國(guó)華（神木）新能源有限公司 韓向龍

光伏發(fā)電作為一種新型半導(dǎo)體，光能可轉(zhuǎn)化為電能，在新半導(dǎo)體的幫助下電能可吸收陽(yáng)光：首先，光能轉(zhuǎn)化為離子態(tài)，然后獲得自由離子，最后產(chǎn)生電能。這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了新能源轉(zhuǎn)化為電能。新能源光伏發(fā)電不同于風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電等傳統(tǒng)發(fā)電方式，具有很高的轉(zhuǎn)化率，在實(shí)際應(yīng)用中不需要機(jī)械零件或消耗燃料，并具有清潔、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，新能源資源是可再生資源，可大大減輕我國(guó)能源的壓力，更好地適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)提倡的環(huán)境保護(hù)和科學(xué)發(fā)展觀。我國(guó)一直非常重視光伏發(fā)電新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，光伏發(fā)電新技術(shù)的應(yīng)用不僅在國(guó)家建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，而且具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在未來(lái)依然具備極大的研發(fā)潛力。

光伏發(fā)電廠主要實(shí)現(xiàn)光熱能和光電能形式的電能轉(zhuǎn)換，前者主要利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量發(fā)電，通常從新能源集熱器獲得的熱量結(jié)合起來(lái)，將其轉(zhuǎn)化為工作設(shè)備蒸汽，然后利用汽輪機(jī)發(fā)電；后者主要利用光伏效應(yīng)將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為電能，新能源電池是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的基本設(shè)備。目前，我國(guó)新能源方陣主要由諸多的電池排列而成，具備很大的輸出功率，可實(shí)現(xiàn)更高效、高質(zhì)量的光伏發(fā)電。

1 新能源光伏發(fā)電特點(diǎn)及光伏發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析

不受地域限制。由于太陽(yáng)照射范圍廣，基本上可在有太陽(yáng)的地方進(jìn)行光伏發(fā)電，這將大大增加光伏發(fā)電的范圍，滿足許多不同地區(qū)的發(fā)電需求。中國(guó)幅員遼闊，新能源領(lǐng)域遍布西北地區(qū)；新能源二類地區(qū)分布廣泛，包括山東、吉林、安徽北部、江蘇中部和北部；三類區(qū)域大多位于長(zhǎng)江中下游，新能源資源可接受；這四類地區(qū)主要包括四川省和貴州省。不難看出，中國(guó)新能源資源豐富、面積極其巨大，占全國(guó)區(qū)域面積的25%以上，為新一代光伏能源提供了良好的資源條件。

光伏發(fā)電具有很高的轉(zhuǎn)換率，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，可確保始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)需繁瑣的維護(hù)。從技術(shù)角度來(lái)看，省去了傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)復(fù)雜的中間階段，提高了發(fā)電效率和能源利用率，新的光伏發(fā)電技術(shù)操作更簡(jiǎn)單，能量傳輸速度更快。新型光伏發(fā)電技術(shù)操作更簡(jiǎn)單，功率傳輸速度較快。同時(shí)，根據(jù)供電要求，可在相對(duì)較短的距離內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的發(fā)電和供電設(shè)施，以避免長(zhǎng)距離運(yùn)輸造成的電力損失。在光伏發(fā)電中，新能源主要被收集和利用，然后轉(zhuǎn)化為電能，整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程清潔高效，避免產(chǎn)生有毒有害污染物，符合節(jié)能環(huán)保的要求，是一種環(huán)境友好型的發(fā)電技術(shù)科學(xué)技術(shù)結(jié)合。

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新能源光法發(fā)電應(yīng)用相關(guān)技術(shù)有著更為優(yōu)質(zhì)的效果。如，電池技術(shù)可有效存儲(chǔ)光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力；跟蹤技術(shù)光伏發(fā)電的過(guò)程中跟隨太陽(yáng)，動(dòng)態(tài)控制光伏系統(tǒng)，保持高性能運(yùn)行；聚焦技術(shù)包括熱光伏、全息、反射、折射等輻照方法，可提高新能源密度，實(shí)現(xiàn)最高效的光電轉(zhuǎn)換效率；孤島檢測(cè)技術(shù)主要用于個(gè)體設(shè)備，其作用是最大限度地保護(hù)發(fā)電設(shè)備，降低故障發(fā)生的概率[1]。

