摘要：众所周知，太阳能是一种新型清洁能源，具有成本低、可再生等优势，是我国未来的能源结构当中重要组成部分，其开发与利用对于能源发展意义重大。太阳能光伏发电是一种主要的开发途径，其主要是利用太阳能电池吸收光能，从而产生光生电子-空穴对，通过太阳能电池的内建电场使光生电子和空穴被分离，进而在太阳能电池的两端产生正负电荷积累形成光生电压，最终产生可利用的电能，当前，太阳能光伏发电系统得到了重大的发展。
关键词：新能源；光伏发电系统；应用途径
引言
光伏发电是最主要的发电方式之一，有很多的优点，在很大程度上缓解了我国电力紧缺的问题。但是光伏发电也存在着很大的问题，比如说在构建光伏发电系统的时候操作不恰当，很多的光伏发电系统的规模不够大，存在着很多改进的方面。
1光伏发电概述
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。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，就形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P－N结后，空穴由P极区往N极区移动，电子由N极区向P极区移动，形成电流。光电效应就是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。
2新能源光伏发电系统的应用途径
2.1在建筑节能中的应用
2.1.1光伏阵列与降温装置结合
根据光伏电池的输出特性曲线可知，当温度超过一定的值后光伏发电的输出功率与外界温度呈负相关性，因此控制光伏组件表面温度的值在一定论域内有着重要的意义。例如，当光照强度恒为1000W/m2时，不同温度T下光伏电池的P-V特性曲线如图1所示。由于我们无法决定光伏组件周围环境的温度值，所以可以通过在光伏组件表面安装降热装置的方法来达到实际效果。例如，在光伏阵列模块表面安装管路水流系统，循环流动的冷水既可以带走光伏组件周围的热量，又可以吸收热量变为热水供人们使用，在一定程度上还节约了产生热水的能源。具体如何安置降温装置于光伏阵列模块，要针对建筑物自身的结构特征及现场施工情况等因素综合分析过后再做决定。
图1 不同温度T下光伏组件的P-V特性曲线
2.1.2加入MPPT模块
MPPT技术，也称最大功率点跟踪，其基本原理是戴维南定理。光伏阵列的内部电路可以等效为一个电压源和一个电阻串联，这里的电阻也就是有效电阻Req，当内部电源的内阻与外部的有效电阻大小相等时，光伏发电输出功率达到最大值。目前已经成功应用的技术手段有：在太阳能光伏阵列的等效电路中再加入一个MPPT控制器，光伏阵列的输出电压和电流被送入MPPT控制器中进行最大功率点跟踪控制，控制器输出PWM波驱动信号，使输出电压与最大功率点所对应电压相匹配，实现内部电源阻值大小与外接负载阻值大小相等，以达到最大功率输出的目的。将MPPT模块加入光伏阵列，不仅大幅度地提高了发电效率，又减少了我国对光伏发电系统初期的投资，具有显著的效果。
2.1.3采用BIPV屋顶一体化对偏远地区供电
根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准，我国太阳能资源分布可划分为一区、二区、三区和四区。一类地区主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等偏远地区，目前从电力局输送分配电能至一类地区，将会耗费大量输电线缆制作成本，为了提高经济效益，我国政府可以效仿美国的百万太阳能屋顶计划，在一类地区安装屋顶光伏发电系统设备，将太阳能用电带入家家户户。采用屋顶BIPV一体化对偏远地区供电，有效利用了当地浑然天成的地理优势，例如无大量建筑物遮挡，以及充分的太阳能资源等，而且又提高了经济效益，一定程度上解决了边疆地区供电不足的问题。
2.1.4改进建筑物空气温度调节技术
目前我国建筑物总能耗中，调节空气温度所耗的能源占比高达70％，传统调节法例如空调机和燃煤有许多不足之处：①能耗大；②给外界环境带来污染；③室内环境不健康，不适合人工作、居住。在太阳能采暖方面，目前有2种案例：被动式太阳能供能与主动式太阳能供能。采取单一主动供能的意义在于增加建筑物室内的舒适度，但耗费过多的成本，从经济效益角度来讲不提倡，目前还没被广泛应用。而被动供能可以有效提高节能率，降低供能装置成本费，减少人工环境并顺应自然界满足人们对舒适度的要求。因此，若采用主动供能与被动供能相结合的形式对建筑物供暖，建筑物空气温度调节技术将得到极大的改善。综上所述，未来几年我国需要把研究热点置于主、被动供能结合技术上，优化和调整两者在总体供能方式中的比例与结构，真正意义上实现建筑领域节能减排。
2.4在其他领域中的应用
目前，鉴于我国新能源光伏发电系统的发展和完善，其应用途径不仅包含了单体用户，还涉及到了建筑设计工作，通过新能源光伏发电系统，可以实现能源的可持续应用，在保障发电单位经济效益的同时，也可以促进我国电力行业的健康发展。而随着技术水平的提升，其应用途径也在逐渐增加，光伏发电系统在满足建筑本身的供电需求的同时，也可以应用到光伏栏板、光伏雨蓬、光伏采光顶等，还可以在油田作业、公共领域以及通信通讯中提供实际的电能需求，在油田作业中可以在油区道路监控、LED路灯绿色照明系统等情况中应用。而其在交通领域中可以在部分无人值守的地方提供备用电能的支持，从而保证公共领域服务能力的有效发挥。最后，其在通信通讯中的应用主要是在微波中继站无需人工值守时，如果出现光缆维护站电能供给不足的情况，可以利用新能源光伏发电系统来为其补充电能，从而保证通讯电源系统的持续供电。
结语
光伏发电很好地解决了我国对用电需求不断增大的现状，并且减少了对环境的污染。光伏发电在我国的发展前景必然是一片光明的，国家对光伏企业的大力支持，企业对光伏产业的不断建设和创新，都会推动光伏发电的大规模应用。虽然说光伏发电有着广大的前景，但是我国的相关技术还不是很成熟，在发电过程中存在着一定的弊端，但是经过技术的改造和不断加大投入研究，我发现一定会发挥它最大的优势，促进我国电力系统的发展。
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论文作者:纪晓亮
论文发表刊物:《云南电业》2019年7期
论文发表时间:2019/12/13
标签：光伏论文; 太阳能论文; 系统论文; 电能论文; 阵列论文; 建筑物论文; 新能源论文; 《云南电业》2019年7期论文;