太陽(yáng)能光伏發(fā)電研究綜述

劉凱

（佛山順德供電局大良供電所 廣東順德 528300）

太陽(yáng)能光伏發(fā)電研究綜述

劉凱

（佛山順德供電局大良供電所 廣東順德 528300）

隨著我國(guó)煤炭等不可再生資源的不斷減少，以火力發(fā)電為主的電力生產(chǎn)模式亟需進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，在此背景下，可再生的清潔能源的開(kāi)發(fā)利用勢(shì)必成為我國(guó)電力事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題，太陽(yáng)能作為廣泛存在的清潔能源無(wú)疑是被開(kāi)發(fā)利用的首選。太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用關(guān)鍵在于光伏發(fā)電技術(shù)，本文將重點(diǎn)講述太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理、運(yùn)行方式和系統(tǒng)組成，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)分析我國(guó)光伏發(fā)電應(yīng)用和推廣存在的問(wèn)題，最后對(duì)光伏發(fā)電的普及提出建議。

太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；離網(wǎng)光伏系統(tǒng)；并網(wǎng)光伏系統(tǒng)；存在問(wèn)題；建議

引言

當(dāng)前我國(guó)的新能源發(fā)電應(yīng)用主要有風(fēng)力、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽馨l(fā)電以及生物質(zhì)能發(fā)電。而其中風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能和海洋能發(fā)電具有地域獨(dú)特性，不具普遍性；地?zé)崮馨l(fā)電成本高效率低，不具經(jīng)濟(jì)性；唯有太陽(yáng)能發(fā)電具有普遍應(yīng)用性，且安裝方便，可實(shí)施性強(qiáng)。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)利用在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和趨勢(shì)

世界當(dāng)前對(duì)太陽(yáng)能的利用主要有兩種形式：熱利用和光伏發(fā)電[1]。其中光伏發(fā)電是對(duì)新能源和可再生能源利用的重要方式，光伏發(fā)電技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前世界上最具有發(fā)展前景的新能源技術(shù)之一。

各國(guó)除了在地表進(jìn)行分布式太陽(yáng)能發(fā)電的建設(shè)和推廣外，部分發(fā)達(dá)國(guó)家甚至有了在太空中建設(shè)具有太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站的探索，日本、美國(guó)以及歐洲等國(guó)對(duì)宇宙太陽(yáng)能發(fā)電計(jì)劃正在做一些試驗(yàn)性研究[2～3]。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的技術(shù)原理、運(yùn)行方式及系統(tǒng)組成

2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的技術(shù)原理

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理是是基于半導(dǎo)體P-N結(jié)接收太陽(yáng)光照產(chǎn)生光伏效應(yīng)，當(dāng)太陽(yáng)光照射半導(dǎo)體材料時(shí)，材料吸收光能產(chǎn)生光生“電子-空穴”對(duì)，在P-N結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，電子被驅(qū)向N區(qū)，空穴別被驅(qū)向P區(qū)，由于電子和空穴的定向移動(dòng)，在材料內(nèi)部形成一個(gè)與P-N結(jié)相反的電場(chǎng)，該電場(chǎng)抵消掉P-N結(jié)電場(chǎng)后，剩余的場(chǎng)強(qiáng)分別使P區(qū)帶正電，N區(qū)別帶負(fù)電，于是產(chǎn)生了N區(qū)指向P區(qū)的電動(dòng)勢(shì)形成電源，當(dāng)接入負(fù)載形成回路時(shí)，則有電流從P區(qū)流出，經(jīng)負(fù)載流入N區(qū)。

2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的運(yùn)行方式

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式可分為：離網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行[4]。不與公用供電電網(wǎng)相連，獨(dú)立運(yùn)行的供電系統(tǒng)稱(chēng)為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)；與公用供電電網(wǎng)相連的稱(chēng)為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)[5]。

2.2.1 離網(wǎng)光伏系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣模塊、控制器模塊、蓄電池模塊、逆變器模塊等組成。太陽(yáng)能電池是電能產(chǎn)生的基本元件，一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生大約0.45V電壓，遠(yuǎn)低于實(shí)際生產(chǎn)生活所需要的電壓，因此需要將太陽(yáng)能電池串聯(lián)成組件，將多個(gè)組件串接形成方陣，可以獲得我們所需的電壓。

控制器模塊是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心單元。控制器的作用：①防止蓄電池被太陽(yáng)能電池組件過(guò)充電和被負(fù)載過(guò)放電，實(shí)現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放保護(hù)；②運(yùn)行狀態(tài)指示，通過(guò)顯示器以及一些指示燈指示光伏系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息；③設(shè)備保護(hù)，有設(shè)備故障或短路引起的過(guò)電壓過(guò)電流保護(hù)功能。