發(fā)電成本決定著光伏發(fā)電技術(shù)是否具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，其成本主要取決于發(fā)電的總成本和發(fā)電總量的比例。光伏發(fā)電能夠源源不斷地為用戶提供電源，但用戶對(duì)用電的需求并不是一直都有，所以如何解決供需間的平衡問(wèn)題是儲(chǔ)能技術(shù)的重點(diǎn)。我國(guó)西部有豐富的新能源資源，西部與東部地區(qū)平均每年的滿發(fā)電小時(shí)數(shù)都在一千小時(shí)以上，但是光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性也為經(jīng)濟(jì)和電能質(zhì)量帶來(lái)?yè)p失，良好的儲(chǔ)能裝置能避免這種損失的發(fā)生。國(guó)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)人員在從多個(gè)方面研究?jī)?chǔ)能的配置與容量，在光伏發(fā)電技術(shù)中，不僅取決于其特性還取決于其經(jīng)濟(jì)性，這就需要進(jìn)行系統(tǒng)全面的經(jīng)濟(jì)分析。光伏組件的成本占整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的一半以上。隨著光伏組件價(jià)格的降低，光伏發(fā)電成本也逐漸降低，為后續(xù)推廣應(yīng)用提供了有利條件。

由于光伏發(fā)電新技術(shù)在中國(guó)的推廣滯后，目前幾乎沒(méi)有能夠客觀真實(shí)反映光伏發(fā)電確切成本的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。目前，主要有地面光伏發(fā)電和屋頂光伏發(fā)電兩種形式，前者的成本高于后者；薄膜光伏發(fā)電廠的投資成本低于晶體硅光伏發(fā)電廠，我國(guó)新能源資源雖然面積大，但光伏電站的建設(shè)比較分散，導(dǎo)致光伏能源的生產(chǎn)成本發(fā)生重大變化，而這無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算。普及率決定了新一代光伏能源的市場(chǎng)。以當(dāng)前的新能源汽車(chē)為例。人們對(duì)自己的使用體驗(yàn)有些擔(dān)憂。這種情況也反映在新光伏發(fā)電技術(shù)的推廣上，這是影響新光伏能源市場(chǎng)發(fā)展的因素之一。從目前的社會(huì)背景來(lái)看，新一代光伏能源的普及率和接受率都不高。一方面，大部分人民群眾沒(méi)有體會(huì)到新能源光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)；另一方面，公眾對(duì)新的光伏發(fā)電技術(shù)了解不足。

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

集中光伏發(fā)電可直接將光電器件引入公共電網(wǎng)，然后將光電器件均勻分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的供電。這一過(guò)程就是單向的能量交換，將電流輸出到電壓為10kV 的大電網(wǎng)中。同時(shí)，中央光伏發(fā)電廠的組件包括光伏組件和光電交換站，主要建在大型農(nóng)業(yè)或沙漠地區(qū)，這些地方新能源資源豐富，可建設(shè)大型光伏發(fā)電廠，連接高壓輸電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電。在具體實(shí)踐中，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)新能源發(fā)電站，還需對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善。目前，中國(guó)西北地區(qū)已經(jīng)建成了大量新能源發(fā)電廠，這有利于當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

光伏發(fā)電照明是日常生活中最常見(jiàn)的內(nèi)容，由新一代光伏能源組成的照明系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到人們的生活中。例如，我們周?chē)霈F(xiàn)了各種形式的新能源照明、運(yùn)河街道照明、走廊照明和草坪照明，為了提高耗電率，新能源燈通常采用兩種不同的控制方式：定時(shí)或燈光控制，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，由單片機(jī)和模擬電路相結(jié)合進(jìn)行有效控制。自動(dòng)開(kāi)啟時(shí)間必須結(jié)合當(dāng)?shù)卣彰鳁l件設(shè)置，如果環(huán)境光低于光照極限，光照極限可自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境光照。

