太陽能光伏發電的發展趨勢及其對配電網的影響

    太陽能作為重要的可再生能源，其光伏發電技術有著巨大的發展空間和應用市場。文章詳細闡述了太陽能光伏發電的發展趨勢，并對光伏發電系統并網后給配電網的影響做了詳細的分析，對光伏發電系統的未來發展前景做了展望。

    1 太陽能光伏發電的發展趨勢

    隨著世界經濟的不斷發展和全球能源環境問題的不斷突出，尋求可再生能源，走可持續發展的道路就迫在眉睫。據估算，太陽能作為分布廣泛的可再生清潔能源，每天到達地球表面的輻射能量大約相當于2.5億桶石油。我國太陽能資源十分豐富，陸地面積每年接收的太陽輻射能量大約相當于17000噸標準煤。大多數地區年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，西藏日輻射量最高達每平米7千瓦時，年日照時數大于2000小時。與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優越得多。將太陽能直接轉化為電能的光伏發電技術日趨成熟，發展趨勢迅猛，并逐步突破高成本的制約瓶頸，有望在未來幾十年成為我國重要的電力能源之一。

    目前，在世界各國政府對可再生資源的大力支持下，太陽能光伏產業發展迅速。據統計，2012年全球光伏新增裝機容量約為18GW，而2013年約為27GW，漲幅高達50%，全球累計安裝量超過67GW。

    1.1 太陽能電池材料的發展

    太陽能光伏發電系統主要由太陽能電池陣列、蓄電池、逆變器、負載等幾部分組成，太陽能電池陣列是光伏發電系統的核心。太陽能電池用半導體材料制成，在半導體上照射光后，由于半導體吸收光能會激發出電子和正電荷，從而半導體中有電流流過，稱為“光伏效應”。太陽能電池技術是太陽能發電技術的主要組成部分。太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池。單晶硅、多晶硅電池具有制造技術成熟、產品性能穩定、使用壽命長、光電轉化效率相對較高的特點。薄膜電池具有弱光效應好，成本相對于硅類太陽能電池較低的優點。隨著薄膜光伏電池技術不斷進步，薄膜光伏電池的市場份額將快速增長，相對而言未來薄膜電池有更大的發展空間和更好的發展前景。

    1.2 光伏建筑一體化的發展

    我國大量的建筑屋頂都是沒有充分的利用，針對太陽能比較豐富的地區應當大力興建與建筑相結合的并網光伏系統。在我國東部沿海發達地區，用電量大，對光伏發電市場需求較強。同時，目前我國光伏產業主要集中在東部省份。

    光伏產業對當地經濟的發展也起著重要作用，在城市建設光伏建筑一體化集成光伏系統，對于城市的供電保障與能源節約都能起到很好的促進作用。根據國家可再生能源發展規劃，至2020年，我國將累計安裝建筑光伏一體化系統2萬套。其中，深圳國際園林花卉博覽園就采用了光伏建筑一體化的設計方案，該項工程堪稱我國并網光伏行業的成功典范。該太陽能光伏并網發電系統分布于園內的標志性建筑的屋頂，并就近并入變壓器低壓側母線，從而實現與電網的并網運行。這種運行方式降低了系統的安裝和發電成本，降低了輸配電損耗，提高了發電效率。該套光伏發電系統發電總裝機容量達到1 MW，除了滿足自身負荷需求外，每年還可向電網輸送約100萬kWh。

    1.3 太陽能地面光伏發電站的發展

    我國有廣闊的荒漠資源，主要分布在太陽能資源豐富的西北地區，其年總輻射約為每平方米2000千萬時。在我國新疆、甘肅、內蒙古以及陜北等地區可以大力建設裝機容量較大的太陽能地面光伏發電站，不但能解決這些偏遠地區長期無電的窘境，還能促進我國光伏產業的迅速發展。其中，徐州協鑫光伏電站就是典型的地面并網型光伏電站，其總裝機容量為20MW，該電站采用了多種跟蹤方式安裝光伏組件，并裝設有完善的計算機監控系統。該項目填補了我國大型地面光伏并網電站建設領域的多項技術空白，為我國電力事業的快速發展，優化電源結構，促進節能減排，促進智能電網的不斷建設提供了科研依據和技術保障。

