新能源光伏发电技术应用思考

郭宗武

河北省广播电视三0七发射台 河北 石家庄 050000

引言

由于当前的太阳能光伏发电这一方式不受传统自然能源的限制，对于制造材料以及发展空间的展望也比较长远。因此它是我们将来在非化石能源以及可替代能源领域研究运用的主体。

1 光伏发电技术的原理及特点

1.1 光伏发电技术的原理

新能源光伏发电技术的社会运用，对我国的建设具有积极促进作用，对社会具有商业价值。光伏发电技术作为一种新型发电技术，仍具有非常大的研发潜力。光伏发电技术主要是依赖半导体材料，将太阳能逐渐转换成电能的过程，是一种光伏发电的系统。光伏发电主要有两种形式，分别为“光、热、电”转换形式和“光、电”转换形式。“光、热、电”转换形式主要运用太阳光照辐射形成的热量发电，使用太阳能集热器吸收热量，启动汽轮机发电。“光、电”转换形式有效运用光伏效应，使太阳的辐射转变为电能，太阳光照到半导体上，会将太阳光能转变为电能，形成电流[1]。现阶段，中国太阳能方阵由很多电池排列组合构成，太阳能电池方阵有助于光伏发电。

1.2 智能光伏发电的特点

光伏发电是通过利用半导体界面，将太阳能转为电力新能源的一种新型技术，主要由太阳能电池组件、控制器以及逆变器组成。由于太阳能属于可再生资源，在我国分布较广，尤其是在西北地区，日照时间长，该项技术有更加充分的发展空间。通常情况下光伏发电的投资收益会保持在25年以上，这主要是源于光伏发电的核心部件太阳能板有10～25年的质量保障。另外，光伏发电的电池组件体积小、重量轻，在运输和安装方面更加便捷，且运行维护成本相对较低，可以实现无人值守。最为重要的是绿色环保、安全稳定。基于以上种种优点，得到了相关部门的大力支持，也促进了部分企业对光伏发电的研究。

2 中国光伏能源的市场分析

中国国内太阳能光伏电池市场分析。在2008年以前，我国大部分的光伏发电主要用于一些需要离网工程，例如无电地区的离网电站、各种家庭供电，高原地区的通信、气象、铁路以及太阳能路灯等。因此，国家先后开展了西藏的无电县建设、中国的光明工程、西藏的阿里光电计划、农村的输变电工程、无电地区的电力建设以及广大农村地区的新照明工程等国家电力发展建设规划；在“九五”至“十二五”期间，我国也先后开展了一批基于城市的，太阳能光伏电池并网发电以及大型沙漠的并网电站项目；在2009年，开始启动了大范围的光电建设、全国的金太阳示范工程以及敦煌大漠的光伏电站等多个电力开发项目。就是在这些新能源电力项目的推动下，我国的国内太阳能光伏电池市场发展十分迅速。基于用户侧的并网光伏电池市场。过去，并网发电约占全球光伏发电市场总量的90%以上，而在各种并网的光伏发电市场中，经用户侧与民用建筑结合的太阳能光伏并网发电系统就要占90%以上，在德国，开展大规模并网发电的传输侧仅占总体的10%，而美国也仅占6%。德国基于用户侧的并网光伏发电的“100000屋顶计划”、日本基于用户侧的并网光伏的“100000屋顶计划”还有美国的“百万屋顶计划”，其主要目的就是，在低压的用户侧接入太阳能光伏电网的分布式发电系统[2]。因为这种基于用户侧的并网发电方式是对光伏发电开发最有效的利用方式，因此也受到众多光伏电力公司的欢迎。

3 新能源光伏发电技术应用

3.1 光伏发电及储能技术在广播电视发射台的应用

无线广播发射台往往设置在边远的山区或者草原，这些地方供电非常困难，随着光伏发电及储能技术的发展，小功率无人值守调频发射台可以采用光伏新能源供电进行补点，有效地提高覆盖面积，降低建台成本。

3.2 平滑出力波动

光伏发电系统的能量来源是太阳能，在夜晚光伏发电系统无法发电。利用储能装置，采用相关的控制策略，可以跟踪光伏发电系统的出力，在出力尖端时吸收电能，在出力低谷时释放电能，从而保持输出功率的平滑，也使对光伏发电出力的预测更为准确。从现有的研究成果可知，电池储能系统对于平滑光伏发电系统的出力波动具有显著作用。

3.3 对功角稳定性产生的影响

光伏电源所用到的电源属于静态原件，自身是不参加功角振荡的，它的稳定性不会出现波动，但是由于光伏电源自身具有随机波动等特点，使得大量的光伏进入电网，对电网既定的传播速度以及电力潮流分布产生了影响，并对电力系统的等效惯量造成缩减。接入的光伏会对功角的稳定性造成改变甚至是恶化，光伏电网还会因故障穿击保护能力不足而引发拖网，尤其是在光伏规模化、集中化后，将增强拖网给电力系统带来的冲击力，这种情况下则需要结合并网的具体情况来评估拖网的风险。

