光伏發(fā)電技術(shù)存在的問題及對(duì)策研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州越秀供電局 陳迪峰 黎壽濤 郭崇明 徐 碩 肖雨田

1 引言

太陽(yáng)能作為世界上最豐富的能源之一，具有輸出廣泛、可再生、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，光伏發(fā)電作為一種新型的發(fā)電方式，提高人們生活供電需求質(zhì)量，就太陽(yáng)能光伏發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀而言，影響電力質(zhì)量和效率的問題還很多。因此，加強(qiáng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的各個(gè)方面提升，不僅可以使光伏發(fā)電的功率穩(wěn)定，還可以滿足光伏發(fā)電技術(shù)的功能的使用。

2 光伏發(fā)電技術(shù)基本原理

光伏發(fā)電的原理就是光伏效應(yīng)，太陽(yáng)能電池在這個(gè)過程中起到了電能轉(zhuǎn)換的重要作用。特別是，當(dāng)太陽(yáng)光線照射到太陽(yáng)能電池上時(shí)，其中的光能會(huì)被電池吸收，產(chǎn)生光生電子，在內(nèi)置電場(chǎng)的控制下，光生電子發(fā)生萃取。經(jīng)過一段時(shí)間的積累，反應(yīng)產(chǎn)生的相反符號(hào)的電荷會(huì)匯聚產(chǎn)生光伏電壓，這就是所謂的光伏效應(yīng)。此外，在內(nèi)置電場(chǎng)中，當(dāng)連接負(fù)載時(shí)，視頻產(chǎn)生的功率會(huì)流出，以了解功率的輸出和使用情況，最終達(dá)到將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的目的。P型半導(dǎo)體如圖1所示。N型半導(dǎo)體如圖2所示。

圖1 P型半導(dǎo)體

圖2 N型半導(dǎo)體

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

光伏發(fā)電一般分為并網(wǎng)光伏發(fā)電和獨(dú)立發(fā)電兩種。獨(dú)立發(fā)電機(jī)廣泛用于偏遠(yuǎn)或離網(wǎng)地區(qū)。在實(shí)際工作過程中，由于太陽(yáng)能產(chǎn)生的能量會(huì)受到環(huán)境、光照等因素的影響，因此在獨(dú)立發(fā)電時(shí)會(huì)安裝一些電池等儲(chǔ)能裝置。與獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，并網(wǎng)光伏發(fā)電有很多應(yīng)用。由光伏陣列、逆變器等組成，并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是通過逆變器與電網(wǎng)相連，在逆變器的作用下將電能直接輸入至公共電網(wǎng)。部分系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)電能峰谷調(diào)配，也會(huì)加入一定的電能存儲(chǔ)裝置?？刂破骺蓪?duì)光伏陣列當(dāng)中的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，并對(duì)逆變器并網(wǎng)的功率及波形進(jìn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

4.1 利用率高、節(jié)能、環(huán)保

光伏發(fā)電機(jī)是一個(gè)將光子轉(zhuǎn)化為電子的過程，這個(gè)過程比其他發(fā)電機(jī)更容易，也就是說，以簡(jiǎn)單的方式使得整個(gè)轉(zhuǎn)化過程非常節(jié)能，非常環(huán)保，不會(huì)產(chǎn)生污染。

4.2 儲(chǔ)備豐富、分布范圍廣

我國(guó)國(guó)土面積遼闊、陽(yáng)光充足，太陽(yáng)能儲(chǔ)存能力強(qiáng)。我國(guó)不同的地區(qū)，光照時(shí)間不同。不同的光照所有的地方，因此，利用太陽(yáng)能非常重要。

5 光伏發(fā)電技術(shù)存在的問題

5.1 多晶硅制造技術(shù)有待提高

我國(guó)的光伏技術(shù)已經(jīng)非常成熟，因此，在太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)中，多晶硅的質(zhì)量更高，消耗更少，對(duì)環(huán)境沒有破壞。隨著太陽(yáng)能產(chǎn)品需求量的增加，對(duì)多晶硅的需求量也越來(lái)越大。但由于國(guó)內(nèi)技術(shù)缺乏，需求量大，導(dǎo)致多晶硅產(chǎn)量一直沒有增加，導(dǎo)致目前多晶硅產(chǎn)品在能源和環(huán)境問題上的要求不高。

5.2 產(chǎn)能過剩

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，從市場(chǎng)需求大，到充分集聚效應(yīng)，再到目前的供大于求，甚至產(chǎn)能過剩。在我國(guó)新能源、電力、火電等基礎(chǔ)設(shè)施正在建設(shè)中，許多光伏發(fā)電項(xiàng)目已經(jīng)安裝投入使用。但在實(shí)際發(fā)展中，光伏發(fā)電存在產(chǎn)能過剩的問題。針對(duì)這一現(xiàn)象，國(guó)家采取措施解決這些問題，以保證光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

