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摘要：本文介绍了光伏发电技术的原理以及特点，并介绍了5种新能源光伏发电技术的应用。利用新能源光伏发电技术，对于实现节约资源以及可持续发展具有重大意义。
关键词：光伏发电技术；原理；应用
新能源是指非常规能源的总称，包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。尤其太阳能，是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点。我国随着工业经济的高速发展，环境问题日益凸显，因此大力发展新能源发电，特别是太阳能光伏发电是解决我国能源危机和保证可持续发展的重要战略。
1 新能源光伏发电技术的原理和特点
太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池。太阳能电池发电的原理是光生伏打效应。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子——空穴对。在电池内电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出，这样，太阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。太阳能电池将光能转变为电能的基本原理是：太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子——空穴对，称为“光生载流子”，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；电性相反的光生载流子被半导体P- N结所产生的静电场分离开；光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。
光伏发电系统可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。独立光伏发电是指光伏发电不与电网连接的发电方式，需要蓄电池来存储能量。并网光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式。与独立运行的太阳能光伏电站相比，并入大电网可以给太阳能光伏发电带来诸多好处：不必考虑负载供电的稳定性和供电质量的问题；光伏电池可以始终工作在最大功率点处，由大电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电的效率；因为直接将电能输入，可以充分利用光伏阵列所发的电力，省略了作为储能环节的蓄电池，降低了蓄电充放电的能量损耗，免除了对蓄电池的维护，以及由其带来的间接污染，降低了系统的成本；并网光伏系统可以对公用电网起到调峰作用。
大规模使用新能源光伏发电电能，能有效减少二氧化碳的排放，减少温室效应，改善地球气候。2005年2月16日，由联合国141个成员国家共同签署的《京都协议书》正式生效，将再生能源的开发与规划推向一个新的阶段。从目前发展状况来说，新能源光伏发电虽然发展整体规模要小于风能，但是增长速度最快。随着多晶硅提纯技术的应用及硅片加工技术进一步成熟，光电转换效率的提高以及其他工艺技术的发展，包括新能源光伏发电在内的可再生能源完全有可能完成从补充能源到常规能源的角色转换。
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2 新能源光伏发电技术的应用
2.1 太阳能光伏技术在电力系统中的应用
我国电力系统始终处于紧张状态，以城市供电为例，在应用电能的高峰期必然产生过高的需求量，而在配合使用并网光伏发电的过程中，可以规避其使用高峰期的公共用电需求。在交通领域中，部分无人值守的道班中能够通过配合应用光伏技术提供备用电能的支持，从而保障运输能力始终处于有电状态。而部分标志灯和高空障碍灯都能够由其技术提供电力支持。其研发的应用途径中，对于通信通讯的电力支持也不容小觑，通常微波中继站无需人工值守但是当光缆维护站出现电能供给不足的情况，也必须经过人为供电完成通讯电源系统的持续供电，但是依据配合并网光伏发电的应用，可以实际解决这一问题，同时对供电系统形成双重保障。而大型光伏供电站的建立，能够解决我国部分地区的大规模用电问题。其20kW～60MW的独立光伏电站能够实现停车场充电和风光互补电站的用电需求，从而在其应用中建立起完善的电力系统。
2.2 聚光光伏技术
直接到达地面的太阳能密度很低，其峰值不超过1kW/m2，为了提高太阳能利用效率，可采用聚光光伏技术。一方面将太阳光会聚到面积很小的高性能聚光电池上，提高太阳光辐照能量密度；另一方面用相对便宜的聚光器部分代替昂贵的太阳电池，从而达到降低光伏发电系统成本目的。聚光器是聚光光伏系统的主要组成部分，根据光学原理可分为：折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器、荧光聚光器、全息聚光器等。其中混合聚光器利用折射、反射和内部反射达到聚光。热光伏聚光器工作原理是：太阳把辐射器加热到高温，完成光热转换；辐射器再发出辐射到太阳电池上，完成光电转换。我国虽然聚光器技术起步比较晚，但是发展比较迅速，2009年6月的我国自主研发出的“4倍聚光+跟踪”的新型光伏发电技术，具有廉价、轻巧、效率高、抗风强等特点。
2.3 太阳能水泵技术
太阳能水泵一般利用在干旱地区，这些地区一般太阳光照能力很强，又需要大量并且长时间抽水。现在已经出现了大型新能源光伏水泵站，通过逆变器将
太阳能电池板产生的直流电转换成交流电，从而带动水泵工作。这种水泵系统一般投资很高，但是运行不需要耗能，减少了运行费用，维修次数也比普通柴油
抽水机少，所以有一定的利用价值。
2.4 光伏建筑一体化
“光伏发电与建筑物集成化”的概念在1991年被正式提出，是目前世界上大规模利用光伏发电的研发热点。光伏与建筑相结合主要有两种形式：一种是在建筑物屋顶安装平板光伏器什，光伏阵列与电网并联向用户供电，形成用户联网光伏系统。第二种形式是将光伏器件与建筑集成化，在屋顶安装光伏电池板，用光伏发电的玻璃幕墙代替普通的玻璃幕墙，由屋顶和墙面的光伏器件直接吸收太阳能，这样既可以做建材又可以发电，进一步降低光伏发电的成本。目前已研制出大规模的彩色光伏模块代替昂贵的墙体外饰材料，不仅实现以上目的，还可使建筑外观更具魅力。
2.5 光伏发电与LED照明的结合
LED照明，也称固态照明。LED是发光二极管，是半导体材料制成的组件，可将电能转换为光能。基于LED技术的半导体照明，具有高效、节能、环保、长寿命、易维护等显著特点。光伏LED照明技术是将光生伏特效应原理应用在照明上，即利用太阳能电池将太阳能转换成电能，再用LED照明装置将电能转换为光能。光伏发电技术能与LED照明完美结合关键在于两者同为直流电、电压低并能互相匹配等特点。两者结合不需要变频器将光伏电池产生的直流电转化为交流电，因此大大提高了整个照明系统的效率，同时也可借助于并网技术或可充放蓄电池，所具有的优势是显而易见的。
3 结语
绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题，开发新能源，对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能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。
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论文作者:王开星
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/18
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