太阳能光伏发电系统现状及前景分析毛丽君

太阳能光伏发电系统现状及前景分析毛丽君

毛丽君

国网江西省电力公司赣西供电分公司

摘要：由于经济的工业化发展，对能源需求的不断提升，能源问题以及日益严重环境问题成为我国发展经济必须要面对的问题，走可持续发展道路已经成为必走之路。太阳能光伏发电是一种洁净、可再生的绿色节能资源，有助于缓解我国目前的能源危机。而光伏发电作为新能源太阳能开发利用的重要组成部分，近年来其发展迅速，并且技术日益先进，模式逐渐成熟，具有良好的应用前景。

关键词：太阳能；光伏发电；能源；应用

进入21世纪以来，人类社会正面临着一系列的严峻挑战，能源危机就是当今世界各国最关心的焦点之一。从200多年前的工业革命开始，人类工业化所需的能量就是由煤、石油等传统化石能源提供的，但是这不仅是一种有限的资源，而且产生CO2，NOx、烟尘等严重破坏了人们的生态环境。能源的短缺、环境的恶化促使人类开发新的能源，在水能、风能、海洋能、地热能、太阳能这5种新能源中，太阳能是最具发展潜力的，它是一种取之不尽、用之不竭的洁净安全可再生能源[35]。通过对太阳能多年的开发，太阳能发电得到了长足的发展，根据所利用资源的不同，分为太阳能热发电和太阳能光发电，后者就是人们常说的太阳能光伏发电。

1太阳能光伏发电的原理及特性

1.1太阳能光伏发电的原理

太阳能资源是一种清洁能源，光伏发电技术不受地域限制，能够大规模使用，可以独立发电或联合发电。光伏发电技术的主要原理是光生伏特效原理，运用这一原理，以太阳能电池为载体，将太阳光直接转化为电能。太阳光照耀半导体材料达到一定的时间长度后，光能输入到电池，再经由电池转化为电能。它的产生主要有两个进程，分别是光波转换为电子、光能量转换为电能量的进程和形成电压的进程，电压的形成是电路回流形成的前提。

1.2太阳能光伏发电的特性

太阳能光伏发电具有许多独有的优点：1）太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，而且太阳能光伏发电是安全可靠的，不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响；2）太阳光普照大地，太阳能是随处可得的，太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用，而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失；3）太阳能的产生不需要燃料，使得运行成本大大降低；4）除了跟踪式外，太阳能光伏发电没有运动部件，因此不易损毁，安装相对容易、维护简单；5）太阳能光伏发电不会产生任何废弃物，并且不会产生噪音、温室及有毒气体，是很理想的洁净能源。安装1kW光伏发电系统，每年可少排放CO2600～2300kg，NOx16kg，SOx9kg及其他微粒0.6kg[1]；6）可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁，不需要大量占用土地，而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能，进而降低墙壁和屋顶的温度，减少室内空调的负荷；7）太阳能光伏发电系统的建设周期短，而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活，发电系统的能量回收周期短。

任何事物都有其两面性，太阳能光伏发电虽然具有上述的诸多优点，但是也有其缺点：首先，地理分布、季节变化、昼夜交替会严重影响其发电量，当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小，这就会影响用电设备的正常使用；其次，能量的密度低，当大规模使用的时候，占用的面积会比较大，而且会受到太阳辐射强度的影响；再次，建立太阳光伏发电系统的成本比较高，使得初始投资高，严重制约了其广泛应用。

2、对于太阳能光伏发电系统有效控制的措施

2.1对太阳能电池组件合理配置

目前多采用太阳能电池组件一般为单晶和多晶硅太阳能电池。其基本上由钢化玻璃、TPT等材料热压密封制成，具有坚固、抗寒、耐高温、安装简便等优点。在太阳能电池组件内部封装了多个电池单元，电池单元经过串联/并联后能有效提供电池组件的输出电流和电压，便于实际使用，目前普遍采用60或72片封装。

2.2正确选择太阳能光伏控制器

在太阳能光伏发电的控制器选择中，要根据系统电压的等级来进行选择，同时还需要详细计算发电系统的容量以及组件串的并联数量，来确定控制器的控制方式。例如，直流路灯的光源是30V，那么控制器应该选择30V。对于控制器是否具有蓄电池放电控制功能，这是根据负载特点来决定。对于用户的其他需求而设置的一些功能，则需要根据相关的控制器产品型号经过比较来选择。

