太陽能光伏發電技術現狀與發展探討

張連源

國家電投集團福建電力投資有限公司，福建 福州 350001

0 引言

目前，太陽能光伏發電并網技術得到了人們的認可，并得到了廣泛的應用。顧名思義，太陽能光伏并網技術主要是利用光伏系統將太陽的光能轉化為電能的技術[1]。隨著我國節能環保政策的實施，清潔能源得到大力推廣，太陽能光伏發電并網技術已經成為目前節能領域的主要支柱。太陽能光伏并網技術的應用不僅可以滿足目前用戶用電量的需求，還可以與時俱進，實現經濟、環保、清潔的發展。但是，光伏發電過程中的不穩定性直接影響光伏發電技術的發展及應用，這也是目前能源研究人員研究的主要問題。

1 光伏發電技術與并網技術內容概述

社會的發展離不開電力的使用，電力作為一項重要的能源，其是否平穩供應對人們日常生活及各行各業順利運轉有著巨大的影響。隨著我國科技的創新和發展，光伏發電成為一種新型發電方式，這種發電方式更加科學化與系統化，太陽能經過光電反應后產生電能，實際轉換中需要借助光伏組件、逆變器等，后續接入電網負荷[2-3]。并網技術通常使用兩種方式進行分類，即逆流與非逆流、集中與分布式。其中，逆流并網使用太陽能光伏，在電力充足情況下，剩余電力會進入公共電網，反之，則會變化為負載供電。無逆流并網獨立性較強，不會向公共電網供電，內部設置防逆流設備，如果出現供電不足的狀況，就可以隨時進行補充。集中并網運作產生的電力會被對應的電網運用，其重視電力供應的協調性，多用于較大的光伏電站，一般與負荷點相距較遠。分布式并網對輸送的電能直接配置，剩余電力或者不足電力借助電網進行調整，多用于小型光伏發電站。

2 光伏發電的發展現狀

光伏發電在很大程度上推動了中國能源轉型，當前我國并網光伏裝機的容量已超2.7×108kW。我國不斷運用和宣傳光伏發電技術的主要原因就是我國擁有豐富的光能源，還有一部分原因是光伏發電技術可以充分滿足我國大量人口的用電需求。對安全、綠色能源展開探究，一定要從光伏發電技術著手。當前，光伏產業在國際上的競爭壓力越來越大，隨著各國光伏產業的不斷研發和創新，出現了越來越多的先進產品。要想在在國際競爭中站穩腳步，需要不斷提升光伏技術水平，主要可以從以下方面入手：（1）加大太陽能電池組件累計功率；（2）合理控制太陽能組件單價；（3）提高太陽能電池模塊的質量，延長其使用壽命；（4）合理控制硅材料的消耗量；（5）增加并網屋頂光伏系統；（6）合理控制發電成本，有效降低電價；（7）加大大型光伏電站的規模和數量。

3 太陽能光伏發電技術的重要性

隨著新形勢的到來，我國經濟正處于高速發展時期，各種項目和企業對能源需求量也在不斷增長，而煤炭等傳統化石燃料資源儲存量卻在逐漸減少，導致能源出現嚴重的危機。因此，我國需要加快能源發展進程，創新太陽能光伏發電技術。同時，中國大部分城市霧霾問題日益嚴重，對人們的健康和日常生活造成了不同程度的影響，污染問題越來越嚴重。該問題需要引起全世界及每一位公民的重視，但人們目前沒有認識到該問題的重要性。光伏太陽能技術的創新，不但可以解決用電量的問題，還可以保護環境，促進環境的可持續發展。

4 太陽能光伏發電技術的應用策略

4.1 混合光伏發電系統

混合光伏發電系統即光伏與風力發電混合系統，其原理是將幾種不同類型的風能集成化，并應用到光伏與風力發電系統中，從而提高電力供電的可靠性和穩定性。混合光伏發電系統能夠在實際使用中將各種不同發電技術所具備的優勢進行有效的綜合應用，如光伏系統清潔、環保、可持續，但對天氣的依賴性較強，導致該技術的運行穩定性差，尤其是在冬季日照弱、風強的地區，容易出現發電系統穩定性差的問題，因此需要結合光伏發電系統和風力發電系統，使兩者之間產生混合動力，降低天氣因素的影響，進一步有效合理地控制欠載率。

