“双碳”目标下我国光伏发电技术现状与发展趋势

“双碳”目标下我国光伏发电技术现状与发展趋势

段晓龙

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摘要：随着绿色发展理念的提出，人们在生活和工作中越来越注重对环境的保护，原有的煤炭、石油等能源对环境的污染较严重，不符合现阶段人们的发展观念。因此，如何高效利用太阳能，减少污染物的排放，降低生产、生活成本，实现经济的长久稳定发展，是我国能源部门面临的一道难题。光伏发电技术可以将太阳能转化为电能，为人们提供清洁、低价的能源，符合我国的发展理念，既能保护绿水青山又能得到金山银山。文章介绍了我国目前使用太阳能光伏发电技术的应用，进一步研究并整理其发展趋势。

关键词：太阳能资源；光伏发电；可再生资源；发电技术；项目开发

1“双碳”目标下我国光伏发电技术现状

1.1离网光伏发电技术

离网光伏发电系统是不与公用电网连接的发电系统，通常应用于缺电的边远地区以及太阳能路灯、通信信号基站等基础设施的用电需求。离网光伏发电系统根据用电负载的特点，分为无蓄电池的直流光伏发电系统、有蓄电池的直流光伏发电系统、交流光伏发电系统。无蓄电池的直流光伏发电系统主要由光伏电池组件和用电负载组成，没有蓄电池储能设备和控制器等部件。有蓄电池的直流光伏发电系统由光伏电池组件、充放电控制器、储能蓄电池及直流负载等组成，该系统能应用于太阳能路灯、移动通信基站、渔船、边远地区供电等，应用范围较广。交流光伏发电系统相比直流光伏发电系统，多了一个交流逆变器，可以把直流电转换成交流电为交流负载提供电能，可以作为市电互补型发电系统，能有效节约能源，减少碳排放。

1.2太阳能光伏发电技术

就地理位置和占地面积来说，我国的太阳能资源是相当丰富的。因此，我国对于太阳能光伏发电的研究也很早就开始了。1971年的“东方红二号”卫星上就已经开始使用太阳能电池了。20世纪以来，我国大力推广供电行业发展，加快基础建设进程，实施“送电到乡”工程，也为太阳能发电行业的发展一公里巨大的助力，推动了我国太阳能光伏发电技术的研究、更新和应用。

太阳能资源是可再生资源，同时因为利用太阳能进行发电主要是通过磁场的物理原理进行能量转换的，因此不会造成热力污染、粉尘污染、辐射污染等环境问题，是一种清洁且取之不尽的能源。太阳能光伏发电技术的运用能满足不同的客户需求，较小城市基础设施的能源消耗，同时，它最大的意义体现在能对无法架设电网，通过传统方式输送电力的区域进行电力输送，满足人们生产生活建设所需。我国的太阳能光伏发电技术在路灯、计算机、铁路信号、灯塔等各个领域都受到了广泛应用。

1.3并网光伏发电技术

并网光伏发电系统是指光伏电池组件产生的直流电通过逆变器转换为交流电并接入公共电网的发电系统。并网光伏发电系统分为集中式并网光伏发电系统和分布式并网光伏发电系统。集中式并网光伏发电的特点是所生产的电能直接输送到电网，再由电网把电力统一分配到各个用电单位，适于大型光伏发电站。目前，我国大型集中式光伏电站主要分布在西北和华北的沙地、草原、盐碱地和工矿废弃地等区域。据国家能源局统计，截至2021年底，我国集中式光伏发电为2.0×108kW，占光伏发电总装机容量的65%。2020年，世界上最大的沙漠集中式光伏发电基地在内蒙古库布齐沙漠建成，该项目装机容量达到69.03MW，年发电量可达20×108kW·h，并网发电后在节能减排方面相当于每年节约标煤66×104t，减少二氧化碳排放165×104t，能有效改善生态环境质量。分布式并网光伏发电系统是指利用建筑物顶部布置小型光伏发电系统，产生的电能输送到公共电网，统一为用户供电。分布式并网发电系统具有就地消纳、灵活性强、建设成本低、占地面积小、环境效益好等显著特点。

