光伏电站发电技术研究及应用

光伏电站发电技术研究及应用

姜正伟

青岛中资中程集团股份有限公司 山东青岛 266109

摘要：随着目前能源和资源形势的改变，节能环保工程受到大家的重视，在社会进步和发展过程中，人与自然和谐发展成为新趋势。光伏发电工程是一种新型节能技术，通过将太阳能转化为电能，绿色健康、清洁无污染，是我国目前绿色能源工程之一。为了促进光伏发电工程健康稳步发展，需要提高光伏电站工程建设项目的管理水平，促进光伏电站工程建设的效率和质量的提升，提高企业竞争力，更好地落实节能资源的开展，保证光伏发电工程的经济增长。基于此，对光伏电站技术研究及应用进行探讨，以供参考。
关键词：光伏电站;光伏发电技术;应用;

引言

目前，世界上的能源储量正在呈直线趋势下降，同时世界各个区域的环境问题也在逐年增多，为了实现节约能源、促进环境可持续发展的目的，各个国家都将精力和时间放在了开发太阳能上面。太阳能是具有非常高应用价值的能源，不仅绿色环保、并且太阳能还是一种可再生的能源。通过对太阳能的开发和利用，我国的光伏发电技术逐渐被普及应用，迎来了全新的机遇和挑战。光伏产业市场随着现代化社会经济的快速发展，正在进行积极的革新，从市场、技术、设备等方面强化自身的综合实力，在国际市场中提高竞争力，促进我国太阳能光伏产业未来的进一步发展，为我国的综合国力建设夯实基础。

1光伏发电技术概念及原理

光伏发电技术是一种直接将太阳光的辐射能转化为电能的发电技术。它主要利用的是半导体PN结的光生伏特效应。当太阳光照射在PN结上时，部分光被反射，其余部分能量中的光子将半导中的电子从共价键中激发，形成空穴-电子对。在PN结内建电场的作用下，发生扩散运动，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通外电路后就形成电流，太阳能便被转化为电能。太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池板将太阳的辐射能量直接转换成电能的发电系统。它一般由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组、直流-交流逆变器、直流负载、交流负载等部分组成，光伏发电技术最关键的组件是太阳能电池板，它将直接决定整个系统的发电效率和成本。根据电池材料研发阶段的先后，大致可分为三个阶段，它们的材料类型、发电效率和性能存在一定差别。

太阳能光伏发电技术作为可再生技术的一种，具有非常大的潜力，太阳能光伏发电是在太阳能电池中储存太阳能辐射光能后，产生电能。在太阳能光伏发电技术中，应用到的原理主要是半导体光伏发电光能原理，通过聚集太阳能辐射光到太阳电池中形成电能。具体的太阳能辐射光转换为电能的过程是太阳能电池中存在电场，而在光能中存在“光生电子-空穴”，在电子和空穴之间形成了互相分析作用，最终有电荷形成在电池的两侧出现电压。

2伏发电技术的特点

光伏产业是一种绿色、环保的能源产业，受到了国家和社会的高度重视和支持，其中遵循着绿色、环保理论，被称作是战略性朝阳产业。在各国政府积极开发和应用的清洁型能源中，其中就包括太阳能，太阳能在减少温室气体排放等各个方面，发挥出了关键的作用，为了保证长期的能源供应，各国政府大力开发包括太阳能在内的各个可再生能源，保持稳定的能源供应。尤其是在目前我国的矿物能源日益紧缺的形势下，包括石油、煤炭等在内的资源正在逐渐减少，国家只有不断开发和加强对太阳能等可再生能源的充分利用，才能够保证未来长期的能源供应效果。部分发达国家逐渐制定和开始推广太阳能屋顶计划、大型国家光伏发展计划等，推动绿色环保可再生能源的充分利用，促进光伏发电产业的发展。在太阳能光伏发电系统中主要应用到两个关键的核心技术，分别是大功率点追踪技术和孤岛检测技术，这两项技术都是在控制器设计中完成的。大功率点追踪技术和孤岛检测技术中的不同方法具有不同的优缺点，需要控制器设计人员结合实际的具体情况选择合适的应用技术进行设计。最大功率点追踪技术是用来实施对光伏电池组件的控制，保证光伏电池组件能够以最大的功率输出其所吸收的能量。通常情况下，针对最大功率点的追踪算法主要分为恒定电压法、扰动观测法、电导增量法三种。以恒定电压法为例，主要是通过稳压控制使光伏系统的电压在最大功率点上固定，这样的算法具有控制简单的优点，但是在追踪效果方面却不太理想，并且很容易被环境所影响，因此恒定电压法被单独使用的机会并不多。

