新能源光伏發電技術應用思考

郭宗武

河北省廣播電視三0七發射臺 河北 石家莊 050000

引言

由于當前的太陽能光伏發電這一方式不受傳統自然能源的限制，對于制造材料以及發展空間的展望也比較長遠。因此它是我們將來在非化石能源以及可替代能源領域研究運用的主體。

1 光伏發電技術的原理及特點

1.1 光伏發電技術的原理

新能源光伏發電技術的社會運用，對我國的建設具有積極促進作用，對社會具有商業價值。光伏發電技術作為一種新型發電技術，仍具有非常大的研發潛力。光伏發電技術主要是依賴半導體材料，將太陽能逐漸轉換成電能的過程，是一種光伏發電的系統。光伏發電主要有兩種形式，分別為“光、熱、電”轉換形式和“光、電”轉換形式。“光、熱、電”轉換形式主要運用太陽光照輻射形成的熱量發電，使用太陽能集熱器吸收熱量，啟動汽輪機發電。“光、電”轉換形式有效運用光伏效應，使太陽的輻射轉變為電能，太陽光照到半導體上，會將太陽光能轉變為電能，形成電流[1]。現階段，中國太陽能方陣由很多電池排列組合構成，太陽能電池方陣有助于光伏發電。

1.2 智能光伏發電的特點

光伏發電是通過利用半導體界面，將太陽能轉為電力新能源的一種新型技術，主要由太陽能電池組件、控制器以及逆變器組成。由于太陽能屬于可再生資源，在我國分布較廣，尤其是在西北地區，日照時間長，該項技術有更加充分的發展空間。通常情況下光伏發電的投資收益會保持在25年以上，這主要是源于光伏發電的核心部件太陽能板有10～25年的質量保障。另外，光伏發電的電池組件體積小、重量輕，在運輸和安裝方面更加便捷，且運行維護成本相對較低，可以實現無人值守。最為重要的是綠色環保、安全穩定。基于以上種種優點，得到了相關部門的大力支持，也促進了部分企業對光伏發電的研究。

2 中國光伏能源的市場分析

中國國內太陽能光伏電池市場分析。在2008年以前，我國大部分的光伏發電主要用于一些需要離網工程，例如無電地區的離網電站、各種家庭供電，高原地區的通信、氣象、鐵路以及太陽能路燈等。因此，國家先后開展了西藏的無電縣建設、中國的光明工程、西藏的阿里光電計劃、農村的輸變電工程、無電地區的電力建設以及廣大農村地區的新照明工程等國家電力發展建設規劃；在“九五”至“十二五”期間，我國也先后開展了一批基于城市的，太陽能光伏電池并網發電以及大型沙漠的并網電站項目；在2009年，開始啟動了大范圍的光電建設、全國的金太陽示范工程以及敦煌大漠的光伏電站等多個電力開發項目。就是在這些新能源電力項目的推動下，我國的國內太陽能光伏電池市場發展十分迅速。基于用戶側的并網光伏電池市場。過去，并網發電約占全球光伏發電市場總量的90%以上，而在各種并網的光伏發電市場中，經用戶側與民用建筑結合的太陽能光伏并網發電系統就要占90%以上，在德國，開展大規模并網發電的傳輸側僅占總體的10%，而美國也僅占6%。德國基于用戶側的并網光伏發電的“100000屋頂計劃”、日本基于用戶側的并網光伏的“100000屋頂計劃”還有美國的“百萬屋頂計劃”，其主要目的就是，在低壓的用戶側接入太陽能光伏電網的分布式發電系統[2]。因為這種基于用戶側的并網發電方式是對光伏發電開發最有效的利用方式，因此也受到眾多光伏電力公司的歡迎。

3 新能源光伏發電技術應用

3.1 光伏發電及儲能技術在廣播電視發射臺的應用

無線廣播發射臺往往設置在邊遠的山區或者草原，這些地方供電非常困難，隨著光伏發電及儲能技術的發展，小功率無人值守調頻發射臺可以采用光伏新能源供電進行補點，有效地提高覆蓋面積，降低建臺成本。