2光伏发电技术的发展趋势

2.1高效率低成本光伏电池

由于生态红线和耕地红线的限制，国家能源局要求光伏项目的开发不允许占用耕地。因此，发展更高效率、更低成本的光伏电池，进一步提升单位面积发电能力是未来光伏大规模发展的关键。一是持续推进PERC晶硅电池技术的发展，如开发双面PERC电池等，提升转换效率，降低生产成本。二是加快TOPCon、HJT、IBC等新型晶硅电池低成本高质量产业化制造技术研究，重点突破关键材料、工艺水平、制造装备等技术瓶颈，提高效率，降低成本，推动新型晶硅电池的产业化生产和规模化应用。三是推动CIGS、CdTe、AsGa等薄膜光伏电池的降本增效、工艺优化、量产产能等，大力推进薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化建设中的应用。四是开展高效钙钛矿太阳能电池制备与产业化生产技术研究，开发大面积、高效率、高稳定性、环境友好型的钙钛矿电池，开展晶体硅/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿等高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。

2.2光伏电站类型

目前我国的光伏发电系统主要采用的是地面光伏，其优点是规模大、方便建设。但是正是因为其规模较大，对于土地面积的要求较高，使得其在我国这样一个人均林地和耕地面积都很少的国家中很难发展。根据我国的实际情况，研究者们又发明了农光互补、林光互补、渔光互补发电系统。在此基础上，结合我国人口众多、房屋众多的特点，国家提出了分布式光伏发展的概念。即利用建筑物的屋顶进行光伏布置，为区域提供电力。如此，既解决了地面光伏需要大量土地的问题，又利用了现有的建筑资源。同时，国家还用光伏电站实现脱贫工作，在全国推广户用光伏、村级光伏和地面光伏电站，为无电区、山区、特困区提供用电保障，为这些地区早日脱贫提供基础能源支持。其次，我国对现阶段采用的地面光伏发电的规划也不合理。可以被大规模利用的西部及北部的高海拔的荒漠地区并没有被充分利用。这些光照充足，年辐射量巨大但不适宜人类居住的沙漠、荒漠地区正是建立地面光伏发电站的最佳选择。在未来的光伏发电行业发展中，这也是需要引起重视的问题。

2.3光伏发电并网关键技术

基于模糊逻辑算法、自适应变步长电导增量法和人工神经网络改进光伏发电系统最大功率点跟踪技术（MPPT），保证光伏发电系统以最高功率稳定输出。开发高效率、高可靠性、高电能质量、电网适应性强、易于安装维护的大型光伏电站用逆变器。开展工作稳定性好、能量转换效率和功率密度高、工作寿命长、生产成本低的微型逆变器研究。探索智能孤岛效应检测新方法，提升光伏发电系统并网稳定性。

结语：

全球各地都面临着严重的资源枯竭问题，因此，开发新型的可再生的洁净能源的想法也受到了越来越多的重视和关注。太阳能作为最原始的、取之不竭的能源，可以说是一个巨大的天然的能源宝藏。世界各国持续深化布局光伏发电全产业链创新，通过全覆盖布局先进材料、制造和系统应用各环节研发实现成本降低与竞争力提升。光伏核心器件朝高效率、低能耗、低成本发展。晶体硅电池已构建完备的全产业链，将继续占据光伏电池产量主要份额。如何利用和加强现有技术，对其进行开发使用，是值得人类长期去探讨和研究的话题。无论是材料的选择、太阳能的收集方式，还是能源转换的效率都应该不断地探索更新，以谋求更好的发展，使太阳能在未来的经济社会发展中发挥更大的功用。

参考文献

[1]邹才能，熊波，薛华庆，等.新能源在碳中和中的地位与作用[J].石油勘探与开发，2021，48（2）：411-420.

[2]李乔楚，陈军华，敬雷，等.双碳目标下中国能源行业低碳经济效率研究[J].天然气技术与经济，2022，16（1）：67-72.

[3]中国可再生能源学会光伏专业委员会.2020年中国光伏技术发展报告——晶体硅太阳电池研究进展（4）[J].太阳能，2021，（1）：5-10.

[4]王爱丽，汪舒蓉，林红，等.钙钛矿太阳电池的研究进展与关键挑战[J].硅酸盐学报，2021，49（7）：1306-1322.