光伏发电技术的研究现状和应用前景探讨

许大维

[摘要]光伏发电技术不仅具有广阔的发展空间，而且带来了诸多就业契机，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。文章梳理了光伏发电技术产业现状，对其主要技术展开分析，并探究了光伏发电技术的未来应用前景。

[关键词]光伏发电技术；研究技术；应用前景

[DOI]1013939/jcnkizgsc201915069

以往的化石能源资源逐渐贫瘠，环境的严重破坏限制了世界经济的良好发展。能源需求量直线上升，相关资源现已变成主要的战略物资。和其他国家相比，我国化石能源短缺效果更加明显。据有关预测表示，我国现存煤炭资源在104年之内会全部采完，电能供应缺口则会在2020年到达100GW。

1国内外光伏电产业现状分析

太阳能光伏发电近些年备受世界各国关注，日本充分运用其技术优势，不断研发光伏电产品，产量现已超过世界产量的60%；英国、美国、德国、日本等企业也已垄断世界范围内的相关产品市场，出口额达到全球贸易额的85%之上。根据欧盟预估，此市场会从当下的3500MW上升至2020年的75Gp，光伏发电能满足非洲35%、OECD国家和经济合作国家15%的电力需求。

对比先进国家，我国光伏发电产业生成两头在外的局面，具体是指92%的原材料都是进口而来，而92%的光伏产品却流进了国际市场。其产业的发展速度也较慢，相应的光伏材料发展也无法与时俱进。早在上个世纪中期我国就已对太阳能光伏电池展开探究，并且把其成功运用在了东方红二号卫星上。从70-80年代，因为成本较高，太阳电池使用范围也比较局限。直至90年代后，伴随成本的减少，太阳电池产量飞速提升，其开始进军农村电气化与工业领域，开辟出更多的市场，我国也确定了具体的光伏计划。到2017年，我国电池产量达到了400MW，组件产量有600MW。[1]

2光伏发电设施的主要技术

21PV系统构造

PV系统又叫做基本光伏电池系统，主要有交流模块、串型、集中型等模式。

其中集中型构造只需要一台变流器，构造简单，逆变器工作效率非常高。但此系统的抗阴影与抗热斑效果较差，导致MPPT无法让系统保持最大功率点运作，而且周围分布的二极管与阻塞会加大系统损耗，降低系统的冗余水平与延伸水平。

串型构造虽然没有阻塞二极管，运行效率良好，抗阴影效果与抗热班效果好，设计出了多串MPP，系统的冗余与延伸水平较高，但依然存在阴影与热斑效果，而且随着逆变器数量的增加成本不断升高，逆变效率逐渐降低。

交流模块型构造不存在阻塞与旁路二极管，也不存在阴影与热斑现象；单独MPP设计，运行效率较高，系统的冗余与延伸水平较高；在光伏建筑一体化中的利用率较高。然而其只能在容量较小的逆变器中设计应用，效率较低。[2]

22MPPT技术

此技术具体是指按照太阳能电池所创造的最大功率来协调输出，把最大功率转变成效率。最基础的算法包括电导微增法与爬山法，大多数算法都是基于此衍生而来，其中前者对检测精度有着较高要求，后者则较低。

23并网逆变器种类

231关于直接耦合系统

因为去除了工频变压器，所以效率逐渐升高、构造越来越简单、有着良好的稳定性。但其不足之处体现在以下几方面：一方面，电网和太阳能间未能做到电气隔离，电池板两极存在电压，安全隐患居多，触电事故屡见不鲜，无法满足电气安全标准规定。另一方面，直流测电压要具备可逆变的电压等级，具体而言就是普通电流侧的MPPT电压要超过350V。这无论是对整个系统还是各个电池组件而言都有着较高要求，易发生漏电问题。