3.2 平滑出力波動

光伏發電系統的能量來源是太陽能，在夜晚光伏發電系統無法發電。利用儲能裝置，采用相關的控制策略，可以跟蹤光伏發電系統的出力，在出力尖端時吸收電能，在出力低谷時釋放電能，從而保持輸出功率的平滑，也使對光伏發電出力的預測更為準確。從現有的研究成果可知，電池儲能系統對于平滑光伏發電系統的出力波動具有顯著作用。

3.3 對功角穩定性產生的影響

光伏電源所用到的電源屬于靜態原件，自身是不參加功角振蕩的，它的穩定性不會出現波動，但是由于光伏電源自身具有隨機波動等特點，使得大量的光伏進入電網，對電網既定的傳播速度以及電力潮流分布產生了影響，并對電力系統的等效慣量造成縮減。接入的光伏會對功角的穩定性造成改變甚至是惡化，光伏電網還會因故障穿擊保護能力不足而引發拖網，尤其是在光伏規模化、集中化后，將增強拖網給電力系統帶來的沖擊力，這種情況下則需要結合并網的具體情況來評估拖網的風險。

3.4 光伏發電并網系統仿真模型建立

光伏發電系統其組成一般包括：光伏電池組件（光伏陣列）、DC/DC變換器、控制器、逆變器、濾波穩壓電路、變壓器、電網系統等。光伏電池組件：光伏電池組件由多個光伏電池板按照串聯、并聯的方式組成，是光伏發電系統中的關鍵組成，根據光伏特效應將太陽能轉換為電能[3]。光伏電池一般由單晶硅、多晶硅、砷化鎵等具有特殊晶體結構的材料構成。光伏電池在太陽光照射下，產生光伏效應。這種能量轉換包括電荷產生、分離、輸運三個步驟。產生的電能為直流形式，且存在一定的波動性，無法直接并入當前的交流電力系統。DC/DC變換器：可以升高光伏電池所輸出的直流電壓，同時保證光伏發電系統的輸出功率能一直接近最大輸出功率。光伏電池具有隨機波動性，易受外界溫度和光照強度的影響，為了保證光伏發電系統一直工作在最大輸出功率點上，需要采用最大功率點跟蹤技術。控制器：該部分可以對整個光伏發電系統的工作狀態進行控制。逆變器：光伏電池組件經過轉換輸出的電能一般都是直流電，為向電器提供電能，需要DC/AC逆變器，通過逆變產生交流電從而實現并網。濾波穩壓電路：濾波器可以處理諧波，抑制諧波污染，提高系統的電能質量，起到穩定電壓的作用。隔離變壓器：隔離變壓器的主要起到減少系統對配電網絡的影響，保護系統安全的功能。通過調節系統參數，隔離變壓器能夠很好地阻礙直流電進入電網，并且大量抑制電網中的諧波。當光伏并網產生故障時，隔離變壓器能夠限制短路電流，并進行自我保護。

3.5 改善電能質量

由于受到天氣、溫度、組件傾角等因素的影響，光伏發電系統的輸出功率會有所變化，造成了發電量的不穩定，使發電量預測的難度增加，對饋入電網的諧波產生影響。并且，隨著太陽光照強度的變化，光伏發電功率會對電網潮流中的負荷特性產生一定的影響[4]。光伏發電系統并入電網之后，會對電網潮流的方向、現有電網調度、規劃運行方式等產生影響，加大對電網調度及控制的難度。當大量光伏發電系統接入電網后，將加劇電壓波動，引起電壓調節裝置的頻繁動作，使電網的電能質量下降。當儲能接入光伏發電系統后，由相應的能量轉換系統控制儲能裝置的充放電，可以達到對電網調峰的目的，使光伏發電系統的發電量得到有效控制。此外，儲能裝置的接入可以抑制電網潮流方向的改變，增加電網的穩定性，從而提升光伏發電系統接入電網之后的電能質量。