5.3 多晶硅純度不夠

多晶硅是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重要原材料。由于技術(shù)欠缺，目前的多晶硅純度不足以提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電水平[1]。

5.4 污染

太陽(yáng)能雖然是環(huán)保能源，但硅的生產(chǎn)仍然是太陽(yáng)能污染嚴(yán)重的行業(yè)。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣有四氯化硅、氯化氫、氫氣等。尤其是四氯化硅，如果不經(jīng)處理，會(huì)分解成鹽酸，對(duì)土壤造成嚴(yán)重污染。過去廣泛采用一氧化碳還原法，所用材料含有硅和二氧化碳。產(chǎn)生的二氧化碳除了消耗大量能源外，還會(huì)助長(zhǎng)溫室效應(yīng)，這顯然與國(guó)家現(xiàn)在提出的打造低碳經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)背道而馳。根據(jù)計(jì)算，每制造1kg工業(yè)硅會(huì)消耗2kg碳并產(chǎn)生2kg二氧化碳。

6 光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)策研究

6.1 提升技術(shù)資源和業(yè)務(wù)創(chuàng)新

投入資金進(jìn)行重要技術(shù)的研發(fā)，引領(lǐng)企業(yè)向高技術(shù)、好成果方向提升，對(duì)科研院所和相關(guān)高校提供一定的投資和支持，扶持光伏產(chǎn)業(yè)的重要人才。因此，投資應(yīng)尋求眼鏡業(yè)務(wù)的最大和重點(diǎn)，不能盲目投資，把錢用在正確的位置，加強(qiáng)對(duì)業(yè)務(wù)的了解和對(duì)未來(lái)發(fā)展的規(guī)劃。

在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的推薦設(shè)計(jì)中，需要加大投入和投入，以提高光伏產(chǎn)業(yè)的整體實(shí)力，同時(shí)注重新技術(shù)的儲(chǔ)能，提高現(xiàn)有產(chǎn)品和應(yīng)用。通過研究和利用現(xiàn)有的方法，可以減少光伏發(fā)電的潛在影響，同時(shí)也將減少太陽(yáng)能發(fā)電的污染，避免對(duì)周圍環(huán)境造成過度影響。甘肅、敦煌、酒泉等西北地區(qū)有很多太陽(yáng)能光伏電站，這些電站的選址經(jīng)過科學(xué)考證，既要有農(nóng)地利用，又要解決鹽堿地問題。因此，在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)中，科技應(yīng)用和創(chuàng)新發(fā)展可以成為提高其效果應(yīng)用、重要應(yīng)用和成本應(yīng)用的重要手段。

6.2 提升發(fā)電功率轉(zhuǎn)換率

對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電，其效果取決于外部環(huán)境和光照強(qiáng)度。因此，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的相對(duì)功率輸出是高度可變的。根據(jù)主要資料，太陽(yáng)能電池的電壓和電流是非線性的，因此其輸出電壓與外界光照和溫度的變化密切相關(guān)。因此，在制作太陽(yáng)能光伏發(fā)電時(shí)，需要根據(jù)功率的不同來(lái)調(diào)整輸出功率，以保證電力與輸運(yùn)產(chǎn)品的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的最大化。特別是需要找出并確定最大功率點(diǎn)，并進(jìn)行比較，確保正確、科學(xué)地確定電壓，以達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)目前的情況，這個(gè)問題可以通過測(cè)壓法、爬升法等來(lái)解決[2]。

6.3 優(yōu)化電池輸出問題

對(duì)于太陽(yáng)能光伏來(lái)說，需要將產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存在電池中，當(dāng)電池本身出現(xiàn)較大故障時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量的電能。因此，在解決放電問題時(shí)，可以在原有電路的基礎(chǔ)上增加一個(gè)放電自鎖裝置，使電池在遇到負(fù)載時(shí)可以小電流、深度放電，對(duì)電子設(shè)備起到較好的保護(hù)作用。自平指示器是根據(jù)機(jī)器正反饋的深度測(cè)量，當(dāng)電信號(hào)達(dá)到極限時(shí)，確定數(shù)值，當(dāng)數(shù)值上升到極限時(shí)，輸出將關(guān)閉。同時(shí)，在電池充滿后按下電源鍵，設(shè)備會(huì)作出相應(yīng)反應(yīng)，調(diào)整輸出電壓，將電源輸出推至開啟狀態(tài)，確保有電，平單軸:發(fā)電量提高10%～20%，成本增加5%，單機(jī)最大50kW。斜單軸:發(fā)電量提高20%～30%，成本增加10%，單機(jī)最大10kW。雙軸:發(fā)電量提高30%～40%，成本增加15%，單機(jī)最大10kW。

