新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究

程梓筠

中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051

0 引言

當(dāng)前，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人口數(shù)量不斷增多，使得電能使用量不斷增多，而能源供應(yīng)已難以滿足這一需求。同時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)電模式會(huì)造成一定的環(huán)境污染，以及大量能源消耗，這背離了我國提倡的節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念?；诖?，我國開始建設(shè)新能源光伏發(fā)電站，這是一種全新、清潔、可持續(xù)利用的發(fā)電模式，所用發(fā)電系統(tǒng)具備清潔無污染的優(yōu)勢(shì)，既能夠滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求，又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，從而促進(jìn)電力的可持續(xù)發(fā)展。

1 光伏發(fā)電技術(shù)概述

光伏發(fā)電作為一種新型半導(dǎo)體，可將光能轉(zhuǎn)化成電能，即可借助新型半導(dǎo)體來吸收太陽光照，先是將光能轉(zhuǎn)化成離子狀態(tài)，然后獲得自由帶電離子，最后產(chǎn)生電流，這一過程實(shí)現(xiàn)了將太陽能轉(zhuǎn)化成電能。太陽能光伏發(fā)電與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等發(fā)電方法不同，這一發(fā)電方式具有高效的轉(zhuǎn)換率，且在實(shí)際運(yùn)用過程中無須使用機(jī)械部件，也無須消耗燃料，具備清潔、無污染的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，太陽能資源屬于可再生資源，可在極大程度上緩解我國能源的壓力，也較好地適應(yīng)了當(dāng)前我國提倡的環(huán)?？茖W(xué)發(fā)展理念，故而我國一直高度重視新能源光伏發(fā)電技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用[1]。

關(guān)于新能源光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，不僅對(duì)國家建設(shè)起著重要作用，還在社會(huì)上發(fā)揮著一定的商業(yè)價(jià)值，且該技術(shù)在未來依然具備極大的研發(fā)潛力。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是以光—熱—電、光—電形式來實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)變，其中前者主要是借助太陽光照輻射獲取到的熱量進(jìn)行發(fā)電，一般是結(jié)合太陽能集熱器獲取的熱量，使之轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的蒸汽，再利用汽輪機(jī)發(fā)電；后者主要是借助光伏效應(yīng)來將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能，這一過程中，太陽能電池是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的基本設(shè)備。如今，我國太陽能方陣主要由諸多的電池排列而成，具備很大的輸出功率，從而能夠更加高效高質(zhì)地實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電。

2 新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

2.1 集中式新能源光伏發(fā)電站

集中式光伏發(fā)電可在公用電網(wǎng)中直接引入光電，然后對(duì)光電進(jìn)行統(tǒng)一分配，實(shí)現(xiàn)向用戶供電。這一過程就是單向的能量交換，向大電網(wǎng)開展電力輸出，電壓在10 kV。同時(shí)，集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成部分包括光電模塊、光電交換站等，主要建設(shè)在廣闊的農(nóng)田或是沙漠區(qū)域，這些地方擁有豐富的太陽能資源，可建設(shè)大型光伏發(fā)電站，且與高壓輸電系統(tǒng)相連，可實(shí)現(xiàn)長途電力供電[2]。在具體實(shí)踐過程中，相關(guān)人員可對(duì)荒地和沙漠地帶進(jìn)行充分利用，不僅要建設(shè)太陽能發(fā)電站，還需對(duì)太陽能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善。當(dāng)前我國西北部地區(qū)已建成大量的太陽能發(fā)電站，為當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了助力。

2.2 分布式新能源光伏發(fā)電站

針對(duì)分布式光伏發(fā)電站，主要是將光伏發(fā)電的能力直接輸送至電力負(fù)載，若發(fā)電量比較少或是比較多，將會(huì)由大電網(wǎng)進(jìn)行控制，這一過程是雙向的。這種發(fā)電方式涉及太陽能電池、電路、逆變器、電網(wǎng)接口、保護(hù)設(shè)備等組件部分，其中太陽能電池是構(gòu)成光電系統(tǒng)的關(guān)鍵，可實(shí)現(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)變，逆變器可實(shí)現(xiàn)恒定電流向交流電的轉(zhuǎn)變。因?yàn)樘柲茈姵啬K主要是可以形成恒定電流，所以在具體應(yīng)用中電流主要為交流電，且太陽能電池模塊能夠?qū)⒑愣娏鬓D(zhuǎn)變成交流電，還能夠與國家電網(wǎng)相連。

