太阳能光伏发电研究综述

刘凯

（佛山顺德供电局大良供电所 广东顺德 528300）

太阳能光伏发电研究综述

刘凯

（佛山顺德供电局大良供电所 广东顺德 528300）

随着我国煤炭等不可再生资源的不断减少，以火力发电为主的电力生产模式亟需进行结构调整，在此背景下，可再生的清洁能源的开发利用势必成为我国电力事业可持续发展的重要课题，太阳能作为广泛存在的清洁能源无疑是被开发利用的首选。太阳能的开发利用关键在于光伏发电技术，本文将重点讲述太阳能光伏发电系统的基本原理、运行方式和系统组成，结合实际生产分析我国光伏发电应用和推广存在的问题，最后对光伏发电的普及提出建议。

太阳能；光伏发电；离网光伏系统；并网光伏系统；存在问题；建议

引言

当前我国的新能源发电应用主要有风力、太阳能、地热能、海洋能发电以及生物质能发电。而其中风力发电、生物质能和海洋能发电具有地域独特性，不具普遍性；地热能发电成本高效率低，不具经济性；唯有太阳能发电具有普遍应用性，且安装方便，可实施性强。

1 太阳能光伏发电的开发利用在国内外的现状和趋势

世界当前对太阳能的利用主要有两种形式：热利用和光伏发电[1]。其中光伏发电是对新能源和可再生能源利用的重要方式，光伏发电技术被认为是当前世界上最具有发展前景的新能源技术之一。

各国除了在地表进行分布式太阳能发电的建设和推广外，部分发达国家甚至有了在太空中建设具有太阳能发电系统的超级太阳能发电站的探索，日本、美国以及欧洲等国对宇宙太阳能发电计划正在做一些试验性研究[2～3]。

2 太阳能光伏发电的技术原理、运行方式及系统组成

2.1 太阳能光伏发电的技术原理

太阳能光伏发电的原理是是基于半导体P-N结接收太阳光照产生光伏效应，当太阳光照射半导体材料时，材料吸收光能产生光生“电子-空穴”对，在P-N结内部电场的作用下，电子被驱向N区，空穴别被驱向P区，由于电子和空穴的定向移动，在材料内部形成一个与P-N结相反的电场，该电场抵消掉P-N结电场后，剩余的场强分别使P区带正电，N区别带负电，于是产生了N区指向P区的电动势形成电源，当接入负载形成回路时，则有电流从P区流出，经负载流入N区。

2.2 太阳能光伏发电的运行方式

太阳能光伏发电系统的运行方式可分为：离网运行和并网运行[4]。不与公用供电电网相连，独立运行的供电系统称为离网光伏发电系统；与公用供电电网相连的称为并网光伏发电系统[5]。

2.2.1 离网光伏系统

离网光伏系统主要由太阳能电池方阵模块、控制器模块、蓄电池模块、逆变器模块等组成。太阳能电池是电能产生的基本元件，一个太阳能电池只能产生大约0.45V电压，远低于实际生产生活所需要的电压，因此需要将太阳能电池串联成组件，将多个组件串接形成方阵，可以获得我们所需的电压。

控制器模块是光伏发电系统的核心单元。控制器的作用：①防止蓄电池被太阳能电池组件过充电和被负载过放电，实现过充、过放保护；②运行状态指示，通过显示器以及一些指示灯指示光伏系统的运行状态和故障信息；③设备保护，有设备故障或短路引起的过电压过电流保护功能。

2.2.2 并网光伏系统

并网太阳能光伏系统可分为集中并网光伏发电站式和分布式光伏系统两种。分布式光伏系统较集中并网光伏发电站式具有造价低、建设周期短、占地面积小、灵活性强等优势，分布式光伏系统又为可逆流式系统与不可逆流式系统两种。可逆流系统在电力剩余时可将剩余电能送入电网，电力不足时由电网供电；不可逆流系统不能向电网反馈电能，电力不足需由电网供电。

分布式光伏发电系统根据是否有储能装置又可分为有储能系统和无储能系统。有储能装置的系统主动性强，在电网停电情况下仍可正常供电。

3 我国光伏发电的普及应用存在的问题

3.1 成本太高

相比于小水电等分布式电源点，光伏发电的生产成本高、上网电价贵，从经济效益考虑无论电网公司或是用户都不会首选光伏发电，目前我国分布式光伏发电的推广主要靠少数企业和政府的优惠政策，光伏发电推广普及不高，发展相对缓慢。

3.2 上网电能质量无法保障

由于光伏电能生产过程中有将直流电逆变为工频交流电的环节，逆变后的电压幅值和电压波形、频率是否能与工频电压保持一致很难保障，各个厂家的产品也是良莠不齐，光伏电能上网对公用电网的安全稳定运行带来不安全因素。

3.3 分布式光伏发电设备的维护困难

按照目前电网公司和用户资产分界管理模式，属于电网投资建设的光伏设备和用户投资移交给电网公司的光伏设备由电网公司负责维护，用户自由产权的光伏设备由用户自行维护。光伏发电设备属于新型技术设备，在电网中应用较少，无论是电网维护人员还是普通用户都缺乏对此类设备的维护经验，对光伏设备可能发生的故障和故障后的应急处置方法都有所欠缺，给电网的安全稳定运行带来不确定因素。

3.4 光伏并网计量收费方式尚需理顺

电网公司对于各种形式光伏发电并网的计量收费方式不一，对于不可逆流系统的光伏发电并网可按常规用户计量，对于可逆流系统的光伏发电用户并网计量问题还需进一步理顺：①电网公司是否愿意购买电能质量不高的反馈电问题；②用户向电网反馈电能的上网价格如何确定问题；③随着日后光伏用户增多电能统一调度的问题。

4 结语

我国的光伏产业虽然发展迅速，其存在的问题也不容忽视，我们需重点对降低光伏生产成本、提高光伏发电效率、保证光伏电能质量等方面突破提升，只有掌握了核心技术，才会有核心竞争力。另外电网运行维护人员也应与时俱进，学习探究光伏并网后的设备管理，制定相应的运行维护标准和应急处置措施，共同推进我国光伏事业的发展，改革电能生产结构，适应新的时代潮流。

[1]杨敏林，杨晓西，林汝谋，等.太阳能热发电技术与系统[J].热能动力工程，2008（3）：3～7.

[2]李文婷，刘宏，等.国内外太阳能光伏发电发展综述[J].青海电力，2004（4）：3～6.

[3]高峰，孙成权，等.太阳能开发利用的现状及发展趋势[J].世界科技研究与发展，2001，23（4）：35～39.

[4]马兆彪.太阳能光伏并网发电系统的分析与研究[D].江苏：江南大学，2008.

[5]林珊.太阳能发电系统研究[D].广东：广东工业大学，1999.

TM615

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1004-7344（2016）26-0095-01

2016-8-30