新能源光伏發(fā)電技術(shù)運用研究

潘永鋒

達(dá)拉特旗能源局，中國·內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300

1 引言

新能源光伏發(fā)電技術(shù)相較于傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)具有更高的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，其生產(chǎn)過程也更加綠色環(huán)保。新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池、蓄電池、逆變器、控制器等組成，相關(guān)單位可以按照光伏發(fā)電技術(shù)及設(shè)備的原理，制定科學(xué)合理的方案，從而完成新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)。新能源發(fā)電技術(shù)維護(hù)成本低，規(guī)模不受限制，更加節(jié)能環(huán)保，因此被廣泛應(yīng)用于中國的各個領(lǐng)域。

2 光伏發(fā)電概述

2.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

在中國新能源開發(fā)以及節(jié)約能源的背景下，電能已經(jīng)成為當(dāng)前滿足人們?nèi)粘Ｉ?、學(xué)習(xí)、經(jīng)營的主要能源，在中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的過程中起著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新能源技術(shù)不斷創(chuàng)新，因此，光伏發(fā)電也開始廣泛應(yīng)用于電力生產(chǎn)過程。光伏發(fā)電具有用地篩選復(fù)雜性、建設(shè)指標(biāo)多層級等特點，電力單位需要根據(jù)當(dāng)前電力生產(chǎn)的實際情況，制定科學(xué)合理的系統(tǒng)布局。光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池、逆變器、蓄電池等光伏組件構(gòu)成，具體來說，太陽能電池是當(dāng)前能量轉(zhuǎn)換的主要核心元件，其在將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的過程中發(fā)揮著重要的作用；高效逆變器可以通過自身的光伏電池組件將直流電流轉(zhuǎn)化為可利用的、適用于電網(wǎng)以及電氣設(shè)備的交流電流，通常情況下MPPT（最大功率點跟蹤系統(tǒng)）的使用會將逆變器的功能、轉(zhuǎn)化率最大化；控制器可以保證光伏發(fā)電的整個系統(tǒng)具備高效性、可控性；蓄電池可以完成對電能的及時存儲，同時根據(jù)當(dāng)前存儲電量的實際情況不斷進(jìn)行負(fù)載供電。因此，為了保證光伏發(fā)電系統(tǒng)具備可靠性、安全性，電力單位需要結(jié)合光伏發(fā)電的原理及相關(guān)元件，從多角度進(jìn)行考量，配置高效的系統(tǒng)組件，保證組件之間能夠進(jìn)行協(xié)同作用，從而完成光伏發(fā)電的全過程。

2.2 光伏發(fā)電的特點

針對傳統(tǒng)的光伏發(fā)電工程項目，核心內(nèi)容是對工作進(jìn)行實時監(jiān)督、及時咨詢。同時，光伏發(fā)電工程應(yīng)該基于當(dāng)前市場經(jīng)濟(jì)需求，制定設(shè)計方案，通常情況下，光伏發(fā)電建設(shè)工程的全生命周期、施工進(jìn)度、資金用量都是由施工單位進(jìn)行管理控制。然而，相較于傳統(tǒng)的光伏發(fā)電管理工作，項目管理是以實時監(jiān)督、管理控制為主，在項目執(zhí)行階段，假如管理層、管理方?jīng)]有制定統(tǒng)一、規(guī)范的管理條例，明確管理權(quán)限，都會導(dǎo)致現(xiàn)場監(jiān)督管理工作不具備可靠性、穩(wěn)定性。通常情況下，相關(guān)技術(shù)人員可以對項目管理的全生命周期進(jìn)行實時控制，根據(jù)當(dāng)前項目執(zhí)行狀況，革新原有的被動管理方式，保證光伏發(fā)電過程具備安全性、完整性，從而不斷提高工作效率以及工作質(zhì)量。除此之外，光伏發(fā)電的管理過程與工程的咨詢模式具有相同點，都是采用第三方承包方進(jìn)行執(zhí)行、經(jīng)營，在施工過程中，都要求執(zhí)行人員具有豐富的管理經(jīng)驗，從而實現(xiàn)提高服務(wù)質(zhì)量的目的。因此，在光伏發(fā)電工程項目的開展過程中，相關(guān)單位必須堅持以人為本、不斷提高服務(wù)質(zhì)量的原則，不斷進(jìn)行光伏發(fā)電工程項目的設(shè)計及推廣[1]。

