光伏電站發(fā)電技術研究及應用

摘?要：隨著社會的飛速發(fā)展，人們越來越認識到環(huán)境保護的重要性。正如習近平總書記曾經(jīng)提到過的科學論斷：“綠水青山就是金山銀山”，更加體現(xiàn)出國家對于環(huán)境保護和新能源技術開發(fā)的重視程度。人們應該在大自然體系運行良好的前提下充分利用大自然特有的資源，最大限度實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。近年來，為了減少對自然環(huán)境的污染，人們致力于對潮汐能、地熱能、風能、生物能等可再生能源的開發(fā)。在國內(nèi)外的大環(huán)境中，光伏電站發(fā)電技術的開發(fā)均得到了廣泛使用。如今光伏電站發(fā)電技術仍存在缺點和不足，因此對于光伏電站發(fā)電技術的研究和開發(fā)要不斷向前。

關鍵詞：光伏電站技術;發(fā)展趨勢;研究應用

一、光伏電站發(fā)電技術在國內(nèi)外的發(fā)展

（一）光伏電站發(fā)電技術在國外的發(fā)展

發(fā)電站利用光伏發(fā)電是將光能轉(zhuǎn)化為電能的一項具有潛力的發(fā)電技術。在國外的市場發(fā)展中占據(jù)較大優(yōu)勢，成為新能源企業(yè)不可或缺的新型技術。光伏發(fā)電利用可再生的太陽能資源作為資源來源，從根本上減少了投入的資金。根據(jù)權(quán)威部門發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，歐洲國家如德國、美國和日本等正在加緊對光伏發(fā)電技術的研發(fā)進程。但是隨著科技的快速發(fā)展，國外光伏電站發(fā)電技術已經(jīng)被新型的光伏電池技術逐漸替代?，F(xiàn)階段，美國制造的六-接合點III-V太陽能電池因具有較高的電池效率引起了各國科學家越來越多的關注。

（二）光伏電站發(fā)電技術在國內(nèi)的發(fā)展

中國科技的發(fā)展實現(xiàn)了從跟跑、并跑到領跑三個環(huán)節(jié)的連續(xù)發(fā)展，光伏電站發(fā)電技術的發(fā)展亦是如此。最開始借鑒國外光伏發(fā)電技術成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，在新能源企業(yè)不斷努力和國家政府的大力支持下，我國光伏電站發(fā)電的技術水平發(fā)展到和國外技術并駕齊驅(qū)，為國內(nèi)光伏發(fā)電市場開辟了新的方向。現(xiàn)階段，我國光伏電站發(fā)電技術在研究人員自主研發(fā)和創(chuàng)新的努力下在全世界達到了領跑階段。今年在國家能源集團和碧桂園集團的通力合作下，第一個光電建筑（BIPV）應運而生。國內(nèi)第一座光電建筑-銅銦鎵硒（CIGS）的成功建設解決了地面電站占地、存儲能量設備花費高的問題。光電建筑將光伏發(fā)電技術與建筑工程的完美結(jié)合，實現(xiàn)了將光能高效利用的目標[1]。

二、光伏電站發(fā)電系統(tǒng)介紹

伴隨著近年來中國社會的快速發(fā)展，人們越來越重視自身的生活環(huán)境。可再生能源的運用，像風能、太陽能、電磁能等應用日漸增加，尤其是對于太陽能的使用，太陽能光伏電站系統(tǒng)應運而生。太陽能光伏電站系統(tǒng)的使用，最大限度上符合了政府對于環(huán)境的要求。人們不僅能在更清新的環(huán)境下生活，而且極大地節(jié)約了資源?，F(xiàn)階段，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。這三種光伏電站發(fā)電系統(tǒng)各有優(yōu)勢與劣勢及各自的使用范圍。

（一）獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)像字面上理解的一樣，不與其他系統(tǒng)相聯(lián)系，作為孤立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。常用的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)是能吸收太陽能的電池組件陣列而成。獨立光伏發(fā)電站適宜建立在對用電量需求大且使用較聚集、偏遠無電且地廣人稀的地方。

（二）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用了將光伏發(fā)電技術與建筑工藝兩者融合，具有方便、環(huán)保和輕捷等特點。該系統(tǒng)在太陽能電池吸收太陽能后變成直流電，然后通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出與電網(wǎng)同伏的交流電。

