时也降低了回收废旧电池过程中所造成的环境污染问题。

3 光伏发电系统的具体应用

3.1交、直流供电系统

由于电流的形式不一样，光伏发电的系统要考虑到电流之间的转换，在进行设计时，要更加注重电力调控系统的灵活性，这样能够提升发电的效率。交、直流的供电系统具有转换的作用，能够在两种电流之间实时地转接，这就形成了相对稳定的电力传输模式

3.2并网系统

在进行并网的布局阶段，太阳电池组会对电流的形式造成一些影响，在逆变器进行工作时，城市的电网会形成交流的形式。而并网的系统运行能够使网络供电系统形成有效的连接，提升电流转换的效率。在这个过程中，是将电网的信号直接反馈给调度中心的，直接将电能输入到电网当中去，这就省去了配置蓄电池的步骤，节省了工作和负担，同时也能够降低能量的损耗。

3.3混合供电的系统

太阳能光伏系统，除了使用太阳能的电池组件阵列以外，还可以将燃油发电机作为备用的能源来进行使用。而这样就使得供电系统是混合性的，好处就是能够综合两种能源的优势，弥补各自的短板和不足。使得可再生能源能够得到更好地利用。可再生能源具有不稳定性，会不断地进行变化，所以在进行系统设计时一定要以最少的能量时期来进行。

3.4并网混合供电系统

要想发挥光伏系统的最大功能，可以对不同种类型的电网进行综合性的改造，这是一个比较漫长的组网过程。使用并网混合供电系统，能够构建出不同的网络处理方式。并网混合供电的主要特点是组合性，能够将控制器以及逆变器进行组合，这样就提升了可调度，使得电能的资源能够与数字控制协调的运行。

4 光伏发电的产品用途及太阳能电池的应用

光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。目前，光伏发电产品主要用于三方面：为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，以及微波中继电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和草坪灯等；并网发电，这在发达国家已经大面

积推广实施。

我国太阳能电池应用领域在不断扩大，已涉及农业、牧业、林业、交通运输、通讯、气象、石油管道、文化教育及家庭电源等诸多方面，光伏发电在解决偏僻边远无电地区供电及许多特殊场合用电上已起到引人注目的作用。但从总体的应用技术水平和规模上看，与工业发达国家相比还有很大的差距，主要问题是光伏系统造价偏高、系统配套工程装备没有产业化、应用示范不够和公众对太阳电池应用的巨大潜力缺乏了解，以及系统应用仅限于独立运行，还没有并网运行和与建筑业结合。因此，有必要加强太阳能电池应用技术研究和示范，推进产业化，拓宽应用领域和市场。

5 太阳能电池产业的发展前景

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展，太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展。目前，各国的光伏计划雄心勃勃，世界各地已建成多座兆瓦级光伏电站，如最大的是位于美国加州的光伏电站，装机容量为6.5MW；现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站，装机容量为50MW。除此之外，一些国家推出的屋顶计划将更引人注目，显示了光伏发电的广阔应用前景和强大的生命力。各国屋顶计划的实施，将有力地促进太阳能光电的应用普及，使其进入千家万户。近期将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破，逐步过渡到与建筑一体化的大型并网光伏电站的发展。

参考文献：

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