新能源照明光伏系統(tǒng)主要由燈具、新能源電池板、電池、充放電調(diào)節(jié)器和逆變器組成，混合式光伏發(fā)電系統(tǒng)是解決新能源發(fā)電地區(qū)受光照時(shí)間、海拔和氣候環(huán)境影響，光伏發(fā)電難以充分發(fā)揮作用的一種方式。特別是在風(fēng)能、水電等清潔能源豐富的地方，新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他清潔能源相結(jié)合，形成混合發(fā)電系統(tǒng)。即使新能源的使用受到限制，它也可由其他能源補(bǔ)充，以確保供電的可靠性。

2.2 分布式新能源光伏發(fā)電站

分散式光伏發(fā)電廠主要負(fù)責(zé)將光伏發(fā)電能力直接轉(zhuǎn)移到能源負(fù)荷，如果發(fā)電量相對(duì)較小或較大，則由大型電網(wǎng)控制，這種發(fā)電方法涉及新能源電池、電路、逆變器、電網(wǎng)接口、保護(hù)設(shè)備和其他組件。其中，新能源電池是光電系統(tǒng)的關(guān)鍵，可實(shí)現(xiàn)新能源到電能的轉(zhuǎn)換，逆變器可實(shí)現(xiàn)恒流到交流電的轉(zhuǎn)換。由于新能源電池組件主要可形成恒流，在具體應(yīng)用中電流主要是交流電，新能源電池組件可將恒流轉(zhuǎn)化為電流，也可接入國(guó)家電網(wǎng)。

目前，具有新能源的分散式光伏發(fā)電廠主要用于建筑行業(yè)，即新能源發(fā)電廠和建筑的結(jié)合，因此，建筑物周?chē)陌l(fā)電應(yīng)該配置和使用，大多數(shù)操作和應(yīng)用都是自主生產(chǎn)、自產(chǎn)自銷(xiāo)。同時(shí)，安裝新能源電池組件時(shí)，設(shè)備可直接使用，無(wú)需使用大量新能源電池。該設(shè)備也可應(yīng)用于建筑物，如彩鋼屋頂。但是如果應(yīng)用于混凝土建筑屋頂，則必須設(shè)置合理的重量。此外，還可使用水泥條等輔助工具安裝光伏新能源組件。新型光伏電站的應(yīng)用效果顯著，不僅可促進(jìn)我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，而且一些無(wú)噪聲屋頂電站或屋頂發(fā)電方式可更好地解決該地區(qū)電力供應(yīng)不足的問(wèn)題，降低能耗。

新能源水泵在干旱地區(qū)得到推廣應(yīng)用，這些地區(qū)通常有很強(qiáng)的新能源照明能力，需要大量的長(zhǎng)期供水。在大型新能源光伏水泵站的工作過(guò)程中，其主要是通過(guò)逆變器將新能源電池板所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的交流電，進(jìn)而帶動(dòng)水泵運(yùn)行，與傳統(tǒng)類型的水泵相比，該水泵系統(tǒng)的成本非常高，但運(yùn)行時(shí)不需要提供能量，所需的運(yùn)行成本非常低，水泵也較為穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行供水，不需要進(jìn)行頻繁的維修，故障率較低。

新能源光伏發(fā)電設(shè)備還有一個(gè)特點(diǎn)，就是運(yùn)輸方便、設(shè)備安裝簡(jiǎn)單。在安裝新能源光伏發(fā)電設(shè)備時(shí)，只需安排設(shè)備朝向太陽(yáng)的位置，然后安裝新能源電池，即可滿足低發(fā)電量移動(dòng)電源的應(yīng)用。例如，6MW 新能源發(fā)電廠占地僅80平方公里，施工過(guò)程所需材料非常少，施工期也很短，它可在十個(gè)月內(nèi)投入使用，是一個(gè)非常方便的新能源轉(zhuǎn)換站。對(duì)于新能源發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，其維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單方便。即使在極端氣候條件下，如暴風(fēng)雨或暴風(fēng)雪，也只需清潔新能源電池表面并控制電路，以確保新能源設(shè)備的電壓穩(wěn)定并繼續(xù)投入運(yùn)行。一些大型光伏發(fā)電廠由計(jì)算機(jī)控制，這種智能系統(tǒng)不僅可產(chǎn)生更多的電力，還可確保電力系統(tǒng)更高的運(yùn)行效率。

