浅谈光伏发电技术研究与发展

全宣榕

摘 要：文章针对太阳能光伏技术具有的特点及优势进行必要性分析。并与目前青海省太阳能光伏技术应用情况相结合，对太阳能光伏技术在国内的研究和发展中存在的问题进行讨论并提出了相应的解决措施。

关键词：光伏发电；技术；能源；发展

前言

目前人类利用太阳能主要是进行取暖和发电，特别是太阳能的发电这一功能，正得到广泛关注，让其替代水能或者火能的发电能源及技术，成为新型的无污染节能的发电技术，实现能源可持续发展的目的。青海省是我国光伏发展前景最好的省份之一，具有优良的太阳能资源和大量适宜建设光伏发电场的荒漠地区，具有进行大规模光伏开发的天然优势。

1 光伏发电技术

“光伏发电”最早出现于1839年，法国科学家最先发现“光生伏打效应”，之后近100年的时间里，光伏发电技术研究处于缓慢发展阶段。然而1954年，美国出现首个实用的单晶硅光伏电池的研发成功。20世纪中后期，光伏技术的发展开始进入正式轨道。光伏发电系统主要是由光伏的电池板、控制器、电能储存和变换等环节构成，是一个发电和电能变换的系统。太阳光辐射的能量可经过光伏电池板转换成为可用电能，主要是通过电缆、控制器和储能等环节进行太阳能的储存及转换。光伏发电系统按照和电力系统的关系进行分类，可分为独立的光伏发电与并网的光伏发电两个系统。

独立的光伏发电系统属于和常规电力系统不相连的，独立运行的一种发电系统，一般建在无电网边区，独立的光伏发电系统建设作用是供给无电边区电力。太阳能发电具有白天发电的特性，然而负荷用电具有全天候特性，故独立光伏发电系统中的储能元件是必备品。独立的光伏发电系统的供电稳定性会受到气象环境和负荷等多种因素的影响，因此其供电的可靠性不足，但能够解决无电边区人民的供电问题，成为无电边区比较安全可靠的供电方式。并网光伏发电系统是可以和电力系统进行直接连接的一种光伏发电系统，它可以为电力系统供给有功及无功的电能。光伏电池发出的直流电能能够经变换器转换成交流电能，此电能和电网的频率相同，再以电压源方式将电能送进电力系统。控制器一般是由单片机或数字信号处理芯片等核心器件组成的，主要是实现了光伏电池的最大功率点的跟踪，达到控制逆变器的并网电流频率和波形，以及功率等，从而让向电网进行转送功率同光伏的阵列所发最大的功率电能之间能够得到平衡。

2 青海省光伏发电现状分析

2.1 光伏装机类型和规模

经过数年的发展，青海省已经成为全国的并网光伏装机大省，截止2013年底，青海省实现并网发电光伏装机规模达到了360万千瓦，安装的光伏组件类型有多晶、单晶和高倍聚光，其中，在海南共和、海西德令哈和格尔木均实现大规模装机，并通过330kV汇集升压站外送。

目前，青海省的光伏发电产业以实现并网光伏发电为主，省政府为支持光伏产业的发展，组织青发投等企业投资建设了三座330kV光伏汇集升压站，不仅为青海省的光伏企业创造并网的条件，且通过光伏汇集站的建设促进了青海省电网的发展，增大了电网供电的覆盖面，并且为电网提供了清洁的光伏电量。虽然聚光光伏发电技术具有最高的能源转换效率，但是由于技术的限制，光伏组件的体积较大，且需要采用双轴追踪技术的支架。由于青海省的风沙较大，对于机械转动部件的影响较大，需要支架转动部件具有很好的防尘和防沙效果，因此，聚光光伏发电技术的造价较高，相比发电量的增加，运行维护的工作量较大，投资回报上的优势并不明显。因此目前，全省仅建设试运行了约110MW的高倍聚光光伏发电场，其他均为晶硅电池。

2.2 光伏场运行中出现的一些问题及解决措施

根据对省内一些光伏发电企业的调研，光伏发电场运行中已经发现的问题有：逆变器超温现象，并导致IGBT功率管烧毁；因光伏场大量使用电缆连接，电缆连接头的数量很多，电缆头爆炸的现象较多；荒漠电站的光伏并网体系结构多采用集中式，因此，汇流箱的数量较多，每一个光伏组串均配置直流熔断器保护回路来切除故障，熔断器的烧毁也较为严重，根据调查，1个10MW的光伏发电场一年更换的熔断器多达800多个，对发电量的影响较大，且增大了运维的工作量；由于光伏发电不稳定，出力存在波动的特点，二次保护出现过误动作；板子在早晚前期存在前后排组件的遮挡现象等等。

