新能源光伏发电关键技术应用研究

新能源光伏发电关键技术应用研究

罗四刚 王晨 高广

上海航天能源股份有限公司  上海 200040

摘要：太阳能作为重要的新能源，目前主要通过光伏发电的形式被利用，满足社会发展提出的绿色环保、节能减排等要求。所谓光伏发电，实际就是利用半导体界面光生伏特效应将太阳能转换为电能的技术，能源生产过程具有低污染、低消耗等特点。加强光伏发电关键技术研究，加快光伏发电技术推广，可以有效缓解能源紧张形势，从而推动社会的可持续发展。

关键词：新能源；光伏发电；技术

1光伏发电概述

光伏发电系统由太阳能电池、逆变转换装置、蓄电池等多个部分构成，根据需要安装光伏电池板后，电池能够感受光吸收，通过化学能产生自由移动带电离子，在自由闭合电路中移动，进而产生电流。相较于传统能源，太阳能具有环保优势，取之不尽、用之不竭，发电过程不会产生污染，可以更好地维持生态平衡。而太阳能分布在各地，依靠光伏发电装置进行转换，需要安装的设备种类相对较少，形成的光伏列阵结构简单，在安装和检修维护方面投入较少，因此在应用推广方面拥有明显优势。现阶段，光伏发电技术已经在居民日常用电、小区照明、工业生产、航空航天等多个领域得到了应用，可以与风力发电、水力发电等方式形成互补，有效提高能源利用率的同时，为区域正常供电提供保障。

2太阳能光伏发电技术概述

2.1太阳能电池技术

太阳能电池是太阳能光伏发电系统的核心组件，用于将太阳能光线转化为电能。当前主要的太阳能电池包括单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池。单晶硅电池由高纯度硅制成，具有较高的光电转换效率和较长的使用寿命，但成本较高；多晶硅电池采用多晶硅片制造，成本相对较低，但转换效率略低于单晶硅电池；薄膜太阳能电池采用非晶硅或其他材料制成，具有轻薄柔性和成本低的特点，但转换效率相对较低。当前太阳能电池技术的研发方向包括提高光电转换效率、降低制造成本、改善光伏系统的可持续性和可靠性。

2.2“孤岛效应”检测技术

“孤岛效应”是指光伏系统在停电情况下仍然向电网供电的现象，为了确保电网的稳定运行，需要使用“孤岛效应”检测技术及时切断光伏系统与电网的连接。“孤岛效应”检测技术通过实时监测电网的电压、频率和功率等参数来判断系统是否处于“孤岛状态”。常用的“孤岛效应”检测方法包括频率漂移法、电压波动法和功率斜率法等。这些方法通过与电网的参数比较，判断光伏系统是否应该停止供电，以确保电网的安全运行。

2.3光伏阵列的最大功率跟踪技术

光伏阵列的最大功率跟踪技术可实时调节光伏系统的状态，以获得最大的输出功率。光伏阵列的输出功率会随工作点的变化而变化，这是由于太阳能辐射的变化和光伏电池特性的非线性所导致的。为了克服这个问题，光伏阵列的最大功率跟踪技术通过监测光伏阵列的电压、电流和功率等参数，并采取相应的调节措施，使光伏系统工作在最大功率点上。在光伏阵列的最大功率跟踪技术中，常用的方法包括脉冲宽度调制（PWM）和最大功率点跟踪算法（MPPT）。脉冲宽度调制技术通过调整光伏阵列的工作周期和占空比来实现最大功率跟踪；最大功率点跟踪算法则采用不同的控制策略，如扰动观测法、增量阻尼法和模糊控制法等，以实现最大功率输出。

2.4聚光光伏技术

与传统光伏系统不同，聚光光伏技术使用透镜或反射器等光学元件将太阳光线聚焦到小面积的太阳能电池上，以提高电池的光电转换效率。聚光光伏系统根据光学元件的类型和聚光倍数的不同，可以分为静态聚光光伏和动态聚光光伏2种类型。静态聚光光伏系统使用固定的聚光光学元件，例如透镜或反射器，将太阳光线聚焦到静止的太阳能电池上，这种系统适用于阳光充足且稳定的地区；动态聚光光伏系统则采用可追踪的光学器件，如太阳追踪器或微透镜阵列，随着太阳的运动实时调整光学元件的位置和方向，以确保太阳光线始终垂直于太阳能电池表面。这种系统能够最大限度地利用太阳能，提高光伏系统的能量输出。

聚光光伏技术可以提高太阳能电池的光电转换效率，实现更高的发电功率密度，其对光学器件的精确制造和调整、系统的维护和安全等方面有严格的要求。未来，随着技术的进一步发展和成本的降低，聚光光伏技术有望在大规模光伏发电项目中得到更广泛的应用。

3太阳能光伏发电技术未来发展情况

3.1合理地控制光伏材料成本

目前，我国的太阳能光伏发电技术已经日趋成熟，制约该技术发展的因素有很多。高转换率光伏单晶硅片成本较高；光伏单晶硅片转换率低，很难满足市场需求。结合光伏材料的光电转化率可知，高光电转化效率将有利于提高电池的生产能力和稳定性。研究者们经过反复的计算，得出了一个结论：如果光电转化效率不超过63.2%，那么光伏发电将会取代化石能源。但是实际应用中，大多数单晶硅板的转化率只有10%-15%，远远低于市场水平。部分技术实力较强的厂商可以提高光电转化效率，但由于生产成本过高，难以实现高效市场化。举个例子，日本的三洋电机，将硅和锗应用于太阳能电池，光电转换效率达到22%，但效率和成本仍无法满足市场的需求。德国将稀土铒应用于太阳能电池，光电转化率超过了23%，但在市场上还没有普及。目前，太阳能电池所用硅材料成本高、生产周期长，使其走向商业化存在一定的障碍。未来，在开发太阳能光伏技术时，应尽可能地降低材料的生产成本，这也是光伏技术发展的趋势。

3.2光伏发电站建设的全面推动

目前，由于太阳能主要集中在人口稀少的地区，可以建设大面积的地面光伏电站，因此，光伏发电产业得到了较好的发展。其中，由于建设光伏电站需要征用大量的土地资源，易对光伏电站的整体建设产生影响。因此，研究者们研发出农光互补，林光互补，只需建立小规模的光伏电站，从而降低对土地资源的过度依赖。不过，这种光伏电站很难维护，因为大多数居民都不具备维护光伏电站的能力，所以在推广的过程中会遇到技术、环保、政策等问题。因此，有关部门对地面光伏电站区域规划认识不足，仍存在不合理、深度不够等现象。在交通不便的西北地区，由于支持的基础设施存在问题，没有在西北地区引入地面光伏电站。

总体来说，我国光伏电站建设时对太阳能资源的利用不合理，许多大型地面电站并没有建在太阳能丰富、人口少的地方。其中，小型分布式光伏电站的市场化运营模式还不够完善，未来，研究者应着重解决这些问题，做好光伏电站的建设与推广。总体来说，太阳能光伏电站在我国的发展前景是很好的，无论是在土地资源的利用上，还是在分布式光伏电站技术的应用上，都有很大的发展空间，而且光伏发电技术的应用也有更好的资源。

3结语

新能源光伏发电技术的应用推广获得了国家的大力支持，在许多领域得到了应用。而在实际进行项目建设的过程中，还应正确选用太阳能电池，并合理进行光伏列阵建设，保证太阳能得到高效转化。掌握光伏系统发电和供电关键技术，合理应用技术进行离网型、分布式等光伏系统的建设，应结合系统特点科学进行发电装置的安装布置，保证系统维持可靠运行。

参考文献：

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