當(dāng)前情況下，高效的光伏跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)成為后期新能源光伏發(fā)電技術(shù)的重點研究對象。通常情況下，光伏跟蹤系統(tǒng)主要由光電傳感器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)以及太陽位置算法主導(dǎo)的開環(huán)控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，其可以使得光伏矩陣隨著太陽的運動而產(chǎn)生位移變化，從而最大力提高輻射量，增加太陽光的利用率，將能量利用效果最大化。光伏跟蹤系統(tǒng)是當(dāng)前最先進(jìn)的跟蹤式光伏發(fā)電技術(shù)，是光伏發(fā)電技術(shù)走向智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化的重要標(biāo)志。

2.3 光伏發(fā)電技術(shù)的原理

新能源光伏發(fā)電為中國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展提供重要能源支持，具有較高的社會價值、經(jīng)濟(jì)價值。當(dāng)前情況下，太陽能光伏發(fā)電是最主要的新型發(fā)電方式，其未來的影響力、發(fā)展?jié)摿Χ际遣豢上蘖康?。太陽能光伏發(fā)電是指利用半導(dǎo)體材料，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，一般有以下兩種模式：①光到熱到電轉(zhuǎn)化；②光到電轉(zhuǎn)化。

光到熱到電轉(zhuǎn)換是指利用相關(guān)元器組件將太陽光照射產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能，并利用集成器不斷吸收太陽產(chǎn)生的熱量，從而轉(zhuǎn)換為蒸汽，以此啟動汽輪機(jī)發(fā)電。

光到電轉(zhuǎn)換是指利用元器組件，結(jié)合光伏效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，其中太陽能電池是最主要的核心設(shè)備，是產(chǎn)生光伏效應(yīng)的主要場所。太陽能電池是一種新型半導(dǎo)體組成的電子器件，當(dāng)太陽光照射在半導(dǎo)體元器組件上時，通過復(fù)雜的反應(yīng)過程，就可以將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，從而進(jìn)一步將電流輸送、存儲蓄電池中。

3 新能源光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

在中國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的同時，也導(dǎo)致了資源的過度開發(fā)及濫用。針對以上情況，政府出具相關(guān)文件明確了節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的基本生產(chǎn)準(zhǔn)則，并制定相應(yīng)的法律法規(guī)、規(guī)章制度對當(dāng)前的日常生產(chǎn)經(jīng)營活動進(jìn)行有效的管理和控制。因此，新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)運而生。然而，隨著中國光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了一些問題，如生產(chǎn)的電力消化接納效果差，發(fā)電量富余，從而產(chǎn)生限電的情況，嚴(yán)重阻礙了光伏發(fā)電的發(fā)展進(jìn)程。此外，由于中國地形復(fù)雜，地貌多樣，許多偏遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電電網(wǎng)構(gòu)建落后，導(dǎo)致電力產(chǎn)出無法滿足人們的日常生活需求，從而阻礙了光伏發(fā)電的建設(shè)工作。同時，由于中國部分地區(qū)進(jìn)行地方保護(hù)，棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象嚴(yán)重，從而影響了光資源的合理利用。

4 新能源光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢

當(dāng)前情況下，新能源光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于中國的各個領(lǐng)域，為中國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展奠定基礎(chǔ)。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)相較于其他類型的發(fā)電技術(shù)具有更多的優(yōu)勢，因此太陽能光伏發(fā)電技術(shù)才能被廣泛應(yīng)用于人們的日常生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、經(jīng)營過程中，在中國未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，會具有更高的市場競爭力。新能源光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢如下：