2.2.2 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可分為集中并網(wǎng)光伏發(fā)電站式和分布式光伏系統(tǒng)兩種。分布式光伏系統(tǒng)較集中并網(wǎng)光伏發(fā)電站式具有造價(jià)低、建設(shè)周期短、占地面積小、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，分布式光伏系統(tǒng)又為可逆流式系統(tǒng)與不可逆流式系統(tǒng)兩種。可逆流系統(tǒng)在電力剩余時(shí)可將剩余電能送入電網(wǎng)，電力不足時(shí)由電網(wǎng)供電；不可逆流系統(tǒng)不能向電網(wǎng)反饋電能，電力不足需由電網(wǎng)供電。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否有儲(chǔ)能裝置又可分為有儲(chǔ)能系統(tǒng)和無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)。有儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)主動(dòng)性強(qiáng)，在電網(wǎng)停電情況下仍可正常供電。

3 我國(guó)光伏發(fā)電的普及應(yīng)用存在的問(wèn)題

3.1 成本太高

相比于小水電等分布式電源點(diǎn)，光伏發(fā)電的生產(chǎn)成本高、上網(wǎng)電價(jià)貴，從經(jīng)濟(jì)效益考慮無(wú)論電網(wǎng)公司或是用戶(hù)都不會(huì)首選光伏發(fā)電，目前我國(guó)分布式光伏發(fā)電的推廣主要靠少數(shù)企業(yè)和政府的優(yōu)惠政策，光伏發(fā)電推廣普及不高，發(fā)展相對(duì)緩慢。

3.2 上網(wǎng)電能質(zhì)量無(wú)法保障

由于光伏電能生產(chǎn)過(guò)程中有將直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電的環(huán)節(jié)，逆變后的電壓幅值和電壓波形、頻率是否能與工頻電壓保持一致很難保障，各個(gè)廠家的產(chǎn)品也是良莠不齊，光伏電能上網(wǎng)對(duì)公用電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)不安全因素。

3.3 分布式光伏發(fā)電設(shè)備的維護(hù)困難

按照目前電網(wǎng)公司和用戶(hù)資產(chǎn)分界管理模式，屬于電網(wǎng)投資建設(shè)的光伏設(shè)備和用戶(hù)投資移交給電網(wǎng)公司的光伏設(shè)備由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)維護(hù)，用戶(hù)自由產(chǎn)權(quán)的光伏設(shè)備由用戶(hù)自行維護(hù)。光伏發(fā)電設(shè)備屬于新型技術(shù)設(shè)備，在電網(wǎng)中應(yīng)用較少，無(wú)論是電網(wǎng)維護(hù)人員還是普通用戶(hù)都缺乏對(duì)此類(lèi)設(shè)備的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)光伏設(shè)備可能發(fā)生的故障和故障后的應(yīng)急處置方法都有所欠缺，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)不確定因素。

3.4 光伏并網(wǎng)計(jì)量收費(fèi)方式尚需理順

電網(wǎng)公司對(duì)于各種形式光伏發(fā)電并網(wǎng)的計(jì)量收費(fèi)方式不一，對(duì)于不可逆流系統(tǒng)的光伏發(fā)電并網(wǎng)可按常規(guī)用戶(hù)計(jì)量，對(duì)于可逆流系統(tǒng)的光伏發(fā)電用戶(hù)并網(wǎng)計(jì)量問(wèn)題還需進(jìn)一步理順：①電網(wǎng)公司是否愿意購(gòu)買(mǎi)電能質(zhì)量不高的反饋電問(wèn)題；②用戶(hù)向電網(wǎng)反饋電能的上網(wǎng)價(jià)格如何確定問(wèn)題；③隨著日后光伏用戶(hù)增多電能統(tǒng)一調(diào)度的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展迅速，其存在的問(wèn)題也不容忽視，我們需重點(diǎn)對(duì)降低光伏生產(chǎn)成本、提高光伏發(fā)電效率、保證光伏電能質(zhì)量等方面突破提升，只有掌握了核心技術(shù)，才會(huì)有核心競(jìng)爭(zhēng)力。另外電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)人員也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)習(xí)探究光伏并網(wǎng)后的設(shè)備管理，制定相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)急處置措施，共同推進(jìn)我國(guó)光伏事業(yè)的發(fā)展，改革電能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)新的時(shí)代潮流。

[1]楊敏林，楊曉西，林汝謀，等.太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)與系統(tǒng)[J].熱能動(dòng)力工程，2008（3）：3～7.

[2]李文婷，劉宏，等.國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展綜述[J].青海電力，2004（4）：3～6.

[3]高峰，孫成權(quán)，等.太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].世界科技研究與發(fā)展，2001，23（4）：35～39.

[4]馬兆彪.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分析與研究[D].江蘇：江南大學(xué)，2008.

[5]林珊.太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)研究[D].廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，1999.

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1004-7344（2016）26-0095-01

2016-8-30