光伏發電技術的研究現狀和應用前景探討

許大維

[摘要]光伏發電技術不僅具有廣闊的發展空間，而且帶來了諸多就業契機，在國民經濟中發揮著越來越重要的作用。文章梳理了光伏發電技術產業現狀，對其主要技術展開分析，并探究了光伏發電技術的未來應用前景。

[關鍵詞]光伏發電技術；研究技術；應用前景

[DOI]1013939/jcnkizgsc201915069

以往的化石能源資源逐漸貧瘠，環境的嚴重破壞限制了世界經濟的良好發展。能源需求量直線上升，相關資源現已變成主要的戰略物資。和其他國家相比，我國化石能源短缺效果更加明顯。據有關預測表示，我國現存煤炭資源在104年之內會全部采完，電能供應缺口則會在2020年到達100GW。

1國內外光伏電產業現狀分析

太陽能光伏發電近些年備受世界各國關注，日本充分運用其技術優勢，不斷研發光伏電產品，產量現已超過世界產量的60%；英國、美國、德國、日本等企業也已壟斷世界范圍內的相關產品市場，出口額達到全球貿易額的85%之上。根據歐盟預估，此市場會從當下的3500MW上升至2020年的75Gp，光伏發電能滿足非洲35%、OECD國家和經濟合作國家15%的電力需求。

對比先進國家，我國光伏發電產業生成兩頭在外的局面，具體是指92%的原材料都是進口而來，而92%的光伏產品卻流進了國際市場。其產業的發展速度也較慢，相應的光伏材料發展也無法與時俱進。早在上個世紀中期我國就已對太陽能光伏電池展開探究，并且把其成功運用在了東方紅二號衛星上。從70-80年代，因為成本較高，太陽電池使用范圍也比較局限。直至90年代后，伴隨成本的減少，太陽電池產量飛速提升，其開始進軍農村電氣化與工業領域，開辟出更多的市場，我國也確定了具體的光伏計劃。到2017年，我國電池產量達到了400MW，組件產量有600MW。[1]

2光伏發電設施的主要技術

21PV系統構造

PV系統又叫做基本光伏電池系統，主要有交流模塊、串型、集中型等模式。

其中集中型構造只需要一臺變流器，構造簡單，逆變器工作效率非常高。但此系統的抗陰影與抗熱斑效果較差，導致MPPT無法讓系統保持最大功率點運作，而且周圍分布的二極管與阻塞會加大系統損耗，降低系統的冗余水平與延伸水平。

串型構造雖然沒有阻塞二極管，運行效率良好，抗陰影效果與抗熱班效果好，設計出了多串MPP，系統的冗余與延伸水平較高，但依然存在陰影與熱斑效果，而且隨著逆變器數量的增加成本不斷升高，逆變效率逐漸降低。

交流模塊型構造不存在阻塞與旁路二極管，也不存在陰影與熱斑現象；單獨MPP設計，運行效率較高，系統的冗余與延伸水平較高；在光伏建筑一體化中的利用率較高。然而其只能在容量較小的逆變器中設計應用，效率較低。[2]

22MPPT技術

此技術具體是指按照太陽能電池所創造的最大功率來協調輸出，把最大功率轉變成效率。最基礎的算法包括電導微增法與爬山法，大多數算法都是基于此衍生而來，其中前者對檢測精度有著較高要求，后者則較低。

23并網逆變器種類

231關于直接耦合系統

因為去除了工頻變壓器，所以效率逐漸升高、構造越來越簡單、有著良好的穩定性。但其不足之處體現在以下幾方面：一方面，電網和太陽能間未能做到電氣隔離，電池板兩極存在電壓，安全隱患居多，觸電事故屢見不鮮，無法滿足電氣安全標準規定。另一方面，直流測電壓要具備可逆變的電壓等級，具體而言就是普通電流側的MPPT電壓要超過350V。這無論是對整個系統還是各個電池組件而言都有著較高要求，易發生漏電問題。

