李箭
（身份证号码：32102019780102XXXX
摘要：太阳能光伏发电是一种绿色能源，了解太阳能光伏发电系统的概念，分析应用中存在的问题，并且研究应用现状和前景。
关键词：太阳能光伏发电技术；应用；问题
前言：
随着人类对能源需求的不断提升，近年来人类开发不可再生能源的步伐不断加快，使得这些化石能源的储量不断减少。因此，开发、利用和推广高效环保的绿色可再生能源是当务之急，太阳能作为一种可再生资源，对环境与能源的可持续发展具有重要意义。
一、太阳能光伏发电原理
太阳能光伏发电利用太阳能电池的光伏效应，它是一种直接转换太阳辐射：直接辐射、散射辐射、反射辐射等的发电形式转化为电能。所谓光伏效应是指当物体接收照亮时，物体中的电荷分布状态发生变化以产生电动势和电流的效应。当太阳光或其他光线照射到半导体的PN节时，PN节两侧会出现电压称为：光生电压，这种现象被称为：光伏效应，太阳能光伏系统由太阳能电池模块、充放电控制器、逆变器、监测仪器、蓄电池或其他储能辅助发电设备组成。根据不同的应用场合，太阳能光伏发电系统可分为三类：1.离网光伏发电系统2.并网光伏发电系统3.混合系统。离网光伏发电系统广泛建立在偏远山区、远离电网的无电地区、岛屿等为独立的区域用户供电，并网光伏发电系统是将用户光伏系统与电网连接起来的光伏发电系统，该方法具有电网调峰、减少建设投资、灵活性强等优点，逐渐成为太阳能光伏发电技术发展的主流趋势，然而，存在“孤岛效应”，并网系统的逆变器必须对电网进行监控。在停电的情况下，可以快速停止向电网供电。本发明适应性强，能够综合利用各种发电方式的优点，避免各自的缺点。充分利用太阳能具有较高的系统实用性，但也有其自身的缺点，如控制比独立系统复杂，维护比独立系统多。
二、太阳能光伏发电的特点
太阳能光伏发电项目具有投资大、技术复杂、实地考察困难、建设周期长的特点，特别是重大工程、超高压或大型变电站工程、长距离输电工程等。而太阳能光伏发电具有一般发电设施所不具备的特点，不同于一般发电设施，如施工工序多，施工周期长，受各种因素影响的因素多，价格复杂等等，电力工程造价管理具有多动态、多建主体、多阶段的特征。太阳能光伏发电具体许多独特的优点：太阳能是取之不尽的清洁能源而且安全可靠，不受能源危机和燃料市场不稳定因素的影响；太阳照射在地球上随处可得，太阳能光伏发电特别适用于边远无电地区，而且减少长距离电网建设和输电线路的电能损耗；太阳能的产生不需要燃料，也降低了运行成本；太阳能光伏发电除跟踪式外，无活动部件，不易损坏，安装容易，维护简单；太阳能光伏发电不会产生任何废物，也不会产生噪音、温室气体与有毒气体，是非常理想的清洁能源。1kw光伏发电系统每年可减少ＣＯ２６００～２３００ｋｇ，ＮＯｘ１６ｋｇ，ＳＯｘ９ｋｇ和０．６ｋｇ其他颗粒物的排放；可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁，而不占用大量土地，太阳能发电板可以直接吸收太阳能，从而降低墙壁和屋顶的温度，减轻室内空调的负荷；太阳能光伏发电系统的建设周期短，而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活，发电系统的能量回收周期短。凡事都有两面性，太阳能光伏发电虽然有许多上述优点，但也有其缺点：（一）地理分布、季节变化和昼夜交替将严重影响发电量。没有太阳时发电能力不能产生或很小，会影响电力设备的正常使用；（二）能量密度低，大规模使用时占地面积会比较大，而且受太阳辐射强度的影响；（三）太阳能光伏发电系统建设成本较高，使得初期投资较高，严重制约了其广泛应用。
三、太阳能光伏发电技术应用中的相关问题
1、无功补偿功能问题
在一定程度上拓展光伏并网系统逆变器的功能，可以实现一系列其他功能，主要包括并网功能、主动调节功能、无功补偿功能和滤波功能等等。一般情况下，即使不做硬件改动，也能有效实现光伏并网发电设备的功能应用，在这种环境下，并网光伏发电系统的输出会自动跟踪相关的实时参数，并在此基础上灵活有效地调节交流输出功率、交流输出电流、电压、谐波等从而有效提高电网质量。
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2、蓄电池问题
影响蓄电池充电效率和寿命的主要因素是其充电电流的大小和蓄电池的过充电。为了防止蓄电池过充电，前人提出了电压检测法和温度检测法等控制策略，但光伏发电系统使用效果并不理想。传统的电压控制方法是设定蓄电池充电电压的上限值，当蓄电池的端电压达到设定值时停止对蓄电池充电。然而光伏电池的电流输出不是恒定的，当光强很高时充电电流可能超过电池充电电流的上限，电池的端电压将快速上升达到设定值，从而切断蓄电池的充电，此时蓄电池的充电尚未达到饱和，导致蓄电池充电的错误切断。
