新能源光伏發電技術應用研究

國華（神木）新能源有限公司 韓向龍

光伏發電作為一種新型半導體，光能可轉化為電能，在新半導體的幫助下電能可吸收陽光：首先，光能轉化為離子態，然后獲得自由離子，最后產生電能。這個過程實現了新能源轉化為電能。新能源光伏發電不同于風力發電和水力發電等傳統發電方式，具有很高的轉化率，在實際應用中不需要機械零件或消耗燃料，并具有清潔、無污染的優點。同時，新能源資源是可再生資源，可大大減輕我國能源的壓力，更好地適應當前我國提倡的環境保護和科學發展觀。我國一直非常重視光伏發電新技術的研發和應用，光伏發電新技術的應用不僅在國家建設中發揮著重要作用，而且具有一定的社會經濟價值，在未來依然具備極大的研發潛力。

光伏發電廠主要實現光熱能和光電能形式的電能轉換，前者主要利用太陽輻射產生的熱量發電，通常從新能源集熱器獲得的熱量結合起來，將其轉化為工作設備蒸汽，然后利用汽輪機發電；后者主要利用光伏效應將太陽輻射轉化為電能，新能源電池是實現這一轉變的基本設備。目前，我國新能源方陣主要由諸多的電池排列而成，具備很大的輸出功率，可實現更高效、高質量的光伏發電。

1 新能源光伏發電特點及光伏發電技術的經濟性分析

不受地域限制。由于太陽照射范圍廣，基本上可在有太陽的地方進行光伏發電，這將大大增加光伏發電的范圍，滿足許多不同地區的發電需求。中國幅員遼闊，新能源領域遍布西北地區；新能源二類地區分布廣泛，包括山東、吉林、安徽北部、江蘇中部和北部；三類區域大多位于長江中下游，新能源資源可接受；這四類地區主要包括四川省和貴州省。不難看出，中國新能源資源豐富、面積極其巨大，占全國區域面積的25%以上，為新一代光伏能源提供了良好的資源條件。

光伏發電具有很高的轉換率，能夠適應惡劣的工作環境，可確保始終處于良好的運行狀態，無需繁瑣的維護。從技術角度來看，省去了傳統發電技術復雜的中間階段，提高了發電效率和能源利用率，新的光伏發電技術操作更簡單，能量傳輸速度更快。新型光伏發電技術操作更簡單，功率傳輸速度較快。同時，根據供電要求，可在相對較短的距離內設置相應的發電和供電設施，以避免長距離運輸造成的電力損失。在光伏發電中，新能源主要被收集和利用，然后轉化為電能，整個轉化過程清潔高效，避免產生有毒有害污染物，符合節能環保的要求，是一種環境友好型的發電技術科學技術結合。

目前，隨著科學技術的飛速發展，新能源光法發電應用相關技術有著更為優質的效果。如，電池技術可有效存儲光伏發電產生的電力；跟蹤技術光伏發電的過程中跟隨太陽，動態控制光伏系統，保持高性能運行；聚焦技術包括熱光伏、全息、反射、折射等輻照方法，可提高新能源密度，實現最高效的光電轉換效率；孤島檢測技術主要用于個體設備，其作用是最大限度地保護發電設備，降低故障發生的概率[1]。

發電成本決定著光伏發電技術是否具有實際應用價值，其成本主要取決于發電的總成本和發電總量的比例。光伏發電能夠源源不斷地為用戶提供電源，但用戶對用電的需求并不是一直都有，所以如何解決供需間的平衡問題是儲能技術的重點。我國西部有豐富的新能源資源，西部與東部地區平均每年的滿發電小時數都在一千小時以上，但是光伏發電的不穩定性也為經濟和電能質量帶來損失，良好的儲能裝置能避免這種損失的發生。國內的相關技術人員在從多個方面研究儲能的配置與容量，在光伏發電技術中，不僅取決于其特性還取決于其經濟性，這就需要進行系統全面的經濟分析。光伏組件的成本占整個發電系統的一半以上。隨著光伏組件價格的降低，光伏發電成本也逐漸降低，為后續推廣應用提供了有利條件。

