光伏发电及其并网的研究

张西子

（华北电力大学 中国 北京 102206）

0 引言

如今，世界能源形式紧迫，是世界10大焦点问题（能源、水、食物、环境、贫穷、恐怖主义和战争、疾病、教育、民主和人口）之首。据统计，全球人口2006年是65亿，能源需求折合成装机是14.5TW，每日能耗220106BOE；到2050年全世界人口大概要达到100亿，按照每人每年GDP增长1.6%,GDP单位能耗按照每年减少1%，则能源需求装机将是大约30-60TW，届时主要要靠可再生能源来解决。

然而，世界上潜在水能资源4.6TW，经济可开采资源只有0.9TW；风能实际可开发资源2-4TW；生物质能3TW（加起来总共8TW）。只有太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源，其潜在资源120000TW，实际可开采资源高达600TW。因此，太阳能必将成为人类最好的替代能源，太阳能光伏电站前景广阔。

1 光伏发电简介

光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。

1.1 独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。

1.2 并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。

2 光伏并网

随着光伏发电技术迅速发展，光伏电池效率逐渐提高，光伏电站的建设规模也越来越大。大规模的光伏并网电站常常通过升压变压器，以中压或高压接入电网。然而相比电网的总装机量而言，光伏电站容量比例很小，常常作为电网的一种补充能源存在，安装在电力负荷附近，设有相应的二次设备。

并网光伏发电可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。 并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网光伏发电的主流。

3 光伏发电的优缺点

3.1 太阳能光伏发电的优点

1）体积小、重量轻。 单位重量比功率：50-1000W/kg；2）寿命长：20-50年（工作 25年，效率下降 20%）；3）零排放：无燃料消耗，无噪声，无污染；4）发电不用水（高倍聚光电池也如此）：可以在荒漠地区建设；5）运行可靠：无机械转动部件，使用安全，免维护，无人值守；6）太阳能资源永不枯竭（至少50亿年）：各地区差异不大，分布式电站；7）生产资料丰富：硅材料储量丰富，为地壳上除氧之外的丰度排列第二，达到26%之多；8）不单独占地：可以安装到建筑上（BIPV）；9）规模大小皆宜：10W-100GW，可以“搭积木”式建设和安装；10）安装容易：建设周期短，安装成本低；11）能量回收期短（0.8-3.0年），能量增值效应明显（8-30 倍）；12）规律性强，可预测：调峰效果明显，调度比风力发电容易。

3.2 太阳能光伏发电的缺点

功率密度低（1000W/m2）；能量输入不连续：白天有，晚上没有；晴天有，阴天没有；大规模存储技术尚未解决，大规模应用没有自身调节能力；小规模应用可以用蓄电池，昂贵且寿命短；目前成本太高：系统投资为3-5万元/kW。

3.3 克服光伏发电的缺点的方法

现阶段，光伏发电比例还很小，但是光伏发电拥有独立发电系统，分布式发电系统和大型并网电站，所以问题不大；主干电网并网应用于智能电网，脱离主干电网应用于微网系统；运用大规模存储技术：提水（内陆、沿海），压缩空气、液流电池，超级电容器、太阳能制氢等；光伏发电的规模化直接利用于海水淡化、电镀、电解、氯碱工业等。

4 光伏电站并网的评价

4.1 光伏电站并网存在的问题及解决方法

光伏电站并网还存在四个方面需要解决的问题：光伏电站输出功率不稳定，导致电压波动；光伏电站输出的直流电经逆变器变成交流电，会产生大量谐波，导致对电网污染；光伏电站基本上为纯有功输出，导致并网后的无功平衡问题；目前光伏电站容量远小于常规电站容量，远距离输送不经济。

问题的解决方法：需要加快光伏电站建造的技术进步；需要取得关键设备环节的技术突破；需要光伏企业和电网企业的共同努力；需要国家对大型光伏电站上网的政策扶持。

4.2 建设大型光伏并网电站的意义

首先，大型光伏并网电站有利于促进光伏产业的发展：有利于把更多的太阳能转化为电能；有利于提高光伏电站装机的比例；有利于扩大光伏产品的应用市场；有利于解决能源危机和化石能源产生的环境污染对人类的挑战。

其次，大型光伏并网电站有利于节能减排：火力发电站发4500万度电节煤14625吨，排放二氧化碳58500吨；1MW光伏电站发4500万度电节煤15300吨，减排二氧化碳61976吨。

此外，大型光伏电站上网的技术障碍是可以解决的：我国已初步掌握兆瓦级并网光伏系统的关键技术，且已经在上海、甘肃武威、西藏羊八井等地建成了与城市景观和建筑相结合兆瓦级并网光伏电站、大型荒漠并网光伏电站。

5 小结

光伏发电及其并网目前只处于初级阶段,预计在2030年之后增长率会持续增高。那时光伏并网发电在各种发电形式中将占主导地位,拥有稳定而快速增长的市场；随着科学技术的逐渐成熟，发电成本会显著降低到可接受的范围。因此，光伏发电将在未来成为安全可靠的可再生能源发电的主要形式之一，并且随着并网技术的逐渐成熟，甚至将成为电力主要供应形式，拥有广阔的市场前景。

［1］叶漫红,林日明,蔡文.太阳能光伏电站入网方式探讨[J].江西电力,2011,1(35).

［2］崔容强,赵春江,吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京:化学工业出版社,2007,7.

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