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光伏发电基础知识全面详解

返回列表 来源: 发布日期: 2022.08.05 浏览次数:

太阳能的主要利用形式和光伏发电的运行方式

太阳能电池发电与火力、水力、柴油发电比较具有许多优点,如安全可靠、 无噪声、无污染,能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、无机械转动部 件、故障率低、维护简便、可以无人值守、建站周期短、规模大小随意、无需架设输电线路、可以方便地与建筑物相结合等。因此,无论从近期还是远期,无论 从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度来考虑,太阳能电池发电都极具吸引力。目前,太阳能电池发电系统大规模应用的唯一障碍是其成本高,预计到21世纪中叶,太阳能电池发电的成本将会下降到同常规能源发电 相当。届时,太阳能电池发电将成为人类电力的重要来源之一。
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目前太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形式。光热利用具有低成本,方便,利用效率较高等优点,但不利于能量的传输, 一般只能就地使用,而且输出的能量形式不具备通用性。光化学转换在自然界中以 光合作用的形式普遍存在,但目前人类还不能很好地利用。光伏发电利用以电能 作为最终表现形式,具有传输极其方便的特点,在通用性、可存储性等方面具有 前两者无法替代的优势。但由于太阳能电池的原料一硅的储量十分丰富、太阳电 池转换效率的不断提高、生产成本的不断下降,都促使太阳能光伏发电在能源、 环境和人类社会未来发展中占据重要地位。

由于太阳光资源具有分散性,而旦随处可得,太阳能电池发电系统特别适 合于作为独立的电源使用,例如边远地区的村庄及户用供电系统、太阳能电池照 明系统,太阳能电池水泵系统以及大部分的通信电源系统等都属此类。

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太阳能电 池发电系统还可以同其它发电系统组成联合供电系统,如“风一光互补系统”、 “风一光一柴一蓄互补系统”等。由于风力发电系统成本低,又由于风能和太阳 能资源具有互补性,互补发电系统可以大大提高供电的稳定性,其价格比起独立 太阳能电池发电系统至少可减少1/3。除此之外,太阳能电池发电系统还可以与 电网相联构成并网发电系统。

并网系统是将太阳能电池发出的直流电通过并网逆 变器直接馈入电网,从而可以大大减少蓄电池的存储容量。并网发电系统可分为 “可调度式并网系统”和“不可调度式并网系统”。“不可调度式并网系统”中不 带储能系统,馈入电网的电力完全取决于日照的情况;“可调度式并网系统”带 有储能系统,可根据需要随时将太阳能电池发电系统并入或退出电网。实践证明, 并网电站可以对电网调峰、提高电网末端的电压稳定性、改善电网的功率因数和 消除电网杂波均能发挥有效作用,很有应用前景。

太阳能光伏技术的发展及前景

太阳能电池最早用于空间技术,至今宇宙飞船和人造卫星的电力仍然基本上 依靠太阳能电池系统来供给。70年代以后,太阳能电池在地面得到广泛应用, 目前已遍及生活照明、铁路交通、水利气象、邮电通信、广播电视、阴极保护、 农林牧业、军事国防、并网调峰等各个领域。功率级别,大到10MW的太阳能 电池发电站,小到手表、计算器的电源。随着太阳能电池发电成本的进一步降 低,它将进入更大规模的工业应用领域,如海水淡化、光电制氢、电动车充电 系统等;对于这些系统,目前世界上已有成功的示范。太阳能电池发电最终的 发展目标,是进入公共电力网的规模应用,包括中心并网光伏电站、风一光互 补电站、电网末稍的延伸光伏电站、分散式屋顶并网光伏系统等。展望太阳能 电池发电的未来,人们甚至设想出大型的宇宙发电计划,即在太空中建立人造

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同步卫星光伏电站。1997年8月在加拿大蒙特利尔召开了第四届国际空间太 阳能电站会议,提出了一些构想,但付诸实施,恐非短期所能实现。但美国、 日本已制订了试验性发射计划(容量等级为lOOOKWp数量级)。因为大气层外 的阳光辐射比地球上要高出30%以上,而且由于宇宙没有黑夜,卫星电站可以 连续发电。一组11kmX4km的太阳能电池板,在空间可产生8000MW的电力, 一年的发电量将高达700亿千瓦时。

空间电站可以将所发出的电通过微波源源 不断地传送回地球供人们使用。日本一批学者认为:在地球上的沙漠和荒原地 区架设太阳能电池阵列,用高温超导电缆联成网络便可解决全球能源供应,不必再使用原子能核电站。美国普林斯顿大学能源和环境研究所的一批学者认为: 在下一个十年内以光电为基础的电解水制氢和储氢技术将趋于成熟,他们经计 算后提出,如在新墨西哥州或亚利桑那州一块直径为386km的环形地区设置太 阳能电池制氢,便可提供相当于美国1986年的全部矿物燃料消耗的能量。

由于晶体硅原料领域的发展(例如超薄晶体硅太阳电池的开发和使用更便宜 的太阳能级材料)和太阳能电池更先进的生产过程的发展,将使得晶体硅电池在 将来会变得更为便宜;此外,效率也将进-步得到提高。

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薄膜太阳能电池,例如非晶硅太阳能电池,由于其廉价的生产成本而在消费 领域被广泛的应用。但它的效率低(约5—8%)、生产规模小、稳定性差、原料 利用率低,均限制了它的应用。然而,如果效率能被提高,稳定性问题能被解决 的话,这种太阳能电池仍将是将来的一个重要发展方向。

基于镣神化合物和其他III-V族成分的薄片太阳能电池正处于早期的发展 阶段,由于它的效率有可能达到30%而显得尤为重要,但是这种类型的太阳能 电池在2005年以前还不可能得到广泛应用。

由于太阳能光伏发电技术的重要性,在研究开发、产业化制造技术及市场开 拓方面成为世界各国特别是发达国家激烈竞争的主要热点。太阳能的光电利用已 经在世界范围内形成新兴产业,技术也在日新月异地发展,效率的提高和价格的 下降己呈必然趋势。澳大利亚新南威尔士大学已研制出q = 24%的单体(4X 4cm)高效硅太阳能电池。80年代以来,即使世界经济总体情况处于衰退和低 谷时期,光伏技术一直保持以10%-15%的递增速度发展。90年代后期,世界市场 出现了供不应求的局面,发展更加迅速。1997年世界太阳电池光伏组件生产122MW,比1996年增长了 38% (1996年88. 5MW),超出光伏界专家最乐观的估计。

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