郭宗武

河北省廣播電視三0七發(fā)射臺 河北 石家莊 050000

引言

由于當前的太陽能光伏發(fā)電這一方式不受傳統(tǒng)自然能源的限制，對于制造材料以及發(fā)展空間的展望也比較長遠。因此它是我們將來在非化石能源以及可替代能源領(lǐng)域研究運用的主體。

1 光伏發(fā)電技術(shù)的原理及特點

1.1 光伏發(fā)電技術(shù)的原理

新能源光伏發(fā)電技術(shù)的社會運用，對我國的建設(shè)具有積極促進作用，對社會具有商業(yè)價值。光伏發(fā)電技術(shù)作為一種新型發(fā)電技術(shù)，仍具有非常大的研發(fā)潛力。光伏發(fā)電技術(shù)主要是依賴半導(dǎo)體材料，將太陽能逐漸轉(zhuǎn)換成電能的過程，是一種光伏發(fā)電的系統(tǒng)。光伏發(fā)電主要有兩種形式，分別為“光、熱、電”轉(zhuǎn)換形式和“光、電”轉(zhuǎn)換形式?！肮?、熱、電”轉(zhuǎn)換形式主要運用太陽光照輻射形成的熱量發(fā)電，使用太陽能集熱器吸收熱量，啟動汽輪機發(fā)電?！肮?、電”轉(zhuǎn)換形式有效運用光伏效應(yīng)，使太陽的輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽柟庹盏桨雽?dǎo)體上，會將太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，形成電流[1]?，F(xiàn)階段，中國太陽能方陣由很多電池排列組合構(gòu)成，太陽能電池方陣有助于光伏發(fā)電。

1.2 智能光伏發(fā)電的特點

光伏發(fā)電是通過利用半導(dǎo)體界面，將太陽能轉(zhuǎn)為電力新能源的一種新型技術(shù)，主要由太陽能電池組件、控制器以及逆變器組成。由于太陽能屬于可再生資源，在我國分布較廣，尤其是在西北地區(qū)，日照時間長，該項技術(shù)有更加充分的發(fā)展空間。通常情況下光伏發(fā)電的投資收益會保持在25年以上，這主要是源于光伏發(fā)電的核心部件太陽能板有10～25年的質(zhì)量保障。另外，光伏發(fā)電的電池組件體積小、重量輕，在運輸和安裝方面更加便捷，且運行維護成本相對較低，可以實現(xiàn)無人值守。最為重要的是綠色環(huán)保、安全穩(wěn)定?；谝陨戏N種優(yōu)點，得到了相關(guān)部門的大力支持，也促進了部分企業(yè)對光伏發(fā)電的研究。

2 中國光伏能源的市場分析

中國國內(nèi)太陽能光伏電池市場分析。在2008年以前，我國大部分的光伏發(fā)電主要用于一些需要離網(wǎng)工程，例如無電地區(qū)的離網(wǎng)電站、各種家庭供電，高原地區(qū)的通信、氣象、鐵路以及太陽能路燈等。因此，國家先后開展了西藏的無電縣建設(shè)、中國的光明工程、西藏的阿里光電計劃、農(nóng)村的輸變電工程、無電地區(qū)的電力建設(shè)以及廣大農(nóng)村地區(qū)的新照明工程等國家電力發(fā)展建設(shè)規(guī)劃；在“九五”至“十二五”期間，我國也先后開展了一批基于城市的，太陽能光伏電池并網(wǎng)發(fā)電以及大型沙漠的并網(wǎng)電站項目；在2009年，開始啟動了大范圍的光電建設(shè)、全國的金太陽示范工程以及敦煌大漠的光伏電站等多個電力開發(fā)項目。就是在這些新能源電力項目的推動下，我國的國內(nèi)太陽能光伏電池市場發(fā)展十分迅速?；谟脩魝?cè)的并網(wǎng)光伏電池市場。過去，并網(wǎng)發(fā)電約占全球光伏發(fā)電市場總量的90%以上，而在各種并網(wǎng)的光伏發(fā)電市場中，經(jīng)用戶側(cè)與民用建筑結(jié)合的太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就要占90%以上，在德國，開展大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電的傳輸側(cè)僅占總體的10%，而美國也僅占6%。德國基于用戶側(cè)的并網(wǎng)光伏發(fā)電的“100000屋頂計劃”、日本基于用戶側(cè)的并網(wǎng)光伏的“100000屋頂計劃”還有美國的“百萬屋頂計劃”，其主要目的就是，在低壓的用戶側(cè)接入太陽能光伏電網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)[2]。因為這種基于用戶側(cè)的并網(wǎng)發(fā)電方式是對光伏發(fā)電開發(fā)最有效的利用方式，因此也受到眾多光伏電力公司的歡迎。