當(dāng)前分布式新能源光伏發(fā)電站主要應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，即太陽能發(fā)電系統(tǒng)與建筑大樓的結(jié)合，因此產(chǎn)生的電能應(yīng)在建筑周圍配置使用，操作與運(yùn)用大多是自產(chǎn)自銷。同時(shí)，分布式太陽能發(fā)電站也可建設(shè)在特定區(qū)域內(nèi)。針對(duì)一體化的太陽能發(fā)電建筑，通常是在某一建筑上建造太陽能發(fā)電系統(tǒng)，與太陽能發(fā)電站相連。在太陽能電池模塊安裝過程中，能夠直接使用該設(shè)備，無須使用大量的太陽能電池，該裝置也可應(yīng)用到彩色鋼鐵屋頂?shù)冉ㄖ?，但若?yīng)用到水泥建筑屋頂，必須對(duì)其進(jìn)行合理的重量設(shè)置。此外，在太陽能光伏模塊安裝過程中，需要用到水泥條等輔助工具。新能源光伏發(fā)電站的應(yīng)用效果顯著，既能夠推動(dòng)中國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，且一些無噪聲公害的屋頂型發(fā)電站或是車頂型發(fā)電方式，可較好地解決區(qū)域內(nèi)電力供應(yīng)不足的問題，降低能源消耗。

3 建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的管理要點(diǎn)

為了確保新能源光伏發(fā)電站在實(shí)踐應(yīng)用中充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，相關(guān)部門必須做好新能源光伏發(fā)電站建設(shè)的管理工作。

第一，嚴(yán)格把控材料、設(shè)備質(zhì)量。在項(xiàng)目建設(shè)前的準(zhǔn)備階段，必須嚴(yán)格管控材料、設(shè)備的供應(yīng)商，確保各種物料質(zhì)量符合相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)要求和規(guī)范。同時(shí)，采購工程師應(yīng)加強(qiáng)與項(xiàng)目建設(shè)負(fù)責(zé)人的溝通合作，按照相關(guān)規(guī)范和要求來對(duì)物料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，只有質(zhì)量合格的物料，才能夠入庫，否則應(yīng)盡快進(jìn)行清退處理。

第二，加強(qiáng)建設(shè)人員的培訓(xùn)教育。在新能源光伏發(fā)電站建設(shè)過程中，相關(guān)部門必須提前組織全體參與建設(shè)的人員進(jìn)行培訓(xùn)教育，使之能夠掌握發(fā)電站建設(shè)的相關(guān)理論知識(shí)與技術(shù)知識(shí)，并掌握項(xiàng)目建設(shè)過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量通病及相關(guān)預(yù)防措施等。同時(shí)，針對(duì)技術(shù)難度系統(tǒng)較大、危險(xiǎn)性較強(qiáng)的工種，必須安排具備相關(guān)資格證書、經(jīng)驗(yàn)豐富的人員負(fù)責(zé)，從而有效保障發(fā)電站的建設(shè)質(zhì)量[3]。

第三，加大對(duì)電網(wǎng)的管控力度。當(dāng)光伏電源并網(wǎng)后，因?yàn)楣夥娫礃O易受到各種因素的影響，所以相關(guān)管控人員必須高度重視對(duì)發(fā)電站所在區(qū)域內(nèi)光照強(qiáng)度等各種信息數(shù)據(jù)的收集、整理，再借助計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建一個(gè)光伏發(fā)電功率數(shù)學(xué)模型，對(duì)比該發(fā)電站既往的發(fā)電數(shù)據(jù)，明確其運(yùn)行發(fā)電的規(guī)律特征，從而切實(shí)提高光功率預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度。同時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)深入研究和分析電網(wǎng)系統(tǒng)各設(shè)備的既往運(yùn)行數(shù)據(jù)，明確最佳的光伏電源安裝位置，從而盡量降低外界因素對(duì)光伏電源的影響，有效提高光伏電源并網(wǎng)后的可靠性和安全性。