3光伏电站发电技术在国内的发展现状

中国科技的发展实现了从跟跑、并跑到领跑三个环节的连续发展，光伏电站发电技术的发展亦是如此。最开始借鉴国外光伏发电技术成功的经验和失败的教训，在新能源企业不断努力和国家政府的大力支持下，我国光伏电站发电的技术水平发展到和国外技术并驾齐驱，为国内光伏发电市场开辟了新的方向。现阶段，我国光伏电站发电技术在研究人员自主研发和创新的努力下在全世界达到了领跑阶段。今年在国家能源集团和碧桂园集团的通力合作下，第一个光电建筑(BIPV)应运而生。国内第一座光电建筑-铜铟镓硒(CIGS)的成功建设解决了地面电站占地、存储能量设备花费高的问题。光电建筑将光伏发电技术与建筑工程的完美结合，实现了将光能高效利用的目标。

4太阳能光伏发电技术发展过程中存在的问题

1.技术资金等条件限制。现阶段的太阳能光伏发电技术正在进行不断的更新和创新，针对传统的光伏发电技术中存在的不足缺陷展开了全面的突破，是当前时代较为先进的一种发电手段，发展前景一片大好。但是目前在太阳能光伏发电技术的发展进程中，其优势特征被限制在一定的框架内，无法充分发挥出其重要的价值，间接影响着我国的电力行业发展。太阳能光伏发电技术不仅仅需要从技术和理念方面着手更新和创新，更需要行业内的工作人员具备长远的发展眼光，根据目前的太阳能光伏发电技术发展情况来看，关于先进技术的引进、资金支持方面存在严重的不足，无法切实有效的将太阳能光伏发电技术的发展优势发挥到社会生产的各个行业领域中，太阳能光伏发电技术的未来发展缺少切实的推动力。2。多方阻碍因素。太阳能光伏发电技术推动了我国电力产业的长足发展，是电力行业运行和发展的关键基础技术手段。从市场视角出发，若是要在市场上提高太阳能光伏发电技术的综合竞争实力，需要将这一发电技术手段从各个角度普及推广和应用，发挥出其关键的作用。但是就目前的太阳能光伏发电技术发展现状来看，由于行业内涉及到的部门和人员较多、组成复杂，常常覆盖了广泛的范围，并且需要投入其中的资金数额较大，以上均是限制了太阳能光伏发电技术发展的阻碍性因素，只有将多方阻碍因素各个击破，才能够促进太阳能光伏发电技术未来的可持续发展。

5光伏电站发电系统介绍

伴随着近年来中国社会的快速发展，人们越来越重视自身的生活环境。可再生能源的运用，像风能、太阳能、电磁能等应用日渐增加，尤其是对于太阳能的使用，太阳能光伏电站系统应运而生。太阳能光伏电站系统的使用，最大限度上符合了政府对于环境的要求。人们不仅能在更清新的环境下生活，而且极大地节约了资源。现阶段，光伏发电系统可以分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统三种。这三种光伏电站发电系统各有优势与劣势及各自的使用范围。

