新能源光伏发电关键技术应用研究

新能源光伏发电关键技术应用研究

蒋旭东

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摘要：太阳能作为重要的新能源，目前主要通过光伏发电的形式被利用，满足社会发展提出的绿色环保、节能减排等要求。所谓光伏发电，实际就是利用半导体界面光生伏特效应将太阳能转换为电能的技术，能源生产过程具有低污染、低消耗等特点。加强光伏发电关键技术研究，加快光伏发电技术推广，可以有效缓解能源紧张形势，从而推动社会的可持续发展。

关键词：新能源；光伏发电；关键技术；应用

1新能源光伏发电的概念

光伏发电是一种利用太阳能将光能转化为电能的发电方式。它基于光伏效应原理，通过光伏电池将太阳光直接转化为电能。光伏电池由多个光敏电池组成，当太阳光照射到光敏电池上时，光子与光敏电池中的半导体材料相互作用，产生电子与空穴对，并通过电子流形式输出电能。光伏发电的主要组成部分包括光伏电池、逆变器、支架及跟踪系统、电缆和接线箱等。光伏电池是核心部件，常见的光伏电池类型包括单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池。逆变器则用于将光伏电池产生的直流电转换为交流电，以供电网或负载使用。光伏发电具有清洁、可再生、无噪音、零排放等特点，是一种环保和可持续的能源发电方式。

2新能源光伏发电关键技术的应用

2.1在离网型光伏系统中的应用

在偏远地区进行光伏发电，通常需要采用离网型光伏系统。这种系统需要配备蓄电池等储能装置，以确保连续供电。在边防岗哨等无市电区域，离网型光伏系统已经被广泛应用。这种系统需要在白天太阳光充足的时段集中发电，并且需要配置储能元件。由于无需并网，光伏发电系统的重点在于加强太阳能电池的应用。在安装容量较小的情况下，应加强对光伏发电消纳问题的分析。在用电量较少且分散的情况下，应加强对光伏发电和建筑负载用电规律的分析，合理进行系统设计，以保证发电、储电和用电之间的相互匹配。根据经验来看，面向单体用户的光伏发电系统通常需要的发电量在5～9kWh之间。目前，晶硅类太阳能电池仍然占据市场较大份额。此外，还出现了硅基、碲化镉等薄膜电池，属于二代电池，发展相对成熟。在具体选用时，需要根据场景、光照资源等因素进行考量。例如，在安装在弧形等非直线异形屋面上的光伏电池中，薄膜组件由于具有一定的延展性，更适合使用。在选择蓄电池时，需要选用寿命长、可靠、高效的蓄电池。虽然户用光伏发电系统的储能量通常不大，但由于输入电流为低压直流电，回路电流较大，因此并联的蓄电池通常不超过4组。如果需要安装多个蓄电池，应将其放置在稳固的电池箱中，并做好通风和散热。此外，还应使用冷压线端子等专业元件进行接线，并配备绝缘套管，以防止触电事故发生。

2.2在分布式光伏系统中的应用

分布式光伏系统通常用于家庭供电，同时可以将多余的电能接入配电网，实现自发自用和余电上网。分布式光伏系统的设计可以根据不同建筑的特点进行一体化设计，常见的有屋顶太阳能发电系统和外墙太阳能发电系统。屋顶太阳能发电系统是将太阳能光伏电池板安装在建筑屋顶上，通过光伏发电转换太阳能光能为电能。屋顶太阳能发电系统具有占地面积小、不占用其他空间、与建筑结合紧密等优点。它可以为建筑提供部分或全部的电力需求，并可以将多余的电能通过逆变器接入配电网，实现余电上网。外墙太阳能发电系统是将太阳能光伏电池板集成到建筑外墙上，利用建筑外墙的空间进行发电。外墙太阳能发电系统与建筑外墙的材料和结构相结合，美观性更好且对建筑结构的影响较小。它可以有效利用建筑外墙的空间，提供部分或全部的电力需求，并将多余的电能接入配电网。分布式光伏系统的一体化设计可以充分利用建筑的空间，实现太阳能的最大化利用。通过将太阳能发电系统与建筑紧密结合，不仅可以满足建筑的电力需求，还可以减少对传统能源的依赖，减少温室气体的排放，实现可持续发展的目标。