232关于工频隔离系统

此系统的优点包括构造简单、稳定性高、安全性好、直流侧的MPPT电压上限与下限的比值通常在三倍之内。但其运行效率低，而且变压器会让系统变得比较笨重。

24孤岛效应保护技术

孤岛效应，具体是指电网中的一些线路因为要维修或出现故障时会停电，停电线路会通过并网发电装备继续供应电能，同时协同附近负载组成一个自给自足的供电孤岛。

出现此效应再来较多不良影响：第一，让频率与电压波动现象越来越严重，有时还会失控，进而损坏电网与用户设施；第二，把孤岛系统再次连接到电网中时，重合闸以后，系统内的分布式发电装备若和电网无法同步，会让电路断路器装备遭到破坏，而且还会出现较大的冲击电流，进而损坏孤岛系统内的相关装备，有可能发生再次跳闸的情况。第三，这一效应无法彻底根除故障问题，损坏电网设施，而且影响电网常规供电的手动或者自动回复。第四，让某些被视为已和电源断开连接的线路带电，严重威胁工作人员的人身安全。

但若是清除了现阶段出现的经济与技术阻碍，搭配运用一些新兴的控制对策，同时重新设计分布式发电体系的构造，那么孤岛效应可以提升某些负荷供应的安全性与稳定性。

3光伏发电的发展前景

31我国强化光伏发电的必要性

一是和外国相比较，我国能源系统还无法实现可持续发展。国内人口数量较多，人均资源占有量只有世界的1/2，天然气与石油资源只占世界人均量的1825与149%。而且能源应用技术落后，效率较低，耗能多，衰竭速度明显加快，能源稀缺的威胁会提前到来。

能源供需缺口逐渐增加。到2020年，我国总需求量28亿吨标准煤，依然少50亿吨标准煤；到2050年，每次需求量都会达到41亿吨标准煤，缺口增加到11亿吨标准煤，短缺超过30%。

大量燃烧煤炭，会严重破坏生态环境。煤炭基本满足了1次能源需求的75%，70%城市的二氧化硫超出我国空气质量相关标准要求，存在的大气颗粒物也已超过25%，在冬天时污染物浓度会越来越大，一般是夏天的两倍。

二是满足我国基本国情。农村要想实现小康建设必须要广泛推广与应用光伏发电。我国13亿多人口有75%的人民都是在农村居住，一年要消耗7亿多吨标准煤能量，其中有1/2源自于可再生资源，但这些资源现阶段还在沿用过去的利用形式。

光伏发电可以提高农村生活质量，保护生态建设成果。当下，有3亿多人备受沙漠化影响，但燃烧生物质能源在大部分区域依然是生活用能的主要形式，损坏了大量植物，破坏生态平衡。建设出一系列方便、清洁的用能体系，能为退耕还林工程的顺利完成奠定良好基础。

32光伏发电的未来前景

首先，光伏发电是一种单独的光伏系统，在离网工业领域、交通信号灯、离网住宅供电领域等方面有着较大的发展空间。现阶段，一些太阳能路灯、机场跑道照明系统、隧道照明系统等均是单独的光伏发电系统。

其次，其属于并网光伏系统，在缓和光伏、用户并网光伏以及电站系统中有着良好的未来前景。

最后，光伏发电目前在光伏声屏障系统与建筑一体化中的利用率也逐渐升。所谓建筑一体化，具体是指其建筑、景观相融合，光伏市场中占据较大份额的是基于BIPV的光伏屋顶，特别是近些年德国与日本在安装光伏时均采用了并网方式。

4结论

综上所述，光伏发电技术的出现与运用是时代发展的必然趋势，相关人员必须要加大创新力度，让其更加满足我国基本国情，不断提高系统的安全稳定性，从而提高资源利用率。

參考文献：

[1]蒋莉，代翠玲，黄伟文弃光现象成因及光伏产能转化路径研究——以西北地区为例[J].中国集体经济，2018（35）：30-31.

[2]李翔，陈启卷，饶宛，等基于HPSO算法光伏并网逆变器MPPT技术研究[J].可再生能源，2018，36（11）：1600-1604.