淺談光伏發(fā)電技術(shù)研究與發(fā)展

全宣榕

摘 要：文章針對(duì)太陽能光伏技術(shù)具有的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行必要性分析。并與目前青海省太陽能光伏技術(shù)應(yīng)用情況相結(jié)合，對(duì)太陽能光伏技術(shù)在國內(nèi)的研究和發(fā)展中存在的問題進(jìn)行討論并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；技術(shù)；能源；發(fā)展

前言

目前人類利用太陽能主要是進(jìn)行取暖和發(fā)電，特別是太陽能的發(fā)電這一功能，正得到廣泛關(guān)注，讓其替代水能或者火能的發(fā)電能源及技術(shù)，成為新型的無污染節(jié)能的發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的目的。青海省是我國光伏發(fā)展前景最好的省份之一，具有優(yōu)良的太陽能資源和大量適宜建設(shè)光伏發(fā)電場的荒漠地區(qū)，具有進(jìn)行大規(guī)模光伏開發(fā)的天然優(yōu)勢(shì)。

1 光伏發(fā)電技術(shù)

“光伏發(fā)電”最早出現(xiàn)于1839年，法國科學(xué)家最先發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”，之后近100年的時(shí)間里，光伏發(fā)電技術(shù)研究處于緩慢發(fā)展階段。然而1954年，美國出現(xiàn)首個(gè)實(shí)用的單晶硅光伏電池的研發(fā)成功。20世紀(jì)中后期，光伏技術(shù)的發(fā)展開始進(jìn)入正式軌道。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏的電池板、控制器、電能儲(chǔ)存和變換等環(huán)節(jié)構(gòu)成，是一個(gè)發(fā)電和電能變換的系統(tǒng)。太陽光輻射的能量可經(jīng)過光伏電池板轉(zhuǎn)換成為可用電能，主要是通過電纜、控制器和儲(chǔ)能等環(huán)節(jié)進(jìn)行太陽能的儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)換。光伏發(fā)電系統(tǒng)按照和電力系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)行分類，可分為獨(dú)立的光伏發(fā)電與并網(wǎng)的光伏發(fā)電兩個(gè)系統(tǒng)。

獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于和常規(guī)電力系統(tǒng)不相連的，獨(dú)立運(yùn)行的一種發(fā)電系統(tǒng)，一般建在無電網(wǎng)邊區(qū)，獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)作用是供給無電邊區(qū)電力。太陽能發(fā)電具有白天發(fā)電的特性，然而負(fù)荷用電具有全天候特性，故獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件是必備品。獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性會(huì)受到氣象環(huán)境和負(fù)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(qū)人民的供電問題，成為無電邊區(qū)比較安全可靠的供電方式。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是可以和電力系統(tǒng)進(jìn)行直接連接的一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，它可以為電力系統(tǒng)供給有功及無功的電能。光伏電池發(fā)出的直流電能能夠經(jīng)變換器轉(zhuǎn)換成交流電能，此電能和電網(wǎng)的頻率相同，再以電壓源方式將電能送進(jìn)電力系統(tǒng)。控制器一般是由單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理芯片等核心器件組成的，主要是實(shí)現(xiàn)了光伏電池的最大功率點(diǎn)的跟蹤，達(dá)到控制逆變器的并網(wǎng)電流頻率和波形，以及功率等，從而讓向電網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)送功率同光伏的陣列所發(fā)最大的功率電能之間能夠得到平衡。

2 青海省光伏發(fā)電現(xiàn)狀分析

2.1 光伏裝機(jī)類型和規(guī)模

經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，青海省已經(jīng)成為全國的并網(wǎng)光伏裝機(jī)大省，截止2013年底，青海省實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電光伏裝機(jī)規(guī)模達(dá)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模裝機(jī)，并通過330kV匯集升壓站外送。

目前，青海省的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)光伏發(fā)電為主，省政府為支持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，組織青發(fā)投等企業(yè)投資建設(shè)了三座330kV光伏匯集升壓站，不僅為青海省的光伏企業(yè)創(chuàng)造并網(wǎng)的條件，且通過光伏匯集站的建設(shè)促進(jìn)了青海省電網(wǎng)的發(fā)展，增大了電網(wǎng)供電的覆蓋面，并且為電網(wǎng)提供了清潔的光伏電量。雖然聚光光伏發(fā)電技術(shù)具有最高的能源轉(zhuǎn)換效率，但是由于技術(shù)的限制，光伏組件的體積較大，且需要采用雙軸追蹤技術(shù)的支架。由于青海省的風(fēng)沙較大，對(duì)于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的影響較大，需要支架轉(zhuǎn)動(dòng)部件具有很好的防塵和防沙效果，因此，聚光光伏發(fā)電技術(shù)的造價(jià)較高，相比發(fā)電量的增加，運(yùn)行維護(hù)的工作量較大，投資回報(bào)上的優(yōu)勢(shì)并不明顯。因此目前，全省僅建設(shè)試運(yùn)行了約110MW的高倍聚光光伏發(fā)電場，其他均為晶硅電池。

2.2 光伏場運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問題及解決措施

根據(jù)對(duì)省內(nèi)一些光伏發(fā)電企業(yè)的調(diào)研，光伏發(fā)電場運(yùn)行中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的問題有：逆變器超溫現(xiàn)象，并導(dǎo)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(shù)量很多，電纜頭爆炸的現(xiàn)象較多；荒漠電站的光伏并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)多采用集中式，因此，匯流箱的數(shù)量較多，每一個(gè)光伏組串均配置直流熔斷器保護(hù)回路來切除故障，熔斷器的燒毀也較為嚴(yán)重，根據(jù)調(diào)查，1個(gè)10MW的光伏發(fā)電場一年更換的熔斷器多達(dá)800多個(gè)，對(duì)發(fā)電量的影響較大，且增大了運(yùn)維的工作量；由于光伏發(fā)電不穩(wěn)定，出力存在波動(dòng)的特點(diǎn)，二次保護(hù)出現(xiàn)過誤動(dòng)作；板子在早晚前期存在前后排組件的遮擋現(xiàn)象等等。

