淺談光伏發電與并網技術

翟建建 陸中奇

摘要：傳統的發電方式都存在能源消耗大、環境污染嚴重等問題，而光伏發電能夠將太陽能轉變為電能，可以減少資源消耗與環境污染。而光伏發電并網技術是實現光伏發電的關鍵，常用技術有太陽能電池技術、光伏陣列最大功率跟蹤技術、太陽能聚光光伏技術等，但是在應用光伏發電與電網技術時需注意諧波問題、電壓波動問題以及無功平衡問題，提高技術應用效果。

關鍵詞：光伏發電;并網技術;諧波問題

前言：

光伏發電屬于新能源發電，不僅可以推動電力行業的發展，也可以改善生態環境，但是當前我國光伏發電與并網技術還不夠成熟，需加大技術研究力度并通過有效措施提高技術應用效果。

1.光伏發電與并網技術的概念與優勢

1.1概念

光伏發電即利用半導體界面的光生伏特效應將光能轉變為電能的技術【1】。光伏發電系統主要包括控制器、逆變器以及太陽能電池板。對太陽能電池進行串聯與封裝保護后，太陽能電池就形成了太陽能電池組件，再結合功率控制器等部件就可以構成光伏發電裝置。光伏發電的原理是應用半導體的光電效應，當光子照射到金屬上之后，金屬當中的某個電子就會吸收光子中的能量，電子吸收了能量之后會形成光電子。相比于傳統的火力發電系統，光伏發電具有較高的可靠性、安全性，不存在噪聲和污染，不需要消耗任何燃料也不需要架設輸電線路，同時光伏發電不存在枯竭風險，能源質量相對較高，建設周期也比較短。但是生產太陽能電池板會產生較大的污染，能耗也比較高，導致光伏發電成本較高，應用范圍較小。

光伏發電是傳統發電的延伸和補充，近年來我國愈加注重環保，提高了對光伏發電的重視程度。目前，光伏發電系統有并網發電系統與離網發電系統這兩種類型，其中并網發電系統的成本較低。因此，需要通過微網的方式將光伏發電系統接入到大電網系統當中，因此并網技術指的是通過合理方式將光伏發電系統接入到電網系統的技術。

1.2優勢

光伏發電是將太陽能轉變為電能，而太陽能屬于清潔能源，在進行光伏發電時不會對環境造成污染，因此光伏發電具有綠色環保的優勢。同時，光伏發電的轉化效率較高，可以提高太陽能資源的利用率，減少了資源浪費，因此光伏發電也具有節能的優點。再次，作為可再生能源，太陽能廣泛分布，進行光伏發電基本不存在地域限制。且太陽能資源儲量豐富，不會突然出現資源減少甚至枯竭等情況。此外，光伏發電所應用的設備相對較小，生產流程簡單。

2.光伏發電與并網技術分析

2.1太陽能電池技術

光伏電池是光伏發電技術的核心，影響著光伏發電的穩定性。當前，無論是石油還是煤炭等不可再生能源都頻繁出現能源緊缺等問題，制約了社會經濟的發展，導致很多國家開始施行大力開發太陽能資源的計劃，將目光放在了可再生能源上，擴大了光伏發電的發展空間，使太陽能電池的市場競爭更加激烈【2】。在長期發展過程中，光伏電池也不斷改變。最初光伏電池應用的是硅原料，雖然在不斷完善技術，但依然無法有效降低光伏電池原料的成本。之后，利用非硅原料代替硅原料，達到了減少電能損耗、降低生產成本的目的，但仍存在不足。當前，主要是利用繼晶體硅與薄膜電池設計光伏電池，有效提高了光伏轉換效率。從太陽能電池材料的發展來看，太陽能電池主要包括硅太陽能電池、多晶體薄膜電池、有機聚合物電池、納米晶電池、有機薄膜電池、染料敏化電池以及塑料電池等類型，不同類型電池的能量轉換效率不同，成本也不同，會對電力企業的供電穩定性以及生產成本產生一定影響，因此需科學選擇太陽能電池。

2.2光伏陣列最大功率跟蹤技術

光伏陣列最大功率跟蹤技術是利用非線性傳導模式進行功率輸出的，與環境、負載以及光照等情況都有一定的關系。光伏陣列最大功率點是光伏系統的關鍵構成部分，需加強跟蹤，因此出現了很多跟蹤技術，例如MPP跟蹤技術與MPPT方法等。但是，這些技術較為復雜，其應用的傳感器、硬件設施都不同，需根據光伏發電系統的實際情況選擇合適的跟蹤技術。

2.3孤島效應檢測技術，

孤島效應指的是若電網系統存在故障，供電就會中斷，但光伏并網系統仍然在運行當中，且是在負載電壓的狀態中供電，就會形成自給自足的孤島模式。若不及時檢測孤島效應，就無法控制供電系統的電壓與電頻，會對電力設備造成一定的損壞，甚至會威脅到工作人員的人身安全。若電網系統出現故障，技術人員可以利用反孤島保護手段停止光伏并網系統的運行，避免光伏并網系統在負載電壓的狀態中運行，減少對設備的破壞。