5.1独立光伏发电系统

独立光伏发电系统像字面上理解的一样，不与其他系统相联系，作为孤立的光伏发电系统。常用的独立光伏发电系统是能吸收太阳能的电池组件阵列而成。独立光伏发电站适宜建立在对用电量需求大且使用较聚集、偏远无电且地广人稀的地方。

5.2分布式光伏发电系统

输电侧并网与配电侧并网都是光伏发电不可替代的组成部分。通常情况下，输电侧并网技术更受大规模电站的欢迎，在应用输电侧并网技术的过程中，电网将会充当容器作用，主要体现在：其会容纳发电装置下的产物，也就是电能，这样一来，就可以有效解决电网中电能不足的问题。实际上，与配电侧并网系统配合使用的发电装置具有产电量较少的特点，为了提高配电网的运行效率，相关工作人员往往会提高就近原则在配电网与发电装置结合使用中的普及程度，进而发电装置产生的电能就会更好的支持配电网的运行。实际上，配电侧并网发电的别名为分布式发电，所以说，分布式发电技术在小规模电站中的推广程度是非常高的。分布式光伏发点技术具有适用性较高、不需花费过多时间和精力维修的特点，同时应用分布式光伏技术，还具有减少相关供电人员工作步骤的作用。在接入原有配电网过程中普及就近原则，有助于降低接入工作的复杂程度，并且其对减少电能损耗还有着不小的帮助，与此同时其还在很大程度上提高了电能的传输速度。我国政府也已经将对分布式光伏发电的分析作为了长期的工作内容。随着分布式光伏发电的不断推广，配电网的运行模式也发生了非常大的变化。太阳能资源作为可再生的能源技术，具有取之不尽、用之不竭的特点。这在很大程度上减少了发电成本并为人们利用电能提供了便利。最直接、快速利用太阳能光伏发电的方式就是在屋顶安装太阳能转换装置，充分利用了建筑的闲置空间。屋顶太阳能转换设备的安置建立借助建筑优势，实现电能产生和短距离电能传输。短距离电能传输不仅减少了电能在传输工程中能量的损耗，而且安装成本也大幅降低。屋顶太阳能发电技术在农村及城郊使用较为普遍，因为这些区域住户大部分都是单独成户，并不像城市居民那么集中。独立房屋屋顶光照充分并且有足够的空间放置太阳能转换装置如太阳能热水器、太阳能路灯等。加大推广屋顶太阳能发电理念，既为人们的日程生活提供了便利，也为社会的发展做出了贡献。

5.3并网光伏发电系统

并网光伏发电系统采用了将光伏发电技术与建筑工艺两者融合，具有方便、环保和轻捷等特点。该系统在太阳能电池吸收太阳能后变成直流电，然后通过转换器转换输出与电网同伏的交流电。光伏电站发电的使用遍及千家万户，成为发电领域使用最频繁的发电技术。相对于水力、火力发电技术来说光伏电站发电既不污染环境也节省了成本。近年来，随着国家对光伏电站发电技术的研发和深入了解，光伏电站逐渐由离网光伏发电系统转为并网光伏发电系统。传输距离也从最初的短距离传输发展为远距离传输。离网光伏发电系统的优势在于灵活多变，但是也具有一定的局限性，于是并网光伏发电系统应运而生。并网光伏发电太阳能板的放置位置可以在屋顶也可以放置在地面上。屋顶一般放置中型并网发电站，提供的电能也仅仅限定在一定的传输距离内。地面并网光伏发电站是一个庞大的发电系统，具有占地面积大、发电站位置偏僻等特点。并网光伏发电的电能会输入到公共电网提供给更多住户使用，中间不需要经过蓄电池的输入和输出。这种发电方式在一定程度上将能源损失量降到最低并且节约了设备成本，并网光伏发电技术将是未来世界最有潜力的发电技术。