第四，做好光伏新能源裝置的安裝維護(hù)工作。在光伏新能源裝置安裝過程中，相關(guān)人員需要對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境空間大小、光照效果等進(jìn)行嚴(yán)格檢查，保障整個(gè)安裝過程的可靠性和安全性。同時(shí)，需要確保新能源光伏裝置具備良好的基礎(chǔ)性能、完整的外觀，并且安裝質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范和要求。另外，需要立足于裝置安裝的相關(guān)要求和安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來嚴(yán)格控制安裝流程，保障安裝質(zhì)量合格，且保障其應(yīng)用性能得到全面發(fā)揮，從而確保獲得較為理想的電氣節(jié)能效果。

第五，科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)光伏用電網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)新能源光伏發(fā)電站的建設(shè)，需要以節(jié)能效果控制作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)光伏用電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)有效地規(guī)劃設(shè)計(jì)，以此來確保光伏新能源具備較優(yōu)的電能應(yīng)用效率，還能夠?yàn)榫用裉峁└臃€(wěn)定和安全的電力。在具體實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)落實(shí)好電壓設(shè)計(jì)、供電數(shù)量設(shè)計(jì)控制、供電范圍規(guī)范設(shè)計(jì)等，避免由于規(guī)劃范圍過大而導(dǎo)致用戶數(shù)量過多引起供電效能的降低，引發(fā)供電事故、電網(wǎng)波動(dòng)等問題。

4 新能源光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景

盡管當(dāng)前我國新能源光伏發(fā)電技術(shù)取得了極大的進(jìn)步，但是相比于發(fā)達(dá)國家，依然存在并網(wǎng)發(fā)電、逆變、安全等方面的難題，需要進(jìn)一步的研究和探索，找出解決這些難題的辦法，不斷提高我國新能源光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用水平。并網(wǎng)發(fā)電方面的難題主要是由于目前太陽能光伏發(fā)電預(yù)測(cè)精確度較低，很難確保光伏發(fā)電站能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。針對(duì)這一問題的處理，可嘗試將風(fēng)能發(fā)電和光伏發(fā)電相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的平衡；安裝無功補(bǔ)償裝置，以降低光伏發(fā)電站對(duì)公共電網(wǎng)的影響；接入公共電網(wǎng)，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。逆變方面的難題主要是逆變器可將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，向用戶提供與電網(wǎng)相一致的頻率和電壓，而設(shè)備在逆變過程中往往會(huì)形成電壓脈沖，這需要運(yùn)用濾波器來處理這一問題。關(guān)于安全方面的難題，盡管當(dāng)前我國光伏發(fā)電網(wǎng)絡(luò)中已采取全方位的保護(hù)措施，然而一旦發(fā)電站脫離電網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)孤島效應(yīng)，從而引發(fā)設(shè)備故障，嚴(yán)重時(shí)危及相關(guān)人員的生命安全。針對(duì)這一問題的處理，需利用主動(dòng)移頻技術(shù)來對(duì)電源故障、電壓等進(jìn)行有效檢測(cè)，找出潛在的安全問題并進(jìn)行處理。

5 結(jié)束語

綜上所述，面對(duì)日益增長的用電量需求，我國相關(guān)部門必須緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，積極研發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)，尤其是新能源光伏發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)具備清潔無污染、可持續(xù)性發(fā)展等優(yōu)勢(shì)，通過建設(shè)新能源光伏發(fā)電站，既能夠解決區(qū)域內(nèi)供電不足的問題，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。但是，該技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中仍然存在一些不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，從而為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的供電服務(wù)。