    1.4 其他應用

    太陽能光伏發電技術誕生之際主要應用于軍事領域，如間諜衛星、各種航天器等，然后逐步民用化。早期民用應用主要集中在航標燈及燈塔的供電，這是太陽能應用最為成功的領域之一。隨著光伏發電技術的發展，光伏發電技術還應用于城市景觀亮化、路燈照明、公交站臺照明、廣告燈箱等，這些領域有著巨大的市場潛力，而且技術成熟、可靠，便于管理和操作。在通訊領域，由于某些基站建設的地點是電網無法達到的地區，使用柴油機發電維護費用又非常昂貴，因此太陽能光伏發電便成為理想的選擇。

    2 太陽能光伏發電系統對配電網的影響

    眾多周知，光伏發電系統受天氣的影響很大，其波動性很強，將其接入系統后勢必會對電網產生很大的影響。尤其是光伏發電容量將會越來越大，那么其對電網的影響不可忽視。

    2.1 對電能質量的影響

    （1）對穩態電壓分布的影響

    傳統配電網一般呈輻射狀，穩態運行情況下，電壓沿饋線的潮流方向逐漸降低。接入光伏電源后，在穩態情況下，由于饋線上的傳輸功率減少以及光伏系統輸出的無功支持，使沿饋線的各個負荷節點的電壓有所升高。而電壓被升高多少與接入的光伏系統的位置和總容量的大小有關。

    （2）對系統電壓波動的影響

    傳統配電網中的有功、無功負荷隨時間變化會引起系統電壓波動。光伏發電系統接入配電網后，會影響系統電壓的波動，使其增大或減小。

    （3）電壓閃爍

    當大型光伏發電系統突然啟動時，光伏發電系統的輸出突然變化時，光伏發電系統和電壓控制設備相互影響時都會引起配電網電壓發生閃爍。

    （4）諧波污染

    光伏發電系統本身就是一個諧波源，光伏發電系統中的直流電經過逆變器變換為交流電并入電網時會產生諧波，對電網帶來諧波污染。

    2.2 對系統潮流分布的影響

    光伏發電系統的接入使傳統的配電網由輻射式變為多電源網絡，潮流將不再單向地由變電站母線流向各個負荷節點，而可能出線逆流，出線多種復雜的電壓分布情況。光伏發電系統受自然條件變化的影響較大，輸出功率的不確定性會導致并網后的各種負荷分布情況交替出現，也使系統潮流具有一定的隨機性和復雜性。

    2.3 對配電網規劃的影響

    由于分布式光伏發電系統一般直接并網于配電網，因此，當其大量上網時，將會極大地影響配電系統的設計、控制和運行，影響系統的安全性和可靠性。這就要求傳統的配電網規劃方法做出相應的改變。

    （1）由于大量光伏發電系統的接入為系統提供電能，使得配電網規劃人員更加難于準確預測負荷的增長情況，從而影響后續的配電網規劃的準確性。

    （2）光伏發電系統雖然可以減少電能損耗，并且可以減少對電網升級的投資，但是如果光伏發電系統的位置和容量選擇不合適，反而會導致電能損耗的增加，致使網絡中一些節點電壓的下降或出現過電壓，同時還會改變故障電流的大小、方向和持續時間。因此，只有對光伏發電系統給配電網造成的影響做出準確的評估后才能制定合理的規劃，進而使得光伏發電系統在電網的逐步發展過程中不會破壞電網運行的安全性和經濟性。

    3 結束語

    綜上所述，我國的太陽能資源豐富，分布廣泛，太陽能光伏發電系統的充分建設利用可以緩解我國目前日趨緊張的能源和環境問題，優化我國的電源結構，滿足不同電力用戶的電力需求。但與此同時，我們也清楚地認識到光伏發電系統的接入給配電網帶來了很多復雜多變的影響，如何安全、可靠和經濟地利用太陽能光伏發電技術，是我們目前和未來都不能忽視的問題。隨著社會經濟和光伏發電技術的不斷發展和完善，相信將來會對光伏發電系統并網給配電網的影響降到最低。可以預測，未來幾年我國太陽能光伏發電將迎來躍進式發展，成為可再生能源開發的一個重要市場。<