3 新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用

3.1 光伏發(fā)電及儲能技術(shù)在廣播電視發(fā)射臺的應(yīng)用

無線廣播發(fā)射臺往往設(shè)置在邊遠的山區(qū)或者草原，這些地方供電非常困難，隨著光伏發(fā)電及儲能技術(shù)的發(fā)展，小功率無人值守調(diào)頻發(fā)射臺可以采用光伏新能源供電進行補點，有效地提高覆蓋面積，降低建臺成本。

3.2 平滑出力波動

光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量來源是太陽能，在夜晚光伏發(fā)電系統(tǒng)無法發(fā)電。利用儲能裝置，采用相關(guān)的控制策略，可以跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力，在出力尖端時吸收電能，在出力低谷時釋放電能，從而保持輸出功率的平滑，也使對光伏發(fā)電出力的預(yù)測更為準確。從現(xiàn)有的研究成果可知，電池儲能系統(tǒng)對于平滑光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力波動具有顯著作用。

3.3 對功角穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響

光伏電源所用到的電源屬于靜態(tài)原件，自身是不參加功角振蕩的，它的穩(wěn)定性不會出現(xiàn)波動，但是由于光伏電源自身具有隨機波動等特點，使得大量的光伏進入電網(wǎng)，對電網(wǎng)既定的傳播速度以及電力潮流分布產(chǎn)生了影響，并對電力系統(tǒng)的等效慣量造成縮減。接入的光伏會對功角的穩(wěn)定性造成改變甚至是惡化，光伏電網(wǎng)還會因故障穿擊保護能力不足而引發(fā)拖網(wǎng)，尤其是在光伏規(guī)?；⒓谢?，將增強拖網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的沖擊力，這種情況下則需要結(jié)合并網(wǎng)的具體情況來評估拖網(wǎng)的風險。

3.4 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型建立

光伏發(fā)電系統(tǒng)其組成一般包括：光伏電池組件（光伏陣列）、DC/DC變換器、控制器、逆變器、濾波穩(wěn)壓電路、變壓器、電網(wǎng)系統(tǒng)等。光伏電池組件：光伏電池組件由多個光伏電池板按照串聯(lián)、并聯(lián)的方式組成，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成，根據(jù)光伏特效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能[3]。光伏電池一般由單晶硅、多晶硅、砷化鎵等具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成。光伏電池在太陽光照射下，產(chǎn)生光伏效應(yīng)。這種能量轉(zhuǎn)換包括電荷產(chǎn)生、分離、輸運三個步驟。產(chǎn)生的電能為直流形式，且存在一定的波動性，無法直接并入當前的交流電力系統(tǒng)。DC/DC變換器：可以升高光伏電池所輸出的直流電壓，同時保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率能一直接近最大輸出功率。光伏電池具有隨機波動性，易受外界溫度和光照強度的影響，為了保證光伏發(fā)電系統(tǒng)一直工作在最大輸出功率點上，需要采用最大功率點跟蹤技術(shù)。控制器：該部分可以對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行控制。逆變器：光伏電池組件經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出的電能一般都是直流電，為向電器提供電能，需要DC/AC逆變器，通過逆變產(chǎn)生交流電從而實現(xiàn)并網(wǎng)。濾波穩(wěn)壓電路：濾波器可以處理諧波，抑制諧波污染，提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，起到穩(wěn)定電壓的作用。隔離變壓器：隔離變壓器的主要起到減少系統(tǒng)對配電網(wǎng)絡(luò)的影響，保護系統(tǒng)安全的功能。通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，隔離變壓器能夠很好地阻礙直流電進入電網(wǎng)，并且大量抑制電網(wǎng)中的諧波。當光伏并網(wǎng)產(chǎn)生故障時，隔離變壓器能夠限制短路電流，并進行自我保護。

3.5 改善電能質(zhì)量

由于受到天氣、溫度、組件傾角等因素的影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會有所變化，造成了發(fā)電量的不穩(wěn)定，使發(fā)電量預(yù)測的難度增加，對饋入電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響。并且，隨著太陽光照強度的變化，光伏發(fā)電功率會對電網(wǎng)潮流中的負荷特性產(chǎn)生一定的影響[4]。光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)之后，會對電網(wǎng)潮流的方向、現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度、規(guī)劃運行方式等產(chǎn)生影響，加大對電網(wǎng)調(diào)度及控制的難度。當大量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，將加劇電壓波動，引起電壓調(diào)節(jié)裝置的頻繁動作，使電網(wǎng)的電能質(zhì)量下降。當儲能接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后，由相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制儲能裝置的充放電，可以達到對電網(wǎng)調(diào)峰的目的，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量得到有效控制。此外，儲能裝置的接入可以抑制電網(wǎng)潮流方向的改變，增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從而提升光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后的電能質(zhì)量。