对于以上问题，有以下的解决思路：一是对逆变器的过热问题，因逆变器是光伏并网的核心部件，其故障或者停运对光伏的发电量有较大的影响，其解决思路为加强对逆变器的保护监控，除逆变器本体具有的过热保护外，增加独立的温度监控模块，并与逆变器保护控制系统进行联动，做到早发现，早解决，减少故障和事故隐患。目前，市场上对温度监控的系统比较成熟，下一步，将根据与业主的沟通，根据业主的意向，对该方案进行试验。二是电缆头爆炸的问题对光伏发电量的影响很大，因现有的发电单元设计，且光伏场占地面积较大，故每根高压回路均汇集较多的发电单元，电缆头爆炸后，其修复的过程对整个回路的发电都造成影响。根据调查及分析，电缆头爆炸的原因有：质量问题，施工工艺问题，连接电缆长度过长以致电容电流过大等原因；解决思路有，加强电缆头的设计选型和采购阶段的技术门槛，选用适合环境条件的电缆终端，并对电缆头进行现场抽检和实验，提前发现解决问题；提高施工监理的水平，电缆头的安装要根据施工现场的环境，严格按照规程和规范执行，做好安装过程中的防尘防沙，温度控制；设计精细化，对光伏发电单元进行优化布置，对比逆变升压位置的不同放置对发电量的影响，通过优化布，使逆变升压装置的布局尽量方便运行维护，方便高压电缆连接；按照电缆设计规范的要求，当电缆长度过程时，适当的增加中间接头，做好电缆中间接头和电缆终端的接地。三是因集中式结构的汇流环节为直流方式，目前，光伏并网环节直流熔断器的运用经验较少，故下一步需对集中式结构进行分析，研究光伏汇流方式，分析组件串正常和故障的运行状态的区别，在此基础上，明确对汇流箱的熔断保护器进行选型要求，并对厂家进行广泛的调研，选用更好的直流熔断器或其他直流保护装置。四是对于保护误动作，将与业主交流，取得故障录波数据，分析改进保护方式的必要性。五是早晚出现的板子前后遮挡问题。光伏的设计规范对前后排组件的间距做出了明确的规定，因此，根据规范设计的前后排间距应该满足冬至日9：00～15：00（真太阳时）遮挡的要求。超出此范围的，其多数原因，是由于局部地势的不平造成的。因此，该问题的解决需要在施工阶段场平平整后进行复核，加大局部的间距。

3 改善太阳能光伏技术的研究与发展的措施

3.1 提升光伏技术科研的总体水平，增强市场的竞争力

我国的太阳能光伏技术产业，需要改变依靠市场进行驱动的模式，转而向凭借技术驱动，带动市场的内在竞争，提高其效率，同时将技术发展和保护环境相结合，走可持续发展的道路。

3.2 加强光伏技术创新方面的研发力度

太阳能光伏技术的研发，需要加强创新技术，从而提高其电池板转换率，降低系统的成本造价。

3.3 制定总体规划

政府加大政策领导力度，制定出关于太阳能技术长远发展及应用的总体规划，将太阳能源产业的发展看成是新型的高技术产业进行长期发展。

4 结束语

综上所述，太阳能光伏技术是一种新型、可再生、环保的发电技术，可以直接利用太阳能资源，简化了发电及用电的工序，还能有效提高人们的生活质量水平，并且能在社会各行业和领域得到发展与应用。现阶段，国际上的光伏发电系统以及发电技术一直受到局限，故改进现有发电方式的同时，也会对光伏技术进行改进，研发出最佳的并网型光伏发电系统，并将之应用于实际的发电系统中，这将是太阳能光伏发电技术发展的必然趋势。

参考文献

[1]常永远.太阳能光伏技术的研究与发展[J].中国科技博览，2011（17）：304.

[2]马宁.太阳能光伏发电概述及发展前景[J].智能建筑电气技术，2011（2）：265.

[3]林红，刘忆翥，李鑫.太阳能光伏技术发展的新概念[J].世界科技研究与发展，2008，30.