由于光伏發電新技術在中國的推廣滯后，目前幾乎沒有能夠客觀真實反映光伏發電確切成本的運營數據。目前，主要有地面光伏發電和屋頂光伏發電兩種形式，前者的成本高于后者；薄膜光伏發電廠的投資成本低于晶體硅光伏發電廠，我國新能源資源雖然面積大，但光伏電站的建設比較分散，導致光伏能源的生產成本發生重大變化，而這無法準確計算。普及率決定了新一代光伏能源的市場。以當前的新能源汽車為例。人們對自己的使用體驗有些擔憂。這種情況也反映在新光伏發電技術的推廣上，這是影響新光伏能源市場發展的因素之一。從目前的社會背景來看，新一代光伏能源的普及率和接受率都不高。一方面，大部分人民群眾沒有體會到新能源光伏發電的優勢；另一方面，公眾對新的光伏發電技術了解不足。

2 新能源光伏發電技術應用實踐

2.1 集中式新能源光伏發電站

集中光伏發電可直接將光電器件引入公共電網，然后將光電器件均勻分布，實現對用戶的供電。這一過程就是單向的能量交換，將電流輸出到電壓為10kV 的大電網中。同時，中央光伏發電廠的組件包括光伏組件和光電交換站，主要建在大型農業或沙漠地區，這些地方新能源資源豐富，可建設大型光伏發電廠，連接高壓輸電系統，實現遠程供電。在具體實踐中，相關人員可對荒地和沙漠地帶進行充分利用，不僅要建設新能源發電站，還需對新能源發電系統進行不斷完善。目前，中國西北地區已經建成了大量新能源發電廠，這有利于當地的社會和經濟發展。

光伏發電照明是日常生活中最常見的內容，由新一代光伏能源組成的照明系統已經應用到人們的生活中。例如，我們周圍出現了各種形式的新能源照明、運河街道照明、走廊照明和草坪照明，為了提高耗電率，新能源燈通常采用兩種不同的控制方式：定時或燈光控制，可根據實際情況進行選擇，由單片機和模擬電路相結合進行有效控制。自動開啟時間必須結合當地照明條件設置，如果環境光低于光照極限，光照極限可自動監測環境光照。

新能源照明光伏系統主要由燈具、新能源電池板、電池、充放電調節器和逆變器組成，混合式光伏發電系統是解決新能源發電地區受光照時間、海拔和氣候環境影響，光伏發電難以充分發揮作用的一種方式。特別是在風能、水電等清潔能源豐富的地方，新能源光伏發電系統與其他清潔能源相結合，形成混合發電系統。即使新能源的使用受到限制，它也可由其他能源補充，以確保供電的可靠性。

2.2 分布式新能源光伏發電站

分散式光伏發電廠主要負責將光伏發電能力直接轉移到能源負荷，如果發電量相對較小或較大，則由大型電網控制，這種發電方法涉及新能源電池、電路、逆變器、電網接口、保護設備和其他組件。其中，新能源電池是光電系統的關鍵，可實現新能源到電能的轉換，逆變器可實現恒流到交流電的轉換。由于新能源電池組件主要可形成恒流，在具體應用中電流主要是交流電，新能源電池組件可將恒流轉化為電流，也可接入國家電網。

目前，具有新能源的分散式光伏發電廠主要用于建筑行業，即新能源發電廠和建筑的結合，因此，建筑物周圍的發電應該配置和使用，大多數操作和應用都是自主生產、自產自銷。同時，安裝新能源電池組件時，設備可直接使用，無需使用大量新能源電池。該設備也可應用于建筑物，如彩鋼屋頂。但是如果應用于混凝土建筑屋頂，則必須設置合理的重量。此外，還可使用水泥條等輔助工具安裝光伏新能源組件。新型光伏電站的應用效果顯著，不僅可促進我國環保事業的發展，而且一些無噪聲屋頂電站或屋頂發電方式可更好地解決該地區電力供應不足的問題，降低能耗。