2.3对蓄电池电压的有效控制

在整个太阳能光伏发电系统中，要想进行有效的控制主要就是对充电器和逆变器的控制。控制器要负责对整个发电系统的最大功率点进行监测，使得整个系统发挥到最大的功效，并且还要对蓄电池的充放电进行有效调节，防止蓄电池过度充电以及快速放电而受到损害，影响使用寿命。目前对于蓄电池的电压检测一般对于整个充电系统的外环电压进行监测，采用在线式电压检测方法，当监测的电压结果达到最大值的时候就证明电池已经充满。由于蓄电池端电压在充电停止后电压会出现变化，不能发挥最大功效，所以需要采用一种离线式的检测方法。同时，对于蓄电池的自放电问题，可以采取设置放电自锁功能进行有效应对。在具体的运用中就是利用集成运算电路的电压反馈特性。当达到下限电压，出现信号反馈到下限自锁功能的时候就会出现自动关闭，停止放电。当蓄电池充满后，就可以重新将蓄电池打开，继续供电，这样就可以确保蓄电池的高效运行。

2.4对逆变器的合理选择

在整个太阳能光伏发电系统中，逆变器作为一个不可或缺的部件，也会需要消耗一定的电能来维持自身的运行。因此，它的输入功率要比输出功率大，所以对于整个逆变器的效率而言，就是输入功率与输出功率之间的比较。在整个发电系统中，逆变器就是需要将太阳能的直流电转化为交流电，对于太阳能电池的效率发挥具有关键的作用，所以要想对于太阳能发电系统进行高效运行，就必须要选择高效率的逆变器，确保整个太阳能光伏发电系统发挥到最佳状态。一般情况下，逆变器还具有自动调压和手动调压等功能，可以在具体的运行过程中进行有效的调节，确保光伏发电的供电效率。

2.5进行有效的并网发电控制

光伏逆变器能够将电池组件发出的直流电逆变为与电网频率相同，满足电网电能质量要求的交流电，从而让光伏发电系统能与公共电网连接。但是由于太阳能光伏发电系统具有一定的独立性，当国家电网需要维护和检修的过程时，就会处于断电状态，而这时如果太阳能发电系统依然处于运行状态，就会形成孤岛效应。这就容易对维修保养的工作人员先造成危害，而且也会因自身的负载过大，导致电力和电压的不稳定，损害整个太阳能发电系统。对于这个问题，为了对光伏发电系统进行有效控制，就需要在逆变器具备有自动侦测功能，即防孤岛保护。一般这种侦测分为主动和被动两类，主动侦测就是逆变器主动释放一个信号，观察电网是否正常运行；被动检测就是当电网的功率和电压出现异常情况，而导致光伏发电系统的电压、相位等情况发生改变，而做出的判断。同时还有一种特殊的情况，就是国家电网突然跳闸断电，也会对太阳能发电系统产生较大的影响，一般这种情况比较少见，但是也需要注意监测。

3太阳能光伏发电的当前形势和未来前景

太阳能光伏发电开始进入一个高速发展的阶段。欧美亚的一些发达国家对其利用日益广泛，其中德、美、日、西更是处于领先水平。我国对其的研究开始于上个世界七十年代，真正快速发展起来是在九十年代，以工业和通信方面利用的最为广泛。太阳能光伏发电已是目前进展最为快速的高新技术产业。太阳能的成本也在不断降低，二零零四年国际范围内该系统组件就已超1200MN，总组装成机量超过4GW。

太阳能光伏发电范围正在不断扩大，逐渐从补充能源变为主要能源。现今世界已有20多家大型的太阳能光伏发电站，预计二零二零年占国际发电总量的1%，二零四零年将达到20%以上。我国太阳能资源丰富，尤其是西北地区，地理位置得天独厚，在传统能源日益枯竭并产生难以忽视的环境污染情况下，太阳能光伏发电成为不二选择，未来发展情景将极其广阔[2]。

4发展太阳能光伏的未来前景和一些建议

我国太阳能资源丰富，尤其是西北地区，地理位置得天独厚，在传统能源日益枯竭并产生难以忽视的环境污染情况下，太阳能光伏发电成为不二选择，未来发展情景将极其广阔。传统能源日益枯竭，环境污染日益突出，我国需要加快发展光伏发电产业技术，对此建议国家设立高水平的国家研发中心和相应组织机构；全面与国际接轨，引进国外先进技术；建立生产硅的生产基地，达到自给自足；尽快完善相关法律法规，制定科学的发电、用电规则；推动太阳能光伏发电建设，实行与建筑物一体化；同步开发其他新能源，与太阳能光伏发电互为补充，完成新能源应用体系。

5结束语

在高科技日新月异的飞速发展中，太阳能光伏发电也在持续进步，相信在不久的将来，将会逐步替代传统能源，得到全面推广和应用。从而改变我国能源结构，缓解环境压力，实现可持续发展。

参考文献：

[1]苏佳凯.中国新能源发展概述［J］.北京农业，2011（12）：56-58.

[2]李芬，陈正洪，何明琼.太阳能光伏发电的现状及前景[J].水能源科学，2011，29（12）：

[3]刘跃伟.太阳能光伏发电技术及其应用[J].中国高新技术企业，2015，31（9）.