太阳能光伏发电及相关技术研究

郑志刚

摘要：近些年，随着社会经济的发展，对清洁能源越来越重视，我国提出了“碳中和、碳达峰”目标，这在一定程度上促使太阳能、风能等清洁绿色能源受到关注。现阶段太阳能光伏发电技术逐渐趋于完善，基本能够实现运行目标，与社会能源消耗需求相符，因此光伏发电并网和相关技术发展成为人们关注的重点。基于此，在简述太阳能光伏并网发电的基础上，阐述太阳能光伏系统并网技术的具体应用。

关键词：太阳能光伏；并网发电技术

引言

我国传统电力行业具有污染性强、能源消耗大、劳动密集等特点，在新时代背景之下，为稳步推进我国电力事业发展，降低能源损耗对电力事业的影响，党和国家制定了多项政策，以期通过多措并举的方式推动能源电力的转型与升级。而太阳能光伏发电具有绿色、环保的优势，因此，我国近几年来加大了对其的开发力度，但由于太阳光不够稳定，所以在储能方面还存在着较多阻力。

1太阳能光伏发电技术的优点

1)电能供应比较稳定太阳能光伏发电技术使用的是太阳能资源，以往的太阳能要加热太阳能，人类在早期发现了光生伏打效应，受到技术和生产能力等限制，20世纪50年代才生产出单品硅光伏电池。这些技术迅速引起了世界各地的关注，可是电池的生产成本很高，故并未得到大面积的推广。21世纪，光伏发电技术发展越来越好，与之相关的材料和设备成本变低，这有助于太阳能光伏发电技术的有效运用。当下，光伏发电系统的使用很普遍。太阳能光伏发电电厂给各个乡镇和城市提供电能电力。在政府部门的推广下，太阳能光伏发电系统给更多用户带来了稳定的电能资源。2)储量丰富，清洁干净太阳能资源属于一种清洁性能源，这类能源的总量丰富；与以往的化石能源燃烧发电技术相比，太阳能光伏发电技术不容易破坏生态环境，能源过度开采与使用现象有所缓解。就太阳能资源的分布情况来看，我国拥有很广的地域面积，西部高原地带拥有丰富的太阳能资源，人口密度比较低，这给光伏发电技术的发展带来了充分的条件，一些地区的太阳能辐射量高于每平方米每小时4千瓦，西北部分地区的辐射量高于每平方米每小时7千瓦。

2太阳能光伏发电及相关技术研究

2.1太阳能电池技术

在光伏发电系统中，太阳能电池为关键部件，关系着系统能否可靠发电。在光伏发电过程中，需要对太阳能电池进行串联和封装保护，构成大面积太阳电池组件，配合使用功率控制器则能构成发电装置，在无需架设电线和消耗能源的情况下即可就地发电供电。结合以往新能源的光伏发电技术应用情况来看，由于过去生产太阳能电池时将硅片当成主材，经过一段时间使用后出现充电慢、电池容量变小等缺陷，导致电池使用寿命较短，在电池价格较高的情况下，限制了光伏发电技术的应用推广。伴随着多晶硅、薄膜等技术的发展，人们开始使用多晶硅和薄膜太阳能电池，有效提高电池光能转换效率，并且降低了发电和生产成本。应用聚光光伏技术，可以将太阳能聚集在光伏电池上，在太阳能密度较低的情况下依然可以持续发电。而在小面积电池上聚集能量，可以减少光伏建设面积，获得更高太阳能转化率，使系统整体经济效益得到提升。

2.2并网系统的应用

对于太阳能光伏并网系统来说，基本的工作特征表现为太阳能电池组件形成直流电，逐渐转化为与电网要求相适应的交流电网，直接和公共电网连接到一起，光伏电池方阵产生的电力除了负责交流负载外，剩下的并入电网。如此一来，当出现下雨天气时，太阳能电池设备尚未生成电能，无法有效承载全部的用电荷载，电网就开始供电。太阳能发电能够直接进入到供网系统中，不需要安装蓄电池，省去了蓄电池储能和释放这一阶段，防止出现过度消耗各项资源的现象，降低了系统运营成本。但存在的问题是，要将专业性的逆变器安装到整个系统运行阶段，使输出的电能与标准要求相符合，也会消耗部分能量，该项系统和公用电网以及太阳能电池组件作为交流负载的电源，整个系统的负载电流随之下降。并网光伏系统在公共电网中提高了系统整体运行的效果，但是各项系统具备分散性特征，属于分散类型的发电系统，所以必须重视并网系统。

2.3光伏组件模组化深化设计

考虑各建筑物单体屋面的有效面积，合理避开天窗、风机、运维通道，对光伏组件进行模组化深化设计，每20~26块电池组件串联为一个电池组串，每15~18路电池组串接入一台大功率组串式逆变器（196kW），减少了常规的汇流箱设置，每路光伏组件电池组串产生的直流电直接汇流至逆变器输入端，交流电从逆变器输出端利用交流电缆引接至10kV箱式变压器。

2.4转变储能控制路径

首先，可以利用变换器对太阳能光伏发电储能进行控制。太阳能光伏发电储能系统中的变换器有两种：一是单向DC/DC变换器；二是双向的DC/DC变换器。如果使用单向变化器，则能量存储受限的因素较多，且无法保证能量的正常流动，难以满足实际的储能需求。因此，可以选择双向变换器来解决单向变换器所存在的受限问题，其能够使能量在两个不同的方向上进行能量传输与流动，能够让电流极性发生变化，而电压极性维持不变，这样既能够满足能量快速传递的要求，又可以达到光伏发电储能的标准。其次，可以通过软开关的方式，来进行储能的控制。在使用双向变换器时，其功率器件在开关的过程中会产生较大的开关冲击，从而产生能量损耗，并且对电路产生EMC干扰。因此，技术人员可以考虑通过软开关的方式，来实现零电流开关与零电压开关的目标，这样就可以减少变换器的损耗，以达到理想的控制状态。最后，可以利用钠电池代替传统的太阳能光伏发电储能电池，钠电池具备以下几种优势：（1）与传统的锂离子电池相比，其倍率性能更高，并且可以能够满足我国响应型储能与规模供电的需求。（2）其温域的适应范围更广，即便是在-20℃的环境中，也可以将放电率保持在90%以上。（3）钠电池的使用更加安全。其化学性质更为稳定，相比于锂离子电池而言其内阻更高，短路发热量也更低。

2.5并网光伏发电系统

光伏发电系统和电网联系起来，借助公共电网的力量，可以给社会提供稳定的电能资源。并网光伏发电系统需要相关部门使用电网资源，确保光伏发电系统的电能储备和运输等。光伏发电系统在并网的时候无须安装太阳能蓄电池，可以直接给市场带来电能资源，光伏发电系统的运行与管理成本比单独的运行成本更低。在公共电网的帮助下，光伏发电系统的供电更加稳定和高效。这一方法和单独的光伏发电系统相比有着较高的太阳能转换率，故光伏发电技术在推广和使用的时候，并网光伏发电系统具有较好的运用前景。

结语

新能源光伏发电技术的应用推广获得了国家的大力支持，在许多领域得到了应用。而在实际进行项目建设的过程中，还应正确选用太阳能电池，并合理进行光伏列阵建设，保证太阳能得到高效转化。掌握光伏系统发电和供电关键技术，合理应用技术进行离网型、分布式等光伏系统的建设，应结合系统特点科学进行发电装置的安装布置，保证系统维持可靠运行。

参考文献

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