太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)配電網(wǎng)的影響

    太陽(yáng)能作為重要的可再生能源，其光伏發(fā)電技術(shù)有著巨大的發(fā)展空間和應(yīng)用市場(chǎng)。文章詳細(xì)闡述了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后給配電網(wǎng)的影響做了詳細(xì)的分析，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展前景做了展望。

    1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)

    隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和全球能源環(huán)境問(wèn)題的不斷突出，尋求可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展的道路就迫在眉睫。據(jù)估算，太陽(yáng)能作為分布廣泛的可再生清潔能源，每天到達(dá)地球表面的輻射能量大約相當(dāng)于2.5億桶石油。我國(guó)太陽(yáng)能資源十分豐富，陸地面積每年接收的太陽(yáng)輻射能量大約相當(dāng)于17000噸標(biāo)準(zhǔn)煤。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時(shí)以上，西藏日輻射量最高達(dá)每平米7千瓦時(shí)，年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)。與同緯度的其他國(guó)家相比，與美國(guó)相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多。將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的光伏發(fā)電技術(shù)日趨成熟，發(fā)展趨勢(shì)迅猛，并逐步突破高成本的制約瓶頸，有望在未來(lái)幾十年成為我國(guó)重要的電力能源之一。

    目前，在世界各國(guó)政府對(duì)可再生資源的大力支持下，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全球光伏新增裝機(jī)容量約為18GW，而2013年約為27GW，漲幅高達(dá)50%，全球累計(jì)安裝量超過(guò)67GW。

    1.1 太陽(yáng)能電池材料的發(fā)展

    太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池陣列、蓄電池、逆變器、負(fù)載等幾部分組成，太陽(yáng)能電池陣列是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。太陽(yáng)能電池用半導(dǎo)體材料制成，在半導(dǎo)體上照射光后，由于半導(dǎo)體吸收光能會(huì)激發(fā)出電子和正電荷，從而半導(dǎo)體中有電流流過(guò)，稱為“光伏效應(yīng)”。太陽(yáng)能電池技術(shù)是太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的主要組成部分。太陽(yáng)能電池主要有以下幾種類型：?jiǎn)尉Ч桦姵�、多晶硅電池和薄膜電池。單晶硅、多晶硅電池具有制造技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較高的特點(diǎn)。薄膜電池具有弱光效應(yīng)好，成本相對(duì)于硅類太陽(yáng)能電池較低的優(yōu)點(diǎn)。隨著薄膜光伏電池技術(shù)不斷進(jìn)步，薄膜光伏電池的市場(chǎng)份額將快速增長(zhǎng)，相對(duì)而言未來(lái)薄膜電池有更大的發(fā)展空間和更好的發(fā)展前景。

    1.2 光伏建筑一體化的發(fā)展

    我國(guó)大量的建筑屋頂都是沒(méi)有充分的利用，針對(duì)太陽(yáng)能比較豐富的地區(qū)應(yīng)當(dāng)大力興建與建筑相結(jié)合的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。在我國(guó)東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，用電量大，對(duì)光伏發(fā)電市場(chǎng)需求較強(qiáng)。同時(shí)，目前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)主要集中在東部省份。

    光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展也起著重要作用，在城市建設(shè)光伏建筑一體化集成光伏系統(tǒng)，對(duì)于城市的供電保障與能源節(jié)約都能起到很好的促進(jìn)作用。根據(jù)國(guó)家可再生能源發(fā)展規(guī)劃，至2020年，我國(guó)將累計(jì)安裝建筑光伏一體化系統(tǒng)2萬(wàn)套。其中，深圳國(guó)際園林花卉博覽園就采用了光伏建筑一體化的設(shè)計(jì)方案，該項(xiàng)工程堪稱我國(guó)并網(wǎng)光伏行業(yè)的成功典范。該太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分布于園內(nèi)的標(biāo)志性建筑的屋頂，并就近并入變壓器低壓側(cè)母線，從而實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行。這種運(yùn)行方式降低了系統(tǒng)的安裝和發(fā)電成本，降低了輸配電損耗，提高了發(fā)電效率。該套光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到1 MW，除了滿足自身負(fù)荷需求外，每年還可向電網(wǎng)輸送約100萬(wàn)kWh。

    1.3 太陽(yáng)能地面光伏發(fā)電站的發(fā)展

    我國(guó)有廣闊的荒漠資源，主要分布在太陽(yáng)能資源豐富的西北地區(qū)，其年總輻射約為每平方米2000千萬(wàn)時(shí)。在我國(guó)新疆、甘肅、內(nèi)蒙古以及陜北等地區(qū)可以大力建設(shè)裝機(jī)容量較大的太陽(yáng)能地面光伏發(fā)電站，不但能解決這些偏遠(yuǎn)地區(qū)長(zhǎng)期無(wú)電的窘境，還能促進(jìn)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。其中，徐州協(xié)鑫光伏電站就是典型的地面并網(wǎng)型光伏電站，其總裝機(jī)容量為20MW，該電站采用了多種跟蹤方式安裝光伏組件，并裝設(shè)有完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該項(xiàng)目填補(bǔ)了我國(guó)大型地面光伏并網(wǎng)電站建設(shè)領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)空白，為我國(guó)電力事業(yè)的快速發(fā)展，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)節(jié)能減排，促進(jìn)智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)提供了科研依據(jù)和技術(shù)保障。