4、光伏发电系统并网带来的整个电网的控制问题
由于光伏发电系统的不稳定，将使得整个配电网短期负荷预测不准确，这将增加传统电网运行和规划的难度，使配电网难以控制截面交换功率。光伏发电系统接入配电网后，配电网中有许多供电点。但由于这些供电点分布分散，供电难以协调控制，常规的电压无功补偿方法难以合用。这就增加了配电网安全备用、频率稳定及网络调峰方面的影响，加大了电网控制的难度。因此，光伏发电系统大规模接入配电网，将大大削弱传统电源对整个配电网的控制能力，给整个配电网的安全稳定带来巨大隐患和新的安全问题。
四、太阳能光伏发电技术应用现状
1、大型并网型光伏发电
系统作为光伏发电的未来，是技术进步的标志，若能够将大型并网型光伏发电作为发电的主要方式，这对于缓解能源的损耗非常深远的影响。这对减少化石能源的使用和保护环境有很大帮助。
2、光伏发电系统在轨道交通中的应用
随着城市化进程的加快，轨道交通在城市交通中发挥着重要作用。不仅省会城市正在建设或筹备铁路运输，许多城市也开始发展铁路运输。发展基于光伏系统的轨道交通，对于缓解城市压力，提高轨道交通的可靠性具有重要意义。
3、基于无源综合控制的独立光伏发电
在独立光伏发电系统中，DC / DC功率转换器用作功率转换接口。电力电子转换的控制器设计方法有两种：线性和非线性，线性方法依赖于局部线性化方法。当平衡点变化较大时控制性能不能保持一致，此外电力电子变换器的动力学方程具有本质的非线性特性。因此，电力电子变换器更适合采用非线性方法进行控制器设计。针对独立光伏发电系统中单向boost变换器和双向buck - boost DC变换器作为功率转换接口的固有非线性，采用无源控制和pi控制。根据混合系统的能量管理策略，分别采用两种控制模式：对于单向升压转换器，基于无源电流和总线电压变化，光伏阵列被控制在最大功率跟踪和有限功率输出两种模式；对于双向buck - boost DC转换器，双向boost操作模式下的无源电流控制被确定为内环，pi电压控制被确定为外环的控制模式，buck操作模式下的无源电压控制模式被确定为恒压充电阶段。最后，MATLAB仿真验证，当光照强度和负载变化时，该控制策略能够有效控制直流母线电压，同时满足蓄电池两级充电过程，为未来独立光伏发电系统的能量管理模式提供了一种新的控制策略。
五、有利于太阳能光伏发电技术应用的建议
充分发挥政府作用引导光伏产业走规范化发展之路，政府在发布政策时，应该把重点放在解决制约光伏产业发展的最关键问题上。例如在借鉴国外成熟经验的基础上，结合国内各地区的实际情况，制定符合国情的光伏发电上网电价，真正推动了国内光伏产业应用市场的快速启动。深化太阳能光伏技术是适应市场发展的需要，及时进行各种自制的制度改革，应采取更多的市场手段和机制，减少政府设置企业资质审批的做法。随着与世界贸易组织市场逐步接轨，应以个人资质取代单位技术资质，尽快建立和完善智能发电系统，实行技术监督制度填补空白，确保智能工程质量。智能系统技术监督工程师必须经过培训考核，取得资格证书。太阳能光伏发电系统的设计应该适应人们的需要，符合发电的设计理念。在发电设计领域，有必要建立一个有效的设计平台来支持各种发电设计，包括太阳能光伏发电设计。建设智能发电设备，需要将发电设计与智能系统相结合，紧密配合，统筹规划，精心管理，精心实施。同时，太阳能光伏发电应该全面考虑未来发展，制定长远规划和设计，太阳能光伏发电的发展目标应根据有关政策进行规划和总体规划。“十五”计划把结构调整作为全过程的主线，调整优化产业所有制结构、组织结构和产品结构。太阳能光伏发电可以在原有传统产业的基础上深化产业结构调整。
结束语
太阳能光伏发电是一种清洁的能源，零排放，无污染，技术日趋成熟，成本不断下降，适合规模化应用。未来，太阳能光伏发电将广泛应用于公共建筑或民用建筑，光伏发电也将成为中国的常规能源。
参考文献：
[1]张兴然.太阳能光伏发电技术研究，2014.07.
[2]吴明凯，分析太阳能光伏发电技术及应用，2015.04.
[3]郑文英，周威，太阳能光伏发电技术在建筑中的应用，2013.06.
论文作者:李箭
论文发表刊物:《河南电力》2018年5期
论文发表时间:2018/9/7
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