對(duì)于以上問題，有以下的解決思路：一是對(duì)逆變器的過熱問題，因逆變器是光伏并網(wǎng)的核心部件，其故障或者停運(yùn)對(duì)光伏的發(fā)電量有較大的影響，其解決思路為加強(qiáng)對(duì)逆變器的保護(hù)監(jiān)控，除逆變器本體具有的過熱保護(hù)外，增加獨(dú)立的溫度監(jiān)控模塊，并與逆變器保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，做到早發(fā)現(xiàn)，早解決，減少故障和事故隱患。目前，市場上對(duì)溫度監(jiān)控的系統(tǒng)比較成熟，下一步，將根據(jù)與業(yè)主的溝通，根據(jù)業(yè)主的意向，對(duì)該方案進(jìn)行試驗(yàn)。二是電纜頭爆炸的問題對(duì)光伏發(fā)電量的影響很大，因現(xiàn)有的發(fā)電單元設(shè)計(jì)，且光伏場占地面積較大，故每根高壓回路均匯集較多的發(fā)電單元，電纜頭爆炸后，其修復(fù)的過程對(duì)整個(gè)回路的發(fā)電都造成影響。根據(jù)調(diào)查及分析，電纜頭爆炸的原因有：質(zhì)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(qiáng)電纜頭的設(shè)計(jì)選型和采購階段的技術(shù)門檻，選用適合環(huán)境條件的電纜終端，并對(duì)電纜頭進(jìn)行現(xiàn)場抽檢和實(shí)驗(yàn)，提前發(fā)現(xiàn)解決問題；提高施工監(jiān)理的水平，電纜頭的安裝要根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境，嚴(yán)格按照規(guī)程和規(guī)范執(zhí)行，做好安裝過程中的防塵防沙，溫度控制；設(shè)計(jì)精細(xì)化，對(duì)光伏發(fā)電單元進(jìn)行優(yōu)化布置，對(duì)比逆變升壓位置的不同放置對(duì)發(fā)電量的影響，通過優(yōu)化布，使逆變升壓裝置的布局盡量方便運(yùn)行維護(hù)，方便高壓電纜連接；按照電纜設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，當(dāng)電纜長度過程時(shí)，適當(dāng)?shù)脑黾又虚g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(jié)構(gòu)的匯流環(huán)節(jié)為直流方式，目前，光伏并網(wǎng)環(huán)節(jié)直流熔斷器的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)較少，故下一步需對(duì)集中式結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究光伏匯流方式，分析組件串正常和故障的運(yùn)行狀態(tài)的區(qū)別，在此基礎(chǔ)上，明確對(duì)匯流箱的熔斷保護(hù)器進(jìn)行選型要求，并對(duì)廠家進(jìn)行廣泛的調(diào)研，選用更好的直流熔斷器或其他直流保護(hù)裝置。四是對(duì)于保護(hù)誤動(dòng)作，將與業(yè)主交流，取得故障錄波數(shù)據(jù)，分析改進(jìn)保護(hù)方式的必要性。五是早晚出現(xiàn)的板子前后遮擋問題。光伏的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)前后排組件的間距做出了明確的規(guī)定，因此，根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)的前后排間距應(yīng)該滿足冬至日9：00～15：00（真太陽時(shí)）遮擋的要求。超出此范圍的，其多數(shù)原因，是由于局部地勢(shì)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(jìn)行復(fù)核，加大局部的間距。

3 改善太陽能光伏技術(shù)的研究與發(fā)展的措施

3.1 提升光伏技術(shù)科研的總體水平，增強(qiáng)市場的競爭力

我國的太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)，需要改變依靠市場進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的模式，轉(zhuǎn)而向憑借技術(shù)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)市場的內(nèi)在競爭，提高其效率，同時(shí)將技術(shù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境相結(jié)合，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

3.2 加強(qiáng)光伏技術(shù)創(chuàng)新方面的研發(fā)力度

太陽能光伏技術(shù)的研發(fā)，需要加強(qiáng)創(chuàng)新技術(shù)，從而提高其電池板轉(zhuǎn)換率，降低系統(tǒng)的成本造價(jià)。

3.3 制定總體規(guī)劃

政府加大政策領(lǐng)導(dǎo)力度，制定出關(guān)于太陽能技術(shù)長遠(yuǎn)發(fā)展及應(yīng)用的總體規(guī)劃，將太陽能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展看成是新型的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行長期發(fā)展。

4 結(jié)束語

綜上所述，太陽能光伏技術(shù)是一種新型、可再生、環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，可以直接利用太陽能資源，簡化了發(fā)電及用電的工序，還能有效提高人們的生活質(zhì)量水平，并且能在社會(huì)各行業(yè)和領(lǐng)域得到發(fā)展與應(yīng)用。現(xiàn)階段，國際上的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及發(fā)電技術(shù)一直受到局限，故改進(jìn)現(xiàn)有發(fā)電方式的同時(shí)，也會(huì)對(duì)光伏技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)出最佳的并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，并將之應(yīng)用于實(shí)際的發(fā)電系統(tǒng)中，這將是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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