6大力推广和发展光伏发电的重要意义

1）有利于贯彻精准扶贫战略。太阳能光伏发电主要是应用太阳能作为发电的原料，不仅具有清洁、绿色、环保的特点，并且太阳能光伏发电带来的收益相对比较稳定。将光伏扶贫工程建设和开发在具备丰富太阳能资源的地区，刚好与我国的低碳能源开发策略和精准扶贫战略相互契合。太阳能光伏发电被全面推广和应用到我国的光伏发电市场中，为我国的部分贫困地区发展增加了收入、推动了该地区内的经济发展建设。国内的电力企业应针对部分贫困、偏远地区，加强电网建设、不断完善电网设施，利用太阳能光伏发电技术为贯彻精准扶贫战略提供支持，促进光伏扶贫计划的开展和实施。2）有利于促进电力企业未来的可持续发展。在传统的发电企业生产和运行过程中，生产电能通常是采取火力发电的方式，在生产电能时对空气会形成严重的污染，形成大量的有毒气体和二氧化碳气体，增加了温室效应等问题的严重程度。另外，生产电能的过程中采用火力发电的方式需要应用到的发电原料是不可再生资源，随着火力发电原料的日益消耗，这种能源也逐渐出现了供应不足的局面。在发电生产过程中使用太阳能，消除了环境污染问题，降低了对不可再生火力发电原料的消耗，有效避免了发电企业在生产电能过程中对环境造成的污染，对电力企业未来的可持续发展起着重要的推动作用。

7光伏发电技术的发展趋势和前景展望

光伏电站未来的发展前景是光明的同时也是具有挑战的。在国家对资源和能源进行优化整合的大背景下，光伏电站技术的发展符合国家政策。太阳能光伏发电技术在未来的应用和发展中，通过对可再生能源的充分利用，大大降低了对环境的污染和对化石能源的消耗，体现了我国建设所遵循的可持续发展理念。太阳能光伏发电技术的应用前景体现在分布式光伏电站的推广应用、光伏建筑一体化应用、混合式光伏发电系统设计、太阳能商品四个方面。光伏发电站的推广使用结合社会用电的需求最大限度的丰富了发电的类型，将独立的发电系统设立在偏远地区，降低了发电成本，解决了电网延伸不足的问题。光伏建筑一体化指的是将光伏发电技术和建筑结合在一起，不仅体现了清洁环保的设计理念，当供电系统发生故障无法正常运行时，光伏建筑内的供电将会不受到异常故障的影响，例如太阳能光伏屋顶、墙壁、窗户的设计就是该应用下的重要产物。混合式光伏发电系统是一项组合设计，结合了光伏发电系统和其它发电系统，将多种发电系统的优势结合在一起，把单个发电系统中的缺点规避和消除。太阳能商品应用广泛，形式多样，设计简单，为人们的生活体验带来全新的改变。光伏电站未来的发展前景是光明的同时也是具有挑战的。在国家对资源和能源进行优化整合的大背景下，光伏电站技术的发展符合国家政策。未来光伏电站的发展前景主要集中在对于CIGS-BIPV系统的研发和应用。首个光电建筑(BIPV)的研发成功将使光伏产业实现从密集地面站到分布式发电系统的转化。BIPV系统将具有无可估量的未来价值，它经过不断的发展将会是光伏技术上的一次重大变革。

结束语

光伏电站发展技术的研发是无止境的，国家不断加大对光电技术的研发力度。目前全球面临着严重的资源匮乏问题，新能源的开发和利用因此受到了广泛关注。太阳能作为取之不竭的能源宝藏，如何对其进行深度开发，是值得人类长期探讨和研究的话题。太阳能发电系统与传统能源相比，尽管存在效率偏低、功率输出受制于天气因素等缺点，但我们建立多种能源互补的发电系统，如太阳能燃煤机组互补、太阳能燃气联合循环互补等，实现多能源的高效利用，减少有害物质的排放，进一步优化能源结构，提高系统效率。相信太阳能发电技术一定能够在不久的将来成为能源转型的重要支撑，大幅度补充能源短板，在经济社会发展中发挥更大的作用。

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