光伏電站發(fā)電的使用遍及千家萬戶，成為發(fā)電領域使用最頻繁的發(fā)電技術。相對于水力、火力發(fā)電技術來說光伏電站發(fā)電既不污染環(huán)境也節(jié)省了成本。近年來，隨著國家對光伏電站發(fā)電技術的研發(fā)和深入了解，光伏電站逐漸由離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。傳輸距離也從最初的短距離傳輸發(fā)展為遠距離傳輸。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢在于靈活多變，但是也具有一定的局限性，于是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應運而生。并網(wǎng)光伏發(fā)電太陽能板的放置位置可以在屋頂也可以放置在地面上。屋頂一般放置中型并網(wǎng)發(fā)電站，提供的電能也僅僅限定在一定的傳輸距離內(nèi)。地面并網(wǎng)光伏發(fā)電站是一個龐大的發(fā)電系統(tǒng)，具有占地面積大、發(fā)電站位置偏僻等特點。并網(wǎng)光伏發(fā)電的電能會輸入到公共電網(wǎng)提供給更多住戶使用，中間不需要經(jīng)過蓄電池的輸入和輸出。這種發(fā)電方式在一定程度上將能源損失量降到最低并且節(jié)約了設備成本，并網(wǎng)光伏發(fā)電技術將是未來世界最有潛力的發(fā)電技術。

（三）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)又可分為集中式大型并網(wǎng)光伏電站和分布式光伏系統(tǒng)。集中式大型并網(wǎng)光伏電站的主要特點是能將所發(fā)電直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。集中式大型并網(wǎng)光伏電站具有前期投入成本大、工程施工時間長的特點。但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)避免了集中式大型并網(wǎng)光伏電站的劣勢，具有前期投入成本小、工程施工時間短的特點[2]。

太陽能資源作為可再生的能源技術，具有取之不盡、用之不竭的特點。這在很大程度上減少了發(fā)電成本并為人們利用電能提供了便利。最直接、快速利用太陽能光伏發(fā)電的方式就是在屋頂安裝太陽能轉(zhuǎn)換裝置，充分利用了建筑的閑置空間。屋頂太陽能轉(zhuǎn)換設備的安置建立借助建筑優(yōu)勢，實現(xiàn)電能產(chǎn)生和短距離電能傳輸。短距離電能傳輸不僅減少了電能在傳輸工程中能量的損耗，而且安裝成本也大幅降低。屋頂太陽能發(fā)電技術在農(nóng)村及城郊使用較為普遍，因為這些區(qū)域住戶大部分都是單獨成戶，并不像城市居民那么集中。獨立房屋屋頂光照充分并且有足夠的空間放置太陽能轉(zhuǎn)換裝置如太陽能熱水器、太陽能路燈等。加大推廣屋頂太陽能發(fā)電理念，既為人們的日程生活提供了便利，也為社會的發(fā)展做出了貢獻。

三、光伏電站發(fā)電技術的發(fā)展成果和發(fā)展前景

電能作為生活發(fā)展必要的能源，在人們的生產(chǎn)生活中已經(jīng)不可取代。近年來光伏電站發(fā)電技術已逐漸普遍，遍布到人們生活的方方面面。屋頂設置太陽能板是現(xiàn)在居民應用最多、最簡單的太陽能發(fā)電技術。隨著可再生能源太陽能的利用優(yōu)化，它不斷創(chuàng)新與發(fā)展，現(xiàn)在光伏電站發(fā)電技術在不斷應用與發(fā)展。所以近年來企業(yè)和國家政府對光伏電站發(fā)電技術投入了大量的人力、物力，并不斷開發(fā)光伏電站發(fā)電技術。這體現(xiàn)了國家對于光伏電站發(fā)電技術的重視。

（一）光伏電站發(fā)電技術成果

光伏電站發(fā)電技術發(fā)展到現(xiàn)在階段，研究成果數(shù)不勝數(shù)。經(jīng)過研究人員的艱辛研究，我國光伏電站發(fā)電技術已經(jīng)趨于成熟。各公司光伏電站發(fā)電技術成果接連發(fā)表。以自己所從事的福建卓翼能源科技發(fā)展有限公司為例，簡單對公司近年來光伏電站發(fā)展技術的研究成果進行介紹。