2.3在大型并网电站中的应用

大型光伏发电站产生电能主要用于并网，具有光照好、规模大、传输距离远等优势，度电成本较低。在电站建设过程中，需要完成大量太阳能电池的连接，形成成片光伏列阵的同时，配备各自的逆变器和储能电源，因此在并网发电过程中需要实现多个逆变器的协调、控制，确保可以与多个电源稳定连接。由于系统结构复杂，在将太阳能转换为电能的过程中，转换装置为核心组件，需要加强逆变控制技术应用，使电流得到直接或间接控制，保证接入电网电流一致。利用控制装置动态记录电流、电压变化情况，可以通过脉宽控制等策略使转换装置达到最佳状态，有效提高太阳能利用率。采用功率跟踪技术，对系统所处环境的温湿度、光照等进行测定，能够结合系统运行特性绘制工作曲线，对各功率点进行检测跟踪。具体来讲，可以采用干扰法控制系统电压，根据功率变化趋势进行电压调整，直到功率不再增加。采用电导法控制电导，利用逆变器对电压、电流进行渐进式调整，数据分析量较大，要求达到较快响应速度。此外，可以通过电流扫描方式确定系统电流和电压变化关系，通过更新关系加强功率点的跟踪。在并网过程中，逆变器需要对电压、电流、有功、无功和频率等多项参数进行控制，将直流电转换为交流电，根据光伏照度进行自动化启停。为保证功率输出最大，同时避免公共电网受到扰动和发生电压波动，需要优化逆变器性能，确认在正弦波输出过程中不会出现失真问题。引入DSP（数字信号处理器）加强逆变器控制，可以根据电网容量选择适合的功率元件，在容量大时利用绝缘栅双极晶体管优化逆变器性能，容量小时采用功率场效应管达到优化设备性能的目标。通过提升逆变器单体容量和电压等级，实现设备解耦控制，可以提高系统抗干扰能力，为电网稳定运行提供保障。实际建设大型光伏电站时，并网后将引发电网结构和电流分布变化，导致电网保护措施改变。一旦发生电网故障，在保护区缩小的情况下，将导致光伏系统关电失败，承受一定安全风险。而在电网个别分支发生故障后，引发保护装置误动，将导致其他正常分支失去电源。因此在光伏电站并网期间，应采取专门的保护措施，确保故障得到及时消除，并消除误动作，为光伏系统和电网可靠运行提供保障。采用防孤岛技术，是针对光伏系统发生的孤岛效应所提出的。具体来讲，光伏系统发生供电故障时未能与市电网路分离，将与周边负载构成供电孤岛，无法得到有效控制，可能引发触电事故或继电保护失效问题。在恢复电网时，由于孤岛和电网相位不同步，难以顺利并网，使用的单相逆变器容易出现缺相问题，引发再次跳闸。为解决问题，在光伏系统并网后需要调整继电器保护区域，确保在故障发生后启动分支继电器加强电路保护，依靠自动保护设备加强光伏电站保护。针对整个供电系统，可以通过间接检测或直接检测方式加强对逆变器故障的检测，通过准确判断故障类型和预测故障范围进行保护动作，为系统稳定运行提供保障。因此在大型光伏电站建设的过程中，为预防并网风险发生，应严格按照操作规制布置光伏列阵和逆变器等设备，保证设备安装位置准确，同时设置好设备参数，为改进系统控制和加强设备监控提供支持，确保系统设备可以长时间正常运行。

3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

[1]李荣洲.光伏发电与并网技术的优势及应用要点分析[J].节能与环保，2022（7）：30-31.

[2]胡从川，王博渊，刘广东，等.光电建筑工程的关键技术研究[J].太阳能，2021（7）：37-45.