3.6 單體用戶

為了使光伏發電系統能夠平穩運行，發電公司需重點分析新能源光伏發電技術應用渠道，結合每個區域發展的情況及運用情況，不斷地擴大光伏發電技術的使用范圍。很多領域中都能夠使用太陽能技術，但小光伏發電技術通常使用在比較偏遠的地區中，在使用過程中一定要做好所有環節的控制，相關的工作人員應根據實際狀況使用光伏發電技術，從而使光伏發電能夠有效地投入單體用戶中，使光伏發電的價值發揮到最大。光伏發電在投入單體用戶時，需要做好電量控制，通常為5~9kW，符合人們對電力的需求，充分地使用電能。

3.7 對電力系統的保護所產生的影響

為了能夠保障電力系統的正常運轉，需要完善電力保護措施，比如采用反孤島功能裝置，通過微機反孤島保護裝置進行智能保護[5]。當大量的智能光伏發電接入到電力系統后，會導致原有的配電系統壓力增大，引發一系列的故障問題，包括網架結構由原來的單一電源轉換成雙電源結構，原有的電流以及方向會有巨大的變化。另外由于光伏發電的介入導致變壓器的鏈接方式發生變化，和逆變器形成接地回路，這便導致設備發生故障。而單相故障問題的發生，還會使原有的繼電保護性能發生一定的變化。當光伏發電加入后，需要對其建立保護措施而增加設備，這樣也會對原有的平衡狀態造成一定的不利影響。

3.8 其他領域中

光伏發電技術的功能性不斷提升，與傳統技術相比更具優勢，在各行各業中得到非常廣泛的使用，得到不同程度的實踐，為居民提供了極大的便利與服務。近幾年，光伏發電技術被應用在建筑設計和單體戶中，也在其他領域得到使用，有效地發揮光伏發電的價值，使我國光伏發電技術在具體應用方面更上一個臺階，形成比較完善的發展模式，促進各行各業的可持續性發展。在油田行業的綠色照明體系中有效地使用光伏發電技術，使其發揮出自身存在的價值，提供非常優質的服務。

4 光伏產業的發展

將太陽能光伏發電作為當前新能源轉型發展的重點。雖然水電、風電也屬于新能源，但現實情況是，我國基本上大部分的水電資源都集中的分布在西南地區[6]。而對西南地區的水電資源進行大規模的開發，存在諸多問題，例如部分屬于國際性的河流、長距離輸電產生的損耗、潛在的生態保護問題以及高昂的開發成本等；而核電的發展又存在選址安全、未來對于核廢料的處置方式、防止自然災害或爆發戰爭造成的安全隱患等問題；還有由于我國三級地勢階梯，導致風力資源的分布特點十分明顯，大部分的風力發電站主要建設在遠離電力負荷中心的西部地區，因此又存在著當地消費不了以及遠距離輸電損耗嚴重的問題。但是運用太陽能的光伏發電就可以不受地域、自然資源條件、設備制造材料以及遠距離傳輸損耗的限制。更加安全可靠。因此它是一種具有巨大發展前景的十分理想的清潔能源。各個研究院所要加大技術領域的研發投入，進一步提升我國光伏產業的科技核心競爭力。要努力通過在技術領域的創新進一步降低生產成本，牢牢鞏固和發展我國光伏電池產業的核心競爭力，深入加強各種科技研發平臺的建設，加快在技術創新領域的步伐，要使我國的光伏發電更好的發展。

5 結束語

綜上所述，目前，需要根據實際狀況對光伏發電技術進行創新，對以往傳統的技術進行優化。光伏發電技術具有很大的優勢，還具有一定的環保性，發射臺也利用光伏發電進行了嘗試，取得了良好的效果。相關部門一定要加大對此方面的重視，做好相應的研發工作，積極進行光伏發電技術的推廣，完善以及優化目前發展的模式，對光伏發電技術的功能性進行提升，滿足目前的發展需求。