公司持續(xù)加大研發(fā)投入，不負眾望，研發(fā)成果逐年增加，研發(fā)項目也在逐年拓展，公司競爭力也日漸上漲。研發(fā)目的在于優(yōu)化太陽能發(fā)電技術并提升其使用效率，并增加公司利潤使公司具有足夠的競爭力，在激烈的市場競爭中占有一席之地。研發(fā)成果已形成多項發(fā)明專利、實用新型專利以及專有技術。

5年多來在公司科研人員共同努力下，向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請并獲得授權(quán)的發(fā)明專利主要有2項，分別為：一種提高光伏電站發(fā)電效率的方法和裝置（專利號ZL201510295344.4）、一種光伏電板清潔裝置（專利號ZL201711191828.X），獲得授權(quán)的實用新型專利主要有5項，分別為：一種提高光伏電站發(fā)電效率的裝置、一種高層樓頂旋轉(zhuǎn)式太陽能發(fā)電裝置、一種光伏電板清潔裝置、一種可自動除塵的太陽能板清洗機構(gòu)、儲能光伏供電裝置，專有技術：風光互補微組網(wǎng)智能供電系統(tǒng)。

公司對光伏電站的技術研發(fā)越來越成熟，市場占有的份額也在逐年增加。早在2015年，公司就已經(jīng)發(fā)表了一篇名為一種提高光伏電站發(fā)電效率的方法和裝置的專利。該專利的發(fā)明為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)電效率的提高提供了借鑒和參考。其特征在于，所述方法應用于提高光伏電站發(fā)電效率的裝置，所述裝置包括多個光伏電板，所述光伏電板與光伏電板串聯(lián)，所述光伏電板包括電流檢測模塊、電壓檢測模塊、邏輯電路模塊、旁路控制模塊、旁路模塊。所述電流檢測模塊與邏輯電路模塊連接，所述電壓檢測模塊與邏輯電路模塊連接，所述邏輯電路模塊與旁路控制模塊連接，旁路控制模塊與旁路模塊連接。本發(fā)明可以用于解決光伏電站在進行發(fā)電時，由于部分光伏電板被遮擋而導致功耗大、發(fā)電效率低等問題。

（二）光伏電站發(fā)電技術發(fā)展前景

光伏電站未來的發(fā)展前景是光明的同時也是具有挑戰(zhàn)的。在國家對資源和能源進行優(yōu)化整合的大背景下，光伏電站技術的發(fā)展符合國家政策。未來光伏電站的發(fā)展前景主要集中在對于CIGS-BIPV系統(tǒng)的研發(fā)和應用。首個光電建筑（BIPV）的研發(fā)成功將使光伏產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)從密集地面站到分布式發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。BIPV系統(tǒng)將具有無可估量的未來價值，它經(jīng)過不斷的發(fā)展將會是光伏技術上的一次重大變革。

四、結(jié)語

光伏電站發(fā)展技術的研發(fā)是無止境的，國家不斷加大對光電技術的研發(fā)力度。文章首先對光電技術國內(nèi)外發(fā)展趨勢進行分詞介紹，然后介紹了光伏電站發(fā)電系統(tǒng)的三個種類，分別為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式光伏法發(fā)電系統(tǒng)。通過自己所在的福建卓翼能源科技發(fā)展有限公司為例，列舉了公司近年來光伏電站發(fā)展技術的研究成果，包括多項發(fā)明專利、實用新型專利以及專有技術。最后介紹了光伏發(fā)電技術的發(fā)展前景，分析處BIPV系統(tǒng)將是未來光伏發(fā)電技術的最佳方向。通過以上介紹綜合說明了光伏電站發(fā)展的重要性，研發(fā)光伏電站發(fā)電技術應該成為人們大力發(fā)展的技術。

參考文獻：

[1]牟方堃.淺談太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化的應用[J].現(xiàn)代建筑電氣，2020，11（01）：54-58.

[2]李芮.分布式光伏發(fā)展形勢及發(fā)電模式探究[J].太陽能，2019（09）：5-8+14.

作者簡介：周文（1982—），男，漢族，福建平潭人，本科，電氣工程師，研究方向：新能源及節(jié)能技術。