2.3 建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的管理要點(diǎn)

為確保新能源光伏發(fā)電站在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)和效益，相關(guān)部門(mén)必須做好建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的施工管理工作。

第一，嚴(yán)格檢查材料和設(shè)備的質(zhì)量。在項(xiàng)目施工前的準(zhǔn)備階段，必須嚴(yán)格控制材料和設(shè)備的供應(yīng)商，確保各種材料的質(zhì)量符合項(xiàng)目的相關(guān)施工要求和規(guī)范。同時(shí)，工作人員應(yīng)加強(qiáng)與項(xiàng)目施工負(fù)責(zé)人的溝通協(xié)作，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和要求控制材料。

第二，加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)。在建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的施工過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)必須組織所有參與施工的員工提前接受培訓(xùn)，使他們掌握發(fā)電廠施工的相關(guān)理論和技術(shù)知識(shí)，以及項(xiàng)目施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的一般質(zhì)量問(wèn)題，并能掌握相關(guān)的預(yù)防措施。同時(shí)，對(duì)于技術(shù)難度高、系統(tǒng)性強(qiáng)、風(fēng)險(xiǎn)大的工作，必須組織有經(jīng)驗(yàn)、有相應(yīng)資質(zhì)證書(shū)的人員，以有效保證電廠的施工質(zhì)量。

第三，做好光伏新能源裝置的安裝和維護(hù)工作。在安裝光伏發(fā)電設(shè)備時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格檢查安裝現(xiàn)場(chǎng)的照明，以確保整個(gè)安裝過(guò)程的可靠性和安全性。同時(shí)，確保新型光伏能源裝置具有良好的基本性能和綜合外觀，安裝質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范和要求。此外，必須根據(jù)設(shè)備安裝的相關(guān)要求和安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，嚴(yán)格控制安裝過(guò)程，確保合格的安裝質(zhì)量，充分發(fā)揮其使用性能，確保理想的電氣節(jié)能效果。

3 新能源光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景

盡管與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)的新能源光伏發(fā)電技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，但在并網(wǎng)發(fā)電、逆變器和安全性方面仍然存在問(wèn)題。并網(wǎng)發(fā)電方面的難題主要是由于目前新能源光伏發(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。為了解決這個(gè)問(wèn)題，相關(guān)人員可嘗試將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電的平衡；安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，減少光伏電站對(duì)公共電網(wǎng)的影響；接入公共電網(wǎng)，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

逆變器可將直流電轉(zhuǎn)換為電流，為用戶提供與電網(wǎng)一致的頻率和電壓。逆變器的主要問(wèn)題是，設(shè)備在逆變過(guò)程中往往會(huì)形成電壓脈沖，這就需要使用濾波器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。從安全角度來(lái)看，雖然我國(guó)光伏發(fā)電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)采取了全面的保護(hù)措施，但光伏發(fā)電系統(tǒng)在電廠與電網(wǎng)分離后，往往會(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)，造成設(shè)備故障，嚴(yán)重時(shí)危及相關(guān)人員生命安全。要解決這一問(wèn)題，需要利用主動(dòng)移頻技術(shù)有效地檢測(cè)電源故障和電壓，并解決安全隱患。

新能源建筑是光伏與建筑的有機(jī)結(jié)合。光伏與建筑的結(jié)合主要包括兩種方式：屋頂和墻壁。其中，屋頂主要在建筑物頂部安裝若干新能源電池板，建筑物內(nèi)的電力主要來(lái)自新能源電池板。它在國(guó)外得到了一定程度的應(yīng)用，掀起了“新能源屋頂平面”的浪潮；墻體采用能產(chǎn)生光伏能量的玻璃幕墻，取代傳統(tǒng)的玻璃幕墻，墻壁可吸收新能源并將其轉(zhuǎn)化為電能，為室內(nèi)各種電氣設(shè)備提供能量。