3.6 單體用戶

為了使光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行，發(fā)電公司需重點分析新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用渠道，結(jié)合每個區(qū)域發(fā)展的情況及運用情況，不斷地擴大光伏發(fā)電技術(shù)的使用范圍。很多領(lǐng)域中都能夠使用太陽能技術(shù)，但小光伏發(fā)電技術(shù)通常使用在比較偏遠的地區(qū)中，在使用過程中一定要做好所有環(huán)節(jié)的控制，相關(guān)的工作人員應(yīng)根據(jù)實際狀況使用光伏發(fā)電技術(shù)，從而使光伏發(fā)電能夠有效地投入單體用戶中，使光伏發(fā)電的價值發(fā)揮到最大。光伏發(fā)電在投入單體用戶時，需要做好電量控制，通常為5~9kW，符合人們對電力的需求，充分地使用電能。

3.7 對電力系統(tǒng)的保護所產(chǎn)生的影響

為了能夠保障電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，需要完善電力保護措施，比如采用反孤島功能裝置，通過微機反孤島保護裝置進行智能保護[5]。當大量的智能光伏發(fā)電接入到電力系統(tǒng)后，會導(dǎo)致原有的配電系統(tǒng)壓力增大，引發(fā)一系列的故障問題，包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由原來的單一電源轉(zhuǎn)換成雙電源結(jié)構(gòu)，原有的電流以及方向會有巨大的變化。另外由于光伏發(fā)電的介入導(dǎo)致變壓器的鏈接方式發(fā)生變化，和逆變器形成接地回路，這便導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障。而單相故障問題的發(fā)生，還會使原有的繼電保護性能發(fā)生一定的變化。當光伏發(fā)電加入后，需要對其建立保護措施而增加設(shè)備，這樣也會對原有的平衡狀態(tài)造成一定的不利影響。

3.8 其他領(lǐng)域中

光伏發(fā)電技術(shù)的功能性不斷提升，與傳統(tǒng)技術(shù)相比更具優(yōu)勢，在各行各業(yè)中得到非常廣泛的使用，得到不同程度的實踐，為居民提供了極大的便利與服務(wù)。近幾年，光伏發(fā)電技術(shù)被應(yīng)用在建筑設(shè)計和單體戶中，也在其他領(lǐng)域得到使用，有效地發(fā)揮光伏發(fā)電的價值，使我國光伏發(fā)電技術(shù)在具體應(yīng)用方面更上一個臺階，形成比較完善的發(fā)展模式，促進各行各業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。在油田行業(yè)的綠色照明體系中有效地使用光伏發(fā)電技術(shù)，使其發(fā)揮出自身存在的價值，提供非常優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

4 光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

將太陽能光伏發(fā)電作為當前新能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重點。雖然水電、風電也屬于新能源，但現(xiàn)實情況是，我國基本上大部分的水電資源都集中的分布在西南地區(qū)[6]。而對西南地區(qū)的水電資源進行大規(guī)模的開發(fā)，存在諸多問題，例如部分屬于國際性的河流、長距離輸電產(chǎn)生的損耗、潛在的生態(tài)保護問題以及高昂的開發(fā)成本等；而核電的發(fā)展又存在選址安全、未來對于核廢料的處置方式、防止自然災(zāi)害或爆發(fā)戰(zhàn)爭造成的安全隱患等問題；還有由于我國三級地勢階梯，導(dǎo)致風力資源的分布特點十分明顯，大部分的風力發(fā)電站主要建設(shè)在遠離電力負荷中心的西部地區(qū)，因此又存在著當?shù)叵M不了以及遠距離輸電損耗嚴重的問題。但是運用太陽能的光伏發(fā)電就可以不受地域、自然資源條件、設(shè)備制造材料以及遠距離傳輸損耗的限制。更加安全可靠。因此它是一種具有巨大發(fā)展前景的十分理想的清潔能源。各個研究院所要加大技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)投入，進一步提升我國光伏產(chǎn)業(yè)的科技核心競爭力。要努力通過在技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新進一步降低生產(chǎn)成本，牢牢鞏固和發(fā)展我國光伏電池產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，深入加強各種科技研發(fā)平臺的建設(shè)，加快在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的步伐，要使我國的光伏發(fā)電更好的發(fā)展。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前，需要根據(jù)實際狀況對光伏發(fā)電技術(shù)進行創(chuàng)新，對以往傳統(tǒng)的技術(shù)進行優(yōu)化。光伏發(fā)電技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，還具有一定的環(huán)保性，發(fā)射臺也利用光伏發(fā)電進行了嘗試，取得了良好的效果。相關(guān)部門一定要加大對此方面的重視，做好相應(yīng)的研發(fā)工作，積極進行光伏發(fā)電技術(shù)的推廣，完善以及優(yōu)化目前發(fā)展的模式，對光伏發(fā)電技術(shù)的功能性進行提升，滿足目前的發(fā)展需求。