4.1 維護(hù)成本低

新能源光伏發(fā)電技術(shù)相較于其他類型的發(fā)電技術(shù)具有維護(hù)成本低的優(yōu)勢。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器、逆變器等組成，其涉及的設(shè)備、材料、能源都具有低成本的特點，因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)的維護(hù)成本會更低。同時，相較于其他發(fā)電技術(shù)，陽能光伏發(fā)電技術(shù)具有高效性、簡潔性，光伏發(fā)電涉及的設(shè)備、技術(shù)會更加簡單，操作流程也趨于簡易化，日常對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的成本也會較低。

4.2 規(guī)模不受限制

太陽能光伏發(fā)電不受規(guī)模限制，可以根據(jù)應(yīng)用場景擴(kuò)大或減小規(guī)模。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以利用太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，一個或多個的太陽能電池板都可以完成以上工作，打破了區(qū)域、規(guī)模、地點的限制。同時，針對需要大規(guī)模生產(chǎn)電能的應(yīng)用場景，太陽能光伏發(fā)電也起著重要的作用。當(dāng)前背景下，中國使用更多的是火力發(fā)電技術(shù)，然而火力發(fā)電技術(shù)要求大規(guī)模、嚴(yán)操作，而太陽能光伏發(fā)電技術(shù)操作流程簡單，規(guī)模不受限制，具有更高的優(yōu)勢。

4.3 節(jié)能環(huán)保

光伏發(fā)電是一種新能源發(fā)電技術(shù)，其發(fā)電過程可以實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能的目的。由于光伏發(fā)電技術(shù)依靠的主要能量是太陽光，而太陽光是取之不盡、用之不竭的，是一種可再生資源，能夠持續(xù)不斷地產(chǎn)生。然而，相較于太陽能光伏發(fā)電依靠太陽光作為能量來源，火力發(fā)電技術(shù)主要是通過燃燒、焚燒等產(chǎn)生能量，其生產(chǎn)過程會有不可再生資源的損耗，同時也會產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，對環(huán)境造成破壞。因此，相較于傳統(tǒng)的火力發(fā)電技術(shù)，新能源光伏發(fā)電技術(shù)會是后期中國可持續(xù)性發(fā)展道路的重要基礎(chǔ)。

5 新能源光伏發(fā)電技術(shù)運用

5.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是指利用逆變器將直流電流轉(zhuǎn)化為交流電流，改變電網(wǎng)的幅值以及電壓頻率，再將產(chǎn)生的交流電輸送到電網(wǎng)中。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)不會受到陰雨天氣、無光天氣的影響，在環(huán)境惡劣的情況下，也可以將電網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生的電能不斷輸送給負(fù)載，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)具有可靠性、穩(wěn)定性。同時，在光照充足的環(huán)境下，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可以將多余的電量輸送到蓄電池中進(jìn)行存儲。通常情況下，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)可以分為可調(diào)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及不可調(diào)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)兩種類型?？烧{(diào)式光伏發(fā)電系統(tǒng)既可以作為逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，同時也可以作為蓄電池完成電能存儲，從而保證發(fā)電網(wǎng)絡(luò)不間斷、可持續(xù)性地發(fā)電。不可調(diào)式光伏發(fā)電系統(tǒng)利用逆變器對能量進(jìn)行處理，將直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率、相位相同的交流電，結(jié)合光照條件，太陽能電板不斷產(chǎn)生電能，當(dāng)電能負(fù)載過多時，可以將剩余的電量傳輸?shù)焦簿W(wǎng)絡(luò)中，從而保證在陰雨天氣、無光天氣的環(huán)境下電網(wǎng)也可以安全、穩(wěn)定地運行。

5.2 分布式光伏

分布式光伏發(fā)電具有靈活性以及較高的適應(yīng)性，其建立方式更加簡單、靈活，從而被廣泛應(yīng)用于不同的生產(chǎn)場景，是光伏發(fā)電的重要形式。相較于傳統(tǒng)的風(fēng)能發(fā)電，光伏發(fā)電能夠根據(jù)當(dāng)前社會需求制定合理的規(guī)劃，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大供量的互相替補。因此，分布式光伏發(fā)電被廣泛應(yīng)用于中國的各個領(lǐng)域。