6.4 改進(jìn)運(yùn)行、維護(hù)和管理

對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在實(shí)際的開發(fā)建設(shè)過程中，建設(shè)工作是保證項(xiàng)目成功的主要工作點(diǎn)，也是項(xiàng)目建設(shè)的重中之重。但是，對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目而言，在其實(shí)際工作過程中，項(xiàng)目可持續(xù)運(yùn)行的保障與支撐工作、視圖監(jiān)控和管理是分離的。因此，解決太陽(yáng)能光伏發(fā)電存在的問題，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理，為太陽(yáng)能光伏發(fā)電的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供保障思路。為提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)維和控制水平，需要完成對(duì)當(dāng)前運(yùn)維的分析。同時(shí)，在日常工作和維修工作、日常工作小組工作、工作流程和工作策略中，打造一批工作出色、管理水平高的人與適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，確保各項(xiàng)任務(wù)都能按部就班完成。同時(shí)，在光伏電站的建設(shè)中，應(yīng)將運(yùn)維作為主要工作[3]。

6.5 促進(jìn)多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在推動(dòng)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，應(yīng)該全面推動(dòng)建立太陽(yáng)能光伏行業(yè)多晶硅相關(guān)業(yè)務(wù)的相關(guān)規(guī)定，使多晶硅行業(yè)形成聯(lián)合業(yè)務(wù)，增加全業(yè)務(wù)的初始進(jìn)入。多晶硅是一種特殊材料，含量高，使其在生產(chǎn)過程中達(dá)到更高的水平，從而帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)多晶硅產(chǎn)業(yè)邁向新的高度。

7 光伏發(fā)電技術(shù)的有效應(yīng)用

7.1 照明系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，對(duì)照明提出了更高的要求，與此同時(shí)，國(guó)家也提倡使用節(jié)能環(huán)保照明，充分利用太陽(yáng)能以滿足環(huán)保要求。近年來(lái)，太陽(yáng)能燈在建筑中得到廣泛應(yīng)用，除了路燈和公共照明，小區(qū)燈和室內(nèi)庭院燈也開始使用太陽(yáng)能燈。太陽(yáng)能照明由電池、電池板、用電設(shè)備和用電設(shè)備等設(shè)備組成，控制器的安裝大部分是根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置的。例如在照明的使用上，可以采用定時(shí)器來(lái)控制路燈的工作時(shí)間，在室內(nèi)照明方面，可以安裝光敏裝置，在周圍樓道光線較暗時(shí)開燈。設(shè)定值，照度很高，設(shè)定值后會(huì)自動(dòng)關(guān)燈。這些設(shè)施可以達(dá)到節(jié)能的目的[4]。

7.2 太陽(yáng)能水泵的使用

西北地區(qū)不僅陽(yáng)光充足，而且具有儲(chǔ)存光能的能力。因此，太陽(yáng)能水泵可以安裝在大型農(nóng)場(chǎng)或畜牧場(chǎng)。由于太陽(yáng)能水泵有太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為重要支撐，因此大部分不需要使用電池發(fā)電，而是使用發(fā)電機(jī)光伏驅(qū)動(dòng)水泵正常工作。太陽(yáng)能水泵雖然初期投資大，但在實(shí)際工作過程中使用成本低，具有運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)方便、性能高等特點(diǎn)，有望得到廣泛應(yīng)用。

8 結(jié)語(yǔ)

目前，光伏發(fā)電是理想的綠色能源，在我國(guó)應(yīng)用廣泛，優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。在光伏發(fā)電保護(hù)方面，我國(guó)應(yīng)積極制定統(tǒng)一措施，完善法律法規(guī)，以促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，為未來(lái)綠色項(xiàng)目的發(fā)展起到支撐作用，太陽(yáng)能光伏發(fā)電已成為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。多晶硅生產(chǎn)技術(shù)不成熟、產(chǎn)能過剩、多晶硅純度不夠等都是當(dāng)前太陽(yáng)能光伏發(fā)電面臨的重要問題，將影響發(fā)電質(zhì)量和效率，推動(dòng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電發(fā)展，可以改進(jìn)技術(shù)，解決電池放電問題，增強(qiáng)多晶硅產(chǎn)業(yè)實(shí)力。實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。