2.4太陽能聚光光伏技術

太陽光照射地球表面會產生能源損耗，而利用太陽能聚光光伏技術可以減少太陽光照射中的能量損耗，增強太陽能資源利用的高效性。太陽能聚光光伏技術可以聚集太陽光并利用聚光電池收集太陽光，提升太陽輻射強度，降低生產成本。太陽能聚光光伏技術的應用依賴于聚光器這一設備，聚光器可以充分加熱太陽能，當太陽能的溫度達標之后將太陽能轉變為光熱能，再將光熱能輸送至太陽能電池上，從而將光能轉變為電能【3】。

2.5太陽能光伏發電并網電流控制技術

在并網技術當中，逆變器發揮著控制作用，使直流電能轉變為交流電能。安裝逆變器的主要目的是降低系統當中的電力諧波，提高電壓供應效率，使電流輸入與輸出更加安全穩定。光伏發電并網電流控制技術的作用是控制和減少電力永諧波的失真率，而變換器控制系統的運行又會受到電流控制策略的影響，因此與科學選擇電流控制策略。

2.6光伏發電與并網施工技術

在施工過程中，施工人員應做好施工準備工作、光伏屋面清理工作以及調試并網工作。第一，準備工作。施工人員需根據實際要求進行定位放線，明確施工流程，即先科學焊接支架基礎結構，并進行電池板支架與太陽能電池板等設備的安裝，之后安裝電氣工程。第二，光伏屋面清理工作。在進行施工之前，施工人員應全面清理光伏屋面，確保施工現場用電的安全。之后根據施工圖紙進行設備安裝，增強操作的規范性。在進行太陽能電池板的安裝前應全面檢測太陽能電池板，保障其質量符合要求，并檢測其開路電壓。在安裝匯流箱時，施工人員應加大檢查力度，在安裝過程中增強安裝穩定性。在安裝橋架之前也應全面檢測橋架，利用螺栓固定橋架。第三，調試并網。施工人員先檢測系統性能，明確設備是否能夠正常運行，并利用監控系統監控光伏發電系統的各項參數，在完成調試工作之后再進行并網。

3.光伏發電與并網技術應用中的問題

3.1諧波問題

利用光伏發電與并網技術可以實現太陽能向電能的轉化，且可以將電能接入到電網系統當中。但是，在進行并網時，技術人員需要保持并網系統當中的電壓、相位以及頻率都與電網系統中的電壓、相位以及頻率相同。但是，并網系統與電網系統仍然會相互影響，就可能會產生諧波問題。當前，我國對諧波問題有明確規定，在應用并網技術時需要根據國家標準評估實際產生的的諧波危害性。在進行并網之前，也需要檢測諧波電流，若諧波干擾明顯就需要通過安裝濾波器等設備消除諧波。

3.2電壓波動問題

相比于其他電力系統，光伏系統的輸出功率更容易受到光照強度的影響，且二者之間呈正比關系。若光照強烈，則輸出功率大，若光照弱，則輸出功率小，甚至存在無功率的情況。同時，光伏系統的輸出功率也會受到設備故障、天氣等因素的影響，就可能會出現電壓波動的情況。因此，技術人員在進行光伏系統切機中計算電壓影響時需增強計算的準確性，并詳細記錄電壓波動情況【4】。在補償處理過程中，也需要根據電壓波動的情況控制電壓波動值。

3.3無功平衡問題

若光伏系統的功率因素大于0.98就證明光伏系統處于純有功輸出狀態。但是從光伏系統中分層分區就地平衡原則來看，光伏系統應當進行無功補償，這樣才能夠滿足公共電網的要求，并減少線損。因此，需綜合分析公共電壓的實際情況，并在實際用電負荷的基礎上進行無功平衡設計。

結語：

光伏發電具有節能環保等優勢，且太陽能屬于可再生能源，對于社會經濟的發展有重要的推動作用。電力企業應加大對光伏發電與電網技術的研究力度，充分發揮太陽能電池技術、光伏陣列最大功率跟蹤技術、太陽能聚光光伏技術、孤島效應檢測技術等技術的作用，并減少諧波、電壓波動與無功平衡等問題的發生。

參考文獻

[1]尹雁和， 陳俊杜， 江賽標，等. 分布式光伏發電非專線并網技術的研究與應用[J]. 電工電氣， 2019， No.253（01）：76-77.

[2]范紅裝. 淺議光伏發電并網及其相關技術發展現狀及展望[J]. 百科論壇電子雜志， 2019， 001（001）：253-254.

[3]尹雁和， 陳俊杜， 江賽標，等. 分布式光伏發電非專線并網技術的研究與應用[J]. 電氣化鐵道， 2019， 011（001）：72-73.

[4]張麗， 陳碩翼. 光伏發電并網技術發展現狀與趨勢[J]. 科技中國， 2020， No.269（02）：24-27.