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常分為并網(wǎng)型、離網(wǎng)型兩種方式。并網(wǎng)型是指能夠與公共電網(wǎng)進(jìn)行交流關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)；離網(wǎng)類型是指可以獨立自主地完成運行，不與其他電網(wǎng)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)、交互的網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，離網(wǎng)類型更加適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)以及不具備公共電網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)區(qū)域；并網(wǎng)類型會更加適用于城市化、現(xiàn)代化的區(qū)域，其對公共電網(wǎng)具有依賴性。并網(wǎng)類型系統(tǒng)可以實現(xiàn)功能的及時轉(zhuǎn)變、并入，從而將光伏電能輸送到電網(wǎng)中，并利用公共電網(wǎng)系統(tǒng)提高電能獲取效率。其運行模式通常如下：①該系統(tǒng)可以利用白天的太陽光產(chǎn)生電能，并對周邊區(qū)域及建筑進(jìn)行快速供電。當(dāng)電量過剩時，會進(jìn)行自主存儲，將電能存儲到蓄電池中；當(dāng)天氣狀況不好時，如陰雨天、無光天，蓄電池就可以對周邊區(qū)域的建筑進(jìn)行供電。②在夜晚或者無光條件下，太陽能電池板無法使用，蓄電池就必須承擔(dān)起供電的作用，當(dāng)蓄電池供電不足時，就會由公共電網(wǎng)進(jìn)行供電[2]。

5.3 光熱發(fā)電

光熱發(fā)電是指將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電形式。光熱發(fā)電能夠快速存儲電能，并在夜間也能夠生產(chǎn)電能。因此當(dāng)前情況下，光熱發(fā)電也被廣泛應(yīng)用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

5.4 光伏儲能

隨著各種新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，中國的電力生產(chǎn)已經(jīng)逐步走向穩(wěn)定化、可控化發(fā)展的道路。利用鋰離子等相關(guān)電池的存儲性能，可以在低成本的情況下，保證光伏電池對能量存儲的高效性，從而保證電網(wǎng)建設(shè)走向穩(wěn)定、環(huán)保的可持續(xù)性發(fā)展道路。

6 光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用場景

6.1 新能源光伏發(fā)電照明系統(tǒng)

新能源光伏發(fā)電照明系統(tǒng)適用于不同環(huán)境、不同生產(chǎn)規(guī)模，能夠滿足各種場景對電能的需求。同時，光伏發(fā)電照明系統(tǒng)具備穩(wěn)定性、可靠性，相較于其他電氣設(shè)備，照明系統(tǒng)對電力要求較低，因此，光伏發(fā)電技術(shù)被廣泛應(yīng)用于照明系統(tǒng)的建設(shè)工作中。利用光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將白天的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能存儲在蓄電池中，從而將電能應(yīng)用于不同的照明場景。

6.2 新能源光伏發(fā)電與水泵的結(jié)合

新農(nóng)新能源光伏發(fā)電應(yīng)用于水泵可以保證降雨少、干旱較為嚴(yán)重的區(qū)域用水。針對動力需求大的場景，水泵的運行會消耗大量的電力資源，而利用新能源光伏發(fā)電技術(shù)可以減少可再生資源的損耗，在雨水較多或者較少的季節(jié)都能保證電能的穩(wěn)定、持續(xù)性生產(chǎn)。同時，在相對干旱的地區(qū)，雖然雨水有限，但太陽能卻是豐富的，因此將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于以上區(qū)域可以保證區(qū)域內(nèi)的水泵正常運行[3]。

7 結(jié)語

綜上所述，隨著新能源光伏發(fā)電技術(shù)的不斷更新、深入，其會成為中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在未來人們的日常生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、經(jīng)營過程中的應(yīng)用會更加廣泛。中國應(yīng)當(dāng)堅持“光伏領(lǐng)跑計劃”，不斷創(chuàng)新、改進(jìn)現(xiàn)有的新能源光伏發(fā)電技術(shù)，實現(xiàn)降低成本、高效產(chǎn)電、環(huán)保節(jié)能的目的，從而為中國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益。