3.4 光伏发电并网系统仿真模型建立

光伏发电系统其组成一般包括：光伏电池组件（光伏阵列）、DC/DC变换器、控制器、逆变器、滤波稳压电路、变压器、电网系统等。光伏电池组件：光伏电池组件由多个光伏电池板按照串联、并联的方式组成，是光伏发电系统中的关键组成，根据光伏特效应将太阳能转换为电能[3]。光伏电池一般由单晶硅、多晶硅、砷化镓等具有特殊晶体结构的材料构成。光伏电池在太阳光照射下，产生光伏效应。这种能量转换包括电荷产生、分离、输运三个步骤。产生的电能为直流形式，且存在一定的波动性，无法直接并入当前的交流电力系统。DC/DC变换器：可以升高光伏电池所输出的直流电压，同时保证光伏发电系统的输出功率能一直接近最大输出功率。光伏电池具有随机波动性，易受外界温度和光照强度的影响，为了保证光伏发电系统一直工作在最大输出功率点上，需要采用最大功率点跟踪技术。控制器：该部分可以对整个光伏发电系统的工作状态进行控制。逆变器：光伏电池组件经过转换输出的电能一般都是直流电，为向电器提供电能，需要DC/AC逆变器，通过逆变产生交流电从而实现并网。滤波稳压电路：滤波器可以处理谐波，抑制谐波污染，提高系统的电能质量，起到稳定电压的作用。隔离变压器：隔离变压器的主要起到减少系统对配电网络的影响，保护系统安全的功能。通过调节系统参数，隔离变压器能够很好地阻碍直流电进入电网，并且大量抑制电网中的谐波。当光伏并网产生故障时，隔离变压器能够限制短路电流，并进行自我保护。

3.5 改善电能质量

由于受到天气、温度、组件倾角等因素的影响，光伏发电系统的输出功率会有所变化，造成了发电量的不稳定，使发电量预测的难度增加，对馈入电网的谐波产生影响。并且，随着太阳光照强度的变化，光伏发电功率会对电网潮流中的负荷特性产生一定的影响[4]。光伏发电系统并入电网之后，会对电网潮流的方向、现有电网调度、规划运行方式等产生影响，加大对电网调度及控制的难度。当大量光伏发电系统接入电网后，将加剧电压波动，引起电压调节装置的频繁动作，使电网的电能质量下降。当储能接入光伏发电系统后，由相应的能量转换系统控制储能装置的充放电，可以达到对电网调峰的目的，使光伏发电系统的发电量得到有效控制。此外，储能装置的接入可以抑制电网潮流方向的改变，增加电网的稳定性，从而提升光伏发电系统接入电网之后的电能质量。

3.6 单体用户

为了使光伏发电系统能够平稳运行，发电公司需重点分析新能源光伏发电技术应用渠道，结合每个区域发展的情况及运用情况，不断地扩大光伏发电技术的使用范围。很多领域中都能够使用太阳能技术，但小光伏发电技术通常使用在比较偏远的地区中，在使用过程中一定要做好所有环节的控制，相关的工作人员应根据实际状况使用光伏发电技术，从而使光伏发电能够有效地投入单体用户中，使光伏发电的价值发挥到最大。光伏发电在投入单体用户时，需要做好电量控制，通常为5~9kW，符合人们对电力的需求，充分地使用电能。

3.7 对电力系统的保护所产生的影响

为了能够保障电力系统的正常运转，需要完善电力保护措施，比如采用反孤岛功能装置，通过微机反孤岛保护装置进行智能保护[5]。当大量的智能光伏发电接入到电力系统后，会导致原有的配电系统压力增大，引发一系列的故障问题，包括网架结构由原来的单一电源转换成双电源结构，原有的电流以及方向会有巨大的变化。另外由于光伏发电的介入导致变压器的链接方式发生变化，和逆变器形成接地回路，这便导致设备发生故障。而单相故障问题的发生，还会使原有的继电保护性能发生一定的变化。当光伏发电加入后，需要对其建立保护措施而增加设备，这样也会对原有的平衡状态造成一定的不利影响。

3.8 其他领域中

光伏发电技术的功能性不断提升，与传统技术相比更具优势，在各行各业中得到非常广泛的使用，得到不同程度的实践，为居民提供了极大的便利与服务。近几年，光伏发电技术被应用在建筑设计和单体户中，也在其他领域得到使用，有效地发挥光伏发电的价值，使我国光伏发电技术在具体应用方面更上一个台阶，形成比较完善的发展模式，促进各行各业的可持续性发展。在油田行业的绿色照明体系中有效地使用光伏发电技术，使其发挥出自身存在的价值，提供非常优质的服务。

4 光伏产业的发展

将太阳能光伏发电作为当前新能源转型发展的重点。虽然水电、风电也属于新能源，但现实情况是，我国基本上大部分的水电资源都集中的分布在西南地区[6]。而对西南地区的水电资源进行大规模的开发，存在诸多问题，例如部分属于国际性的河流、长距离输电产生的损耗、潜在的生态保护问题以及高昂的开发成本等；而核电的发展又存在选址安全、未来对于核废料的处置方式、防止自然灾害或爆发战争造成的安全隐患等问题；还有由于我国三级地势阶梯，导致风力资源的分布特点十分明显，大部分的风力发电站主要建设在远离电力负荷中心的西部地区，因此又存在着当地消费不了以及远距离输电损耗严重的问题。但是运用太阳能的光伏发电就可以不受地域、自然资源条件、设备制造材料以及远距离传输损耗的限制。更加安全可靠。因此它是一种具有巨大发展前景的十分理想的清洁能源。各个研究院所要加大技术领域的研发投入，进一步提升我国光伏产业的科技核心竞争力。要努力通过在技术领域的创新进一步降低生产成本，牢牢巩固和发展我国光伏电池产业的核心竞争力，深入加强各种科技研发平台的建设，加快在技术创新领域的步伐，要使我国的光伏发电更好的发展。

5 结束语

综上所述，目前，需要根据实际状况对光伏发电技术进行创新，对以往传统的技术进行优化。光伏发电技术具有很大的优势，还具有一定的环保性，发射台也利用光伏发电进行了尝试，取得了良好的效果。相关部门一定要加大对此方面的重视，做好相应的研发工作，积极进行光伏发电技术的推广，完善以及优化目前发展的模式，对光伏发电技术的功能性进行提升，满足目前的发展需求。