太陽能光伏發電的機理分析及應用前景

吳宜朔

摘要現代社會發展突飛猛進，對能源需求量也在不斷提高，化石能源供求矛盾加劇，人類面臨的環保壓力也空前增大。為了人類社會的可持續發展，全球都在加緊研究、探尋可再生清潔能源，太陽能備受青睞。目前，對太陽能的研究和開發利用主要集中于發電方面，光伏發電就是其中之一。

關鍵詞太陽能光伏發電；機理；應用

太陽能是無限豐富的可再生清潔能源，不產生任何的環境污染。我國近八成的疆域光照充沛，且光能資源分布均勻；與水電、風電、核電等相比，太陽能發電無任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠。隨著化石能源供給與需求矛盾加劇及其給人類帶來的污染壓力，近年來，各國都在加緊探究新型綠色能源，太陽能成為共同選擇。我國大力倡導發展新型能源，太陽能光電研發是能源研發方面發展最快、最具潛力的領域，隨著成本問題將逐步解決，在國家政策大力支持下，中國太陽能市場前景將變得更加廣闊。

1太陽能光伏發電能源

太陽能光伏發電能源是把太陽的光能和熱能，利用物理學的能量轉換，將其轉換為電能。太陽能儲量無限、清潔環保、循環再生的優勢，是目前人類可探知利用的能源當中無與倫比的，所以，人類將太陽能作為最為理想的替代能源。世界各國也將研究和開發太陽能發電上升到助推可持續發展的能源戰略高度，使太陽能發電得以快速發展。

太陽能指太陽光的輻射能量，是太陽通過內部自行進行的“氫”聚變成“氦”的原子核反應產生并不斷向宇宙空間輻射的巨能量。因此，太陽能實際是太陽輻射產生的光熱、光電和光化學的直接轉換。

作為新型清潔能源，光伏發電具有火力發電系統等無法比擬的優勢：覆蓋面廣泛，環境適應性極強；供給充足，太陽能取之不盡用之不竭，每秒鐘到達地面的能量高達80x104kW；因為光伏發電是利用光能和電能之間的轉化，所以安全環保、安靜、不產生污染物。

2太陽能光伏發電技術及機理分析

太陽能轉換成電能后儲存電能所需的裝置，這主要是在太陽能發電獨立運行時的必備裝置。但如果能與交流電網并聯運行，則就可不用該裝置了。所以，現在力推太陽能光伏并網發電，將太陽能控制器和直流一交流逆變器合二為一，不僅降低成本，還會減少蓄電池對環境的破壞。太陽能光伏發電技術是利用半導體界面的光生伏特效應把太陽輻射光能直接轉變為電能的一種技術，該技術核心元件是太陽能電池。把分散的太陽能電池經過串聯成太陽電池組件，配合功率控制器等部件，一個光伏發電裝置就基本完成了。

太陽能光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、太陽能控制器、蓄電池組、直流一交流逆變器和交流配電設備等組成。其中太陽能電池板是關鍵部分，它通過半導體的光伏效應把光能直接轉換為電能，儲存到蓄電池中而工作；太陽能控制器控制著整個系統的工作，發揮著及時給蓄電池充電、過放電等護衛作用，若溫差較大，控制器還要提供溫度補償；當把太陽能轉化為電能后就可儲存到蓄電池（組）中。

此外，還有一個關鍵技術問題就是太陽能電池的材料。白太陽能發電被開發利用以來，晶體硅作為基本的電池材料長期占據著統治地位，主要類型有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜晶體硅電池等。他們各有特點，也各有利弊。目前，薄膜晶體硅電池雖有很好的發展潛質，但應用率不高，還占不到光伏發電的6%，單晶硅與多晶硅電池仍是較長時間內的主流產品。因此，要想更好地研究和開發利用太陽能光伏發電技術，當務之急是實現在太陽能電池材料的研究上的重大技術突破。

3我國太陽能光伏發電的應用及展望

經濟社會的迅速發展對能源的需求量越來越大，目前主要是化石能源，但因其不可再生性和使用過程中不可避免地產生大量污染等問題，人們一直在探尋可替代的可再生清潔能源。

由于太陽光的資源豐富、覆蓋范圍廣、清潔且可再生等優點，太陽能光伏發電也具備可靠、安靜、環保、能量隨處可得、無需機械轉動部件、故障率低、維護簡便、無人值守、建站周期短、易與建筑物結合等特點，所以，當前人類把它作為太陽能發電最基本、最普遍和最有前景的應用形式。

我國對太陽能的開發應用，和世界多數國家一樣，首先主要在發電領域且取得了一系列的成果。對光伏電池技術的研發利用科追溯到20世紀60年代發展空間用太陽能電池，之后開始研發生產地面用太陽能電池。此后，我國逐漸進入光伏發電產業快速發展時期，2006年累計光伏組件裝機容量約占世界份額的3%?，F在，我國己成為世界重要的太陽能光伏電池生產國，擁有數家太陽能光伏生產的知名大企業。

我國對太陽能光伏發電的應用主要表現在：第一，為分散用戶供電，尤其對邊遠地區用電問題。其中關鍵問題是解決建筑和太陽能光伏裝置一體化難題，成功案例就是河北保定電谷錦江國際酒店?？胺Q一個戶用光伏系統的示范性建筑：樓房被太陽能電池板所覆蓋，能獨立發電供給大樓內生活及辦公用電；第二，集中供電。通過建立獨立光伏電站，可以安全、穩定、可靠地為人口集中的縣、鄉、村等集中供電；第三，并網光伏發電系統，借助電網，聯網發電。但在電網覆蓋的地區，由于諸多原因，光電應用成本太高，發展較為緩慢。

經濟社會的發展對能源的需求不斷增加，能源供求矛盾加劇，現有可利用能源主要是化石能源，致使環境污染問題日益嚴峻，因此，世界各國都在加速對太陽能的綜合研究開發利用，以使人類得以科學永續發展。我國加大對太陽能的研發探索，努力促進太陽能光伏技術產業不斷發展和完善，不斷降低應用成本。我國疆域遼闊，太陽能資源極其豐富，太陽能光伏發電產業形勢大好，相信一批清潔可再生的新型能源基地在不久的將來會建成。

今后，應該加大地面光伏發電的面積，改進建筑物的規劃設計，盡量實現其與光伏發電裝置一體化的合理利用，政府加強指導，對光熱發電產業分布予以合理布局，充分利用資源優勢，有條件的可綜合利用多種可再生能源，互補發電，甚至也可考慮與熱電站聯合運行等。希望在全球共同開發太陽能的努力下，光伏產業有長足的發展，并盡快成為新能源領域的主流，解決人類發展所面臨的前所未有的能源恐慌和嚴重的環境污染問題。