4.2 增壓系統

在電網反饋過程中，交流電電流主要來自并網逆變器。在選擇高低壓進風柜時，需要做到科學、合理，高低壓進風柜為中央控制柜或滑動控制柜。除此之外，隨著我國科學技術的不斷創新，需要運用計算機系統對變壓器進行合理的控制，尤其是電壓和線圈的溫度變化情況，這樣可以確保增壓系統與多臺逆變器同時工作。通常，需要運用組控制器對逆變器進行控制，這種控制器的優勢是可以降低逆變器損耗，并且延長逆變器的使用壽命。

4.3 太陽聚光光伏

太陽聚光光伏技術可以在某種程度上減少陽光照射地面期間產生的消耗，提升太陽能轉換效率。這項技術的本質是使用特定的技術方式將太陽光線能量匯集到聚光電池，進而強化陽光的照射強度。這項新型技術的使用可以加快電力系統運轉速度，大幅度降低生產期間花費的經濟投入成本。其中，聚光器是這項新型技術的重要裝置，在聚光器熱量達到一定數值時，系統將完成光熱能轉變。在此基礎上，電力系統會通過對應的裝置將光熱能輸送至電池，實現光電的高效轉換，發揮光伏發電的作用。

4.4 并網逆變器

并網逆變器的主要作用是將直流轉換為交流，并將交流輸出與電網在相位和頻率上實施同步。并網逆變器交流輸出電的頻率一般需要控制在50～60 Hz。并網變壓器的基本結構比較多樣化，主要由傳統工頻變壓器、新型高頻變壓器、無變壓器逆變器三部分組成。并網逆變器的資料表主要包括輸出電壓、額定輸出功率、CEC（加州能源協會）-加權效率、峰值效率、峰值功率跟蹤電壓、啟動電壓、最大輸出電流、最大輸入電流及國家防護等級認證等內容。并網逆變器的基本結構有濾波電路、控制邏輯及逆變橋等。為了便于對網絡光伏發電系統的檢測和控制，需要在配電箱內部安置監測系統。為了提高并網光伏逆變系統自身的性能和安全性，需要在并網光伏逆變系統中安裝相應的保護裝置。

4.5 光伏建筑一體化

在20世紀90年代，光伏建筑一體化就初現端倪。隨著現在全球對光伏能源生產研究力度的加大，人們越來越關注光伏建筑。光伏建筑主要有兩種形式，一是將光伏系統與建筑進行一體化、集成化的發展，二是在建筑屋頂安裝平面光伏系統和光伏系統并聯，實現光伏與電網并聯供電。前者主要是借助光伏電池板的優勢替換了傳統的玻璃幕墻，從而實現太陽能的吸收。這種方式不僅能夠為建材使用，還能夠進行有效供電，使光伏發電的成本得到有效控制。后者能夠形成一個聯網光伏系統，需要創新彩色光伏組件，并代替墻體外的裝飾材料，才能實現電氣功能，提高建筑的美觀度。

5 光伏發電并網技術發展方向與展望

隨著我國環保實施力度的加大，太陽能光伏并網技術已經成為供電企業發展的主要趨勢。但由于我國電網光伏技術創新得比較晚，目前該技術的發展空間比較大，主要表現在如下方面。（1）需要根據客戶用電量的大小，不斷擴大光伏發電和并網覆蓋規模和數量，進一步提高光伏太陽能電池板的能量轉換效率。（2）全面提升電源的穩定性，避免在該技術的應用過程中出現諧波和動態干擾。當逆變器用于轉換能量類型（太陽能到電能）時，不可避免地會產生大量的諧波，隨著諧波的加大，會造成電網系統電壓的畸變，嚴重影響發電的穩定性，同時會極大地降低電源的安全性。（3）增強電力系統的適應性，不斷完善高壓通過功能和低壓通過功能等。（4）合理運用互聯網技術，借助網絡云平臺實現光伏發電并網技術的計算和存儲功能，使其技術更加數字化、智能化。（5）實現組件級產品（如微型逆變器）的多樣化，進一步提高市場競爭力。

6 結束語

太陽能光伏并網技術屬于一種清潔能源技術，隨著該技術的應用范圍越來越廣泛，已成為目前并網發電的主要技術。光伏發電技術的廣泛應用主要取決于該技術自身的環境友好性和技術可行性優勢，因而得到了越來越多的能源專家和能源公司的認可。我國能源專家和能源機構需要認識到太陽能光伏并網技術的重要性，并加大開發和研究力度，進一步提升太陽能供電的穩定性，從而延長并網系統設備的使用壽命，有效降低并網系統的使用成本。