232關于工頻隔離系統

此系統的優點包括構造簡單、穩定性高、安全性好、直流側的MPPT電壓上限與下限的比值通常在三倍之內。但其運行效率低，而且變壓器會讓系統變得比較笨重。

24孤島效應保護技術

孤島效應，具體是指電網中的一些線路因為要維修或出現故障時會停電，停電線路會通過并網發電裝備繼續供應電能，同時協同附近負載組成一個自給自足的供電孤島。

出現此效應再來較多不良影響：第一，讓頻率與電壓波動現象越來越嚴重，有時還會失控，進而損壞電網與用戶設施；第二，把孤島系統再次連接到電網中時，重合閘以后，系統內的分布式發電裝備若和電網無法同步，會讓電路斷路器裝備遭到破壞，而且還會出現較大的沖擊電流，進而損壞孤島系統內的相關裝備，有可能發生再次跳閘的情況。第三，這一效應無法徹底根除故障問題，損壞電網設施，而且影響電網常規供電的手動或者自動回復。第四，讓某些被視為已和電源斷開連接的線路帶電，嚴重威脅工作人員的人身安全。

但若是清除了現階段出現的經濟與技術阻礙，搭配運用一些新興的控制對策，同時重新設計分布式發電體系的構造，那么孤島效應可以提升某些負荷供應的安全性與穩定性。

3光伏發電的發展前景

31我國強化光伏發電的必要性

一是和外國相比較，我國能源系統還無法實現可持續發展。國內人口數量較多，人均資源占有量只有世界的1/2，天然氣與石油資源只占世界人均量的1825與149%。而且能源應用技術落后，效率較低，耗能多，衰竭速度明顯加快，能源稀缺的威脅會提前到來。

能源供需缺口逐漸增加。到2020年，我國總需求量28億噸標準煤，依然少50億噸標準煤；到2050年，每次需求量都會達到41億噸標準煤，缺口增加到11億噸標準煤，短缺超過30%。

大量燃燒煤炭，會嚴重破壞生態環境。煤炭基本滿足了1次能源需求的75%，70%城市的二氧化硫超出我國空氣質量相關標準要求，存在的大氣顆粒物也已超過25%，在冬天時污染物濃度會越來越大，一般是夏天的兩倍。

二是滿足我國基本國情。農村要想實現小康建設必須要廣泛推廣與應用光伏發電。我國13億多人口有75%的人民都是在農村居住，一年要消耗7億多噸標準煤能量，其中有1/2源自于可再生資源，但這些資源現階段還在沿用過去的利用形式。

光伏發電可以提高農村生活質量，保護生態建設成果。當下，有3億多人備受沙漠化影響，但燃燒生物質能源在大部分區域依然是生活用能的主要形式，損壞了大量植物，破壞生態平衡。建設出一系列方便、清潔的用能體系，能為退耕還林工程的順利完成奠定良好基礎。

32光伏發電的未來前景

首先，光伏發電是一種單獨的光伏系統，在離網工業領域、交通信號燈、離網住宅供電領域等方面有著較大的發展空間。現階段，一些太陽能路燈、機場跑道照明系統、隧道照明系統等均是單獨的光伏發電系統。

其次，其屬于并網光伏系統，在緩和光伏、用戶并網光伏以及電站系統中有著良好的未來前景。

最后，光伏發電目前在光伏聲屏障系統與建筑一體化中的利用率也逐漸升。所謂建筑一體化，具體是指其建筑、景觀相融合，光伏市場中占據較大份額的是基于BIPV的光伏屋頂，特別是近些年德國與日本在安裝光伏時均采用了并網方式。

4結論

綜上所述，光伏發電技術的出現與運用是時代發展的必然趨勢，相關人員必須要加大創新力度，讓其更加滿足我國基本國情，不斷提高系統的安全穩定性，從而提高資源利用率。

參考文獻：

[1]蔣莉，代翠玲，黃偉文棄光現象成因及光伏產能轉化路徑研究——以西北地區為例[J].中國集體經濟，2018（35）：30-31.

[2]李翔，陳啟卷，饒宛，等基于HPSO算法光伏并網逆變器MPPT技術研究[J].可再生能源，2018，36（11）：1600-1604.