淺談光伏發電技術研究與發展

全宣榕

摘 要：文章針對太陽能光伏技術具有的特點及優勢進行必要性分析。并與目前青海省太陽能光伏技術應用情況相結合，對太陽能光伏技術在國內的研究和發展中存在的問題進行討論并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：光伏發電；技術；能源；發展

前言

目前人類利用太陽能主要是進行取暖和發電，特別是太陽能的發電這一功能，正得到廣泛關注，讓其替代水能或者火能的發電能源及技術，成為新型的無污染節能的發電技術，實現能源可持續發展的目的。青海省是我國光伏發展前景最好的省份之一，具有優良的太陽能資源和大量適宜建設光伏發電場的荒漠地區，具有進行大規模光伏開發的天然優勢。

1 光伏發電技術

“光伏發電”最早出現于1839年，法國科學家最先發現“光生伏打效應”，之后近100年的時間里，光伏發電技術研究處于緩慢發展階段。然而1954年，美國出現首個實用的單晶硅光伏電池的研發成功。20世紀中后期，光伏技術的發展開始進入正式軌道。光伏發電系統主要是由光伏的電池板、控制器、電能儲存和變換等環節構成，是一個發電和電能變換的系統。太陽光輻射的能量可經過光伏電池板轉換成為可用電能，主要是通過電纜、控制器和儲能等環節進行太陽能的儲存及轉換。光伏發電系統按照和電力系統的關系進行分類，可分為獨立的光伏發電與并網的光伏發電兩個系統。

獨立的光伏發電系統屬于和常規電力系統不相連的，獨立運行的一種發電系統，一般建在無電網邊區，獨立的光伏發電系統建設作用是供給無電邊區電力。太陽能發電具有白天發電的特性，然而負荷用電具有全天候特性，故獨立光伏發電系統中的儲能元件是必備品。獨立的光伏發電系統的供電穩定性會受到氣象環境和負荷等多種因素的影響，因此其供電的可靠性不足，但能夠解決無電邊區人民的供電問題，成為無電邊區比較安全可靠的供電方式。并網光伏發電系統是可以和電力系統進行直接連接的一種光伏發電系統，它可以為電力系統供給有功及無功的電能。光伏電池發出的直流電能能夠經變換器轉換成交流電能，此電能和電網的頻率相同，再以電壓源方式將電能送進電力系統。控制器一般是由單片機或數字信號處理芯片等核心器件組成的，主要是實現了光伏電池的最大功率點的跟蹤，達到控制逆變器的并網電流頻率和波形，以及功率等，從而讓向電網進行轉送功率同光伏的陣列所發最大的功率電能之間能夠得到平衡。

2 青海省光伏發電現狀分析

2.1 光伏裝機類型和規模

經過數年的發展，青海省已經成為全國的并網光伏裝機大省，截止2013年底，青海省實現并網發電光伏裝機規模達到了360萬千瓦，安裝的光伏組件類型有多晶、單晶和高倍聚光，其中，在海南共和、海西德令哈和格爾木均實現大規模裝機，并通過330kV匯集升壓站外送。

目前，青海省的光伏發電產業以實現并網光伏發電為主，省政府為支持光伏產業的發展，組織青發投等企業投資建設了三座330kV光伏匯集升壓站，不僅為青海省的光伏企業創造并網的條件，且通過光伏匯集站的建設促進了青海省電網的發展，增大了電網供電的覆蓋面，并且為電網提供了清潔的光伏電量。雖然聚光光伏發電技術具有最高的能源轉換效率，但是由于技術的限制，光伏組件的體積較大，且需要采用雙軸追蹤技術的支架。由于青海省的風沙較大，對于機械轉動部件的影響較大，需要支架轉動部件具有很好的防塵和防沙效果，因此，聚光光伏發電技術的造價較高，相比發電量的增加，運行維護的工作量較大，投資回報上的優勢并不明顯。因此目前，全省僅建設試運行了約110MW的高倍聚光光伏發電場，其他均為晶硅電池。

2.2 光伏場運行中出現的一些問題及解決措施

根據對省內一些光伏發電企業的調研，光伏發電場運行中已經發現的問題有：逆變器超溫現象，并導致IGBT功率管燒毀；因光伏場大量使用電纜連接，電纜連接頭的數量很多，電纜頭爆炸的現象較多；荒漠電站的光伏并網體系結構多采用集中式，因此，匯流箱的數量較多，每一個光伏組串均配置直流熔斷器保護回路來切除故障，熔斷器的燒毀也較為嚴重，根據調查，1個10MW的光伏發電場一年更換的熔斷器多達800多個，對發電量的影響較大，且增大了運維的工作量；由于光伏發電不穩定，出力存在波動的特點，二次保護出現過誤動作；板子在早晚前期存在前后排組件的遮擋現象等等。