    1.4 其他應(yīng)用

    太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)誕生之際主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如間諜衛(wèi)星、各種航天器等，然后逐步民用化。早期民用應(yīng)用主要集中在航標(biāo)燈及燈塔的供電，這是太陽(yáng)能應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域之一。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)還應(yīng)用于城市景觀亮化、路燈照明、公交站臺(tái)照明、廣告燈箱等，這些領(lǐng)域有著巨大的市場(chǎng)潛力，而且技術(shù)成熟、可靠，便于管理和操作。在通訊領(lǐng)域，由于某些基站建設(shè)的地點(diǎn)是電網(wǎng)無(wú)法達(dá)到的地區(qū)，使用柴油機(jī)發(fā)電維護(hù)費(fèi)用又非常昂貴，因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電便成為理想的選擇。

    2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

    眾多周知，光伏發(fā)電系統(tǒng)受天氣的影響很大，其波動(dòng)性很強(qiáng)，將其接入系統(tǒng)后勢(shì)必會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響。尤其是光伏發(fā)電容量將會(huì)越來(lái)越大，那么其對(duì)電網(wǎng)的影響不可忽視。

    2.1 對(duì)電能質(zhì)量的影響

    （1）對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響

    傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般呈輻射狀，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，電壓沿饋線的潮流方向逐漸降低。接入光伏電源后，在穩(wěn)態(tài)情況下，由于饋線上的傳輸功率減少以及光伏系統(tǒng)輸出的無(wú)功支持，使沿饋線的各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓有所升高。而電壓被升高多少與接入的光伏系統(tǒng)的位置和總?cè)萘康拇笮∮嘘P(guān)。

    （2）對(duì)系統(tǒng)電壓波動(dòng)的影響

    傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的有功、無(wú)功負(fù)荷隨時(shí)間變化會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，會(huì)影響系統(tǒng)電壓的波動(dòng)，使其增大或減小。

    （3）電壓閃爍

    當(dāng)大型光伏發(fā)電系統(tǒng)突然啟動(dòng)時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出突然變化時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)和電壓控制設(shè)備相互影響時(shí)都會(huì)引起配電網(wǎng)電壓發(fā)生閃爍。

    （4）諧波污染

    光伏發(fā)電系統(tǒng)本身就是一個(gè)諧波源，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流電經(jīng)過(guò)逆變器變換為交流電并入電網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)諧波污染。

    2.2 對(duì)系統(tǒng)潮流分布的影響

    光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入使傳統(tǒng)的配電網(wǎng)由輻射式變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)，潮流將不再單向地由變電站母線流向各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，而可能出線逆流，出線多種復(fù)雜的電壓分布情況。光伏發(fā)電系統(tǒng)受自然條件變化的影響較大，輸出功率的不確定性會(huì)導(dǎo)致并網(wǎng)后的各種負(fù)荷分布情況交替出現(xiàn)，也使系統(tǒng)潮流具有一定的隨機(jī)性和復(fù)雜性。

    2.3 對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

    由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)一般直接并網(wǎng)于配電網(wǎng)，因此，當(dāng)其大量上網(wǎng)時(shí)，將會(huì)極大地影響配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制和運(yùn)行，影響系統(tǒng)的安全性和可靠性。這就要求傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法做出相應(yīng)的改變。

    （1）由于大量光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入為系統(tǒng)提供電能，使得配電網(wǎng)規(guī)劃人員更加難于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷的增長(zhǎng)情況，從而影響后續(xù)的配電網(wǎng)規(guī)劃的準(zhǔn)確性。

    （2）光伏發(fā)電系統(tǒng)雖然可以減少電能損耗，并且可以減少對(duì)電網(wǎng)升級(jí)的投資，但是如果光伏發(fā)電系統(tǒng)的位置和容量選擇不合適，反而會(huì)導(dǎo)致電能損耗的增加，致使網(wǎng)絡(luò)中一些節(jié)點(diǎn)電壓的下降或出現(xiàn)過(guò)電壓，同時(shí)還會(huì)改變故障電流的大小、方向和持續(xù)時(shí)間。因此，只有對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)給配電網(wǎng)造成的影響做出準(zhǔn)確的評(píng)估后才能制定合理的規(guī)劃，進(jìn)而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)的逐步發(fā)展過(guò)程中不會(huì)破壞電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    綜上所述，我國(guó)的太陽(yáng)能資源豐富，分布廣泛，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的充分建設(shè)利用可以緩解我國(guó)目前日趨緊張的能源和環(huán)境問(wèn)題，優(yōu)化我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)，滿足不同電力用戶的電力需求。但與此同時(shí)，我們也清楚地認(rèn)識(shí)到光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入給配電網(wǎng)帶來(lái)了很多復(fù)雜多變的影響，如何安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，是我們目前和未來(lái)都不能忽視的問(wèn)題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信將來(lái)會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)給配電網(wǎng)的影響降到最低�？梢灶A(yù)測(cè)，未來(lái)幾年我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電將迎來(lái)躍進(jìn)式發(fā)展，成為可再生能源開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要市場(chǎng)。<