新能源水泵在干旱地區得到推廣應用，這些地區通常有很強的新能源照明能力，需要大量的長期供水。在大型新能源光伏水泵站的工作過程中，其主要是通過逆變器將新能源電池板所產生的直流電轉變為相應的交流電，進而帶動水泵運行，與傳統類型的水泵相比，該水泵系統的成本非常高，但運行時不需要提供能量，所需的運行成本非常低，水泵也較為穩定，能夠長時間進行供水，不需要進行頻繁的維修，故障率較低。

新能源光伏發電設備還有一個特點，就是運輸方便、設備安裝簡單。在安裝新能源光伏發電設備時，只需安排設備朝向太陽的位置，然后安裝新能源電池，即可滿足低發電量移動電源的應用。例如，6MW 新能源發電廠占地僅80平方公里，施工過程所需材料非常少，施工期也很短，它可在十個月內投入使用，是一個非常方便的新能源轉換站。對于新能源發電廠來說，其維護相對簡單方便。即使在極端氣候條件下，如暴風雨或暴風雪，也只需清潔新能源電池表面并控制電路，以確保新能源設備的電壓穩定并繼續投入運行。一些大型光伏發電廠由計算機控制，這種智能系統不僅可產生更多的電力，還可確保電力系統更高的運行效率。

2.3 建設新能源光伏發電站的管理要點

為確保新能源光伏發電站在實際應用中充分發揮其優勢和效益，相關部門必須做好建設新能源光伏發電站的施工管理工作。

第一，嚴格檢查材料和設備的質量。在項目施工前的準備階段，必須嚴格控制材料和設備的供應商，確保各種材料的質量符合項目的相關施工要求和規范。同時，工作人員應加強與項目施工負責人的溝通協作，嚴格按照相關規范和要求控制材料。

第二，加強對施工人員的培訓。在建設新能源光伏發電站的施工過程中，相關部門必須組織所有參與施工的員工提前接受培訓，使他們掌握發電廠施工的相關理論和技術知識，以及項目施工過程中可能出現的一般質量問題，并能掌握相關的預防措施。同時，對于技術難度高、系統性強、風險大的工作，必須組織有經驗、有相應資質證書的人員，以有效保證電廠的施工質量。

第三，做好光伏新能源裝置的安裝和維護工作。在安裝光伏發電設備時，相關人員應嚴格檢查安裝現場的照明，以確保整個安裝過程的可靠性和安全性。同時，確保新型光伏能源裝置具有良好的基本性能和綜合外觀，安裝質量符合相關規范和要求。此外，必須根據設備安裝的相關要求和安裝現場的環境，嚴格控制安裝過程，確保合格的安裝質量，充分發揮其使用性能，確保理想的電氣節能效果。

3 新能源光伏發電技術的發展前景

盡管與發達國家相比我國的新能源光伏發電技術取得了巨大進步，但在并網發電、逆變器和安全性方面仍然存在問題。并網發電方面的難題主要是由于目前新能源光伏發電預測精確度較低，很難確保光伏發電站能源供應的穩定性。為了解決這個問題，相關人員可嘗試將風力發電和光伏發電結合起來，以實現發電的平衡；安裝無功補償裝置，減少光伏電站對公共電網的影響；接入公共電網，確保光伏發電系統的可靠性和穩定性。

逆變器可將直流電轉換為電流，為用戶提供與電網一致的頻率和電壓。逆變器的主要問題是，設備在逆變過程中往往會形成電壓脈沖，這就需要使用濾波器來解決這個問題。從安全角度來看，雖然我國光伏發電網絡已經采取了全面的保護措施，但光伏發電系統在電廠與電網分離后，往往會產生孤島效應，造成設備故障，嚴重時危及相關人員生命安全。要解決這一問題，需要利用主動移頻技術有效地檢測電源故障和電壓，并解決安全隱患。

新能源建筑是光伏與建筑的有機結合。光伏與建筑的結合主要包括兩種方式：屋頂和墻壁。其中，屋頂主要在建筑物頂部安裝若干新能源電池板，建筑物內的電力主要來自新能源電池板。它在國外得到了一定程度的應用，掀起了“新能源屋頂平面”的浪潮；墻體采用能產生光伏能量的玻璃幕墻，取代傳統的玻璃幕墻，墻壁可吸收新能源并將其轉化為電能，為室內各種電氣設備提供能量。