對于以上問題，有以下的解決思路：一是對逆變器的過熱問題，因逆變器是光伏并網的核心部件，其故障或者停運對光伏的發電量有較大的影響，其解決思路為加強對逆變器的保護監控，除逆變器本體具有的過熱保護外，增加獨立的溫度監控模塊，并與逆變器保護控制系統進行聯動，做到早發現，早解決，減少故障和事故隱患。目前，市場上對溫度監控的系統比較成熟，下一步，將根據與業主的溝通，根據業主的意向，對該方案進行試驗。二是電纜頭爆炸的問題對光伏發電量的影響很大，因現有的發電單元設計，且光伏場占地面積較大，故每根高壓回路均匯集較多的發電單元，電纜頭爆炸后，其修復的過程對整個回路的發電都造成影響。根據調查及分析，電纜頭爆炸的原因有：質量問題，施工工藝問題，連接電纜長度過長以致電容電流過大等原因；解決思路有，加強電纜頭的設計選型和采購階段的技術門檻，選用適合環境條件的電纜終端，并對電纜頭進行現場抽檢和實驗，提前發現解決問題；提高施工監理的水平，電纜頭的安裝要根據施工現場的環境，嚴格按照規程和規范執行，做好安裝過程中的防塵防沙，溫度控制；設計精細化，對光伏發電單元進行優化布置，對比逆變升壓位置的不同放置對發電量的影響，通過優化布，使逆變升壓裝置的布局盡量方便運行維護，方便高壓電纜連接；按照電纜設計規范的要求，當電纜長度過程時，適當的增加中間接頭，做好電纜中間接頭和電纜終端的接地。三是因集中式結構的匯流環節為直流方式，目前，光伏并網環節直流熔斷器的運用經驗較少，故下一步需對集中式結構進行分析，研究光伏匯流方式，分析組件串正常和故障的運行狀態的區別，在此基礎上，明確對匯流箱的熔斷保護器進行選型要求，并對廠家進行廣泛的調研，選用更好的直流熔斷器或其他直流保護裝置。四是對于保護誤動作，將與業主交流，取得故障錄波數據，分析改進保護方式的必要性。五是早晚出現的板子前后遮擋問題。光伏的設計規范對前后排組件的間距做出了明確的規定，因此，根據規范設計的前后排間距應該滿足冬至日9：00～15：00（真太陽時）遮擋的要求。超出此范圍的，其多數原因，是由于局部地勢的不平造成的。因此，該問題的解決需要在施工階段場平平整后進行復核，加大局部的間距。

3 改善太陽能光伏技術的研究與發展的措施

3.1 提升光伏技術科研的總體水平，增強市場的競爭力

我國的太陽能光伏技術產業，需要改變依靠市場進行驅動的模式，轉而向憑借技術驅動，帶動市場的內在競爭，提高其效率，同時將技術發展和保護環境相結合，走可持續發展的道路。

3.2 加強光伏技術創新方面的研發力度

太陽能光伏技術的研發，需要加強創新技術，從而提高其電池板轉換率，降低系統的成本造價。

3.3 制定總體規劃

政府加大政策領導力度，制定出關于太陽能技術長遠發展及應用的總體規劃，將太陽能源產業的發展看成是新型的高技術產業進行長期發展。

4 結束語

綜上所述，太陽能光伏技術是一種新型、可再生、環保的發電技術，可以直接利用太陽能資源，簡化了發電及用電的工序，還能有效提高人們的生活質量水平，并且能在社會各行業和領域得到發展與應用。現階段，國際上的光伏發電系統以及發電技術一直受到局限，故改進現有發電方式的同時，也會對光伏技術進行改進，研發出最佳的并網型光伏發電系統，并將之應用于實際的發電系統中，這將是太陽能光伏發電技術發展的必然趨勢。

參考文獻

[1]常永遠.太陽能光伏技術的研究與發展[J].中國科技博覽，2011（17）：304.

[2]馬寧.太陽能光伏發電概述及發展前景[J].智能建筑電氣技術，2011（2）：265.

[3]林紅，劉憶翥，李鑫.太陽能光伏技術發展的新概念[J].世界科技研究與發展，2008，30.