碳中和目标下的光伏发电技术

碳中和目标下的光伏发电技术

李晓栋

天津城市道路管网配套建设投资有限公司 天津 300381

摘要：为促进社会经济的可持续发展,我国政府部门十分重视新能源的开发与利用问题。近几年,随着科学技术的不断发展,针对于太阳能应用技术的研究日渐成熟,致使太阳能资源的可应用量增加,并在电力事业方面起着重要作用。随着我国经济发展水平以及综合国力的不断提升,国家对于节能环保的发展十分重视,为满足人民日益增加的电力需求,光伏发电技术的应用可以在节能环保的基础上增加电力供应量,响应国家低碳以及零碳的绿色发展政策。为落实“双碳”要求，配合国家能源结构调整的总体思路，新能源的光伏建设也在向公路行业延伸，解决百姓出行能源补给焦虑问题的同时，智慧化公路建设布局如火如荼，新能源建设发展呈放射状。

关键词：碳中和；光伏发电；技术

1 太阳能光伏发电的现状及重要意义

1.1 太阳能光伏发电的现状

太阳能光伏发电是一种利用太阳能直接转换为电能的清洁能源技术，具有可再生、无污染、可持续等优点。在近年来，随着全球对环境保护和可持续发展的重视，太阳能光伏发电得到了越来越广泛的应用和推广。

1）全球总装机容量持续增长。根据国际能源署的数据，截至2021年底，全球太阳能光伏发电总装机容量已经达到了773 GW，较2010年的40 GW增长了近20倍。在全球总装机容量中，中国的太阳能光伏发电装机容量最大，达到了253 GW，其次是美国、欧洲等国家和地区。可以预计，未来太阳能光伏发电的总装机容量还将持续增长。

2）成本不断降低。随着太阳能光伏技术的不断发展，光伏组件的生产成本不断降低，使得太阳能光伏发电的成本也随之下降。根据国际能源署的数据，太阳能光伏发电的成本已经降至与传统能源竞争的水平，尤其是在一些适宜太阳能发电的地区，其经济效益更为显著。

3）技术不断升级。太阳能光伏技术的不断升级和创新，也为太阳能光伏发电的发展带来了新的机遇。例如，新型光伏电池的研发和应用，提高了太阳能电池的转换效率；智能化管理系统的应用，提高了太阳能光伏发电系统的运行效率和可靠性。

4）应用领域不断拓展。除了传统的分布式电源、屋顶光伏发电等应用领域外，太阳能光伏发电还广泛应用于农业、渔业、畜牧业、交通运输等领域。例如，太阳能光伏温室可以实现自给自足的生产和节能减排；太阳能光伏渔光互补系统可以同时实现养殖和发电等。

1.2 太阳能光伏发电的环保意义

1）减少温室气体排放：太阳能光伏发电不像传统能源发电需要燃烧化石燃料，因此不会排放二氧化碳、二氧化硫等温室气体，可以有效减少温室气体排放。

2）减少污染物排放：传统的化石燃料发电会排放大量的硫氧化物、氮氧化物和颗粒物等有害物质，而太阳能光伏发电没有任何污染物排放。

3）减少能源浪费：太阳能是一种非常丰富的资源，每年太阳辐射到地球上的能量就足以满足全球能源需求的几百倍。利用太阳能发电可以避免能源的浪费和过度消耗。

4）促进可持续发展：太阳能光伏发电具有可再生、无限、可持续的特点，可以为人类提供长期可持续的能源供应，对于促进可持续发展有着非常重要的作用。

2 新能源光伏发电关键技术

在新能源光伏发电系统中，主要利用太阳能电池和光伏列阵实现发电和供电，因此应加强系统关键技术分析，保证系统可靠运行。

2.1 太阳能电池技术

在光伏发电系统中，太阳能电池为关键部件，关系着系统能否可靠发电。在光伏发电过程中，需要对太阳能电池进行串联和封装保护，构成大面积太阳电池组件，配合使用功率控制器则能构成发电装置，在无需架设电线和消耗能源的情况下即可就地发电供电。结合以往新能源的光伏发电技术应用情况来看，由于过去生产太阳能电池时将硅片当成主材，经过一段时间使用后出现充电慢、电池容量变小等缺陷，导致电池使用寿命较短，在电池价格较高的情况下，限制了光伏发电技术的应用推广。伴随着多晶硅、薄膜等技术的发展，人们开始使用多晶硅和薄膜太阳能电池，有效提高电池光能转换效率，并且降低了发电和生产成本。应用聚光光伏技术，可以将太阳能聚集在光伏电池上，在太阳能密度较低的情况下依然可以持续发电。而在小面积电池上聚集能量，可以减少光伏建设面积，获得更高太阳能转化率，使系统整体经济效益得到提升[2]。

2.2 光伏列阵技术

依靠单一光伏电池产生电能无法满足供电需求，还需采用光伏列阵技术进行多块光伏电池排列组合，在实现电能充分采集的同时，利用逆变器等设备将直流电转换为交流电，从而达成供电目标。而设计光伏列阵，需要根据太阳照射角度、时长等因素对光伏发电效率展开分析，根据不同地区和季节的光照强度变化进行研究，采取适合方法进行光伏电池排列，确保列阵可以尽可能输出更多电能。采用跟踪技术对光伏电池最大发电功率进行监测，通过检测电流和电荷与同场其他电池进行比较，可以确定电能转换慢的原因，提出有效改进措施，确保有效提高光伏发电效率。在光伏列阵的最大开路电压处，确认列阵输出电压不超逆变器最大允许输入电压，电流不超逆变器最大输入电流，然后可以通过调整串联组件数使功率输出接近逆变器额定功率[2]。使列阵的电压、电流和功率与逆变器匹配，能够达到最高逆变效率，为实现并网发电奠定扎实基础。

3 碳中和目标下的光伏发电技术

3.1 叠层技术

叠层技术属于是新型的光伏发电技术,因其能够突破单节电池的极限,所以商业潜力较大,理论性的光电转换率可超过40%,对于光转电效率的提升具有重要作用。该技术的原材料主要是钙钛矿,主要的集中结构包括PSC/Si、PSC/CIGS以及PSC/PSC等,具体的光转电效率分别是30%、24%以及26%等。若想进一步提高叠层技术的光转电效率,设计人员需要注重叠层电池结构的设计优化,集中力量设计顶、底层光吸收层,可有效降低叠层电池的反射损失与电化学损失等,长期以往,可能会突破单节电池的使用极限。因此,提升叠层电池光转换效至关重要。

3.2光伏发电制氢技术

光伏发电制氢技术主要是由光伏发电及制氢技术结合而成,其典型的代表是BI-PV,原材料为晶硅,未来的主要发展方向是屋顶电站。部分制氢企业通过生产与氢气储气罐相应量的氢气,并参考分布式光伏昼夜发电量的差异性,能够合理控制制氢机组的运行峰谷。如若因白天发电量过多而导致制氢机组超荷载运行,则氢气储气罐会将富余的氢气储存起来;如若是夜间发电量较低,又或者是夜间不发电,制氢机组可能会负荷运行,又或者是停止运行。如果是停止运行,工作人员需要做好保温防护,确保能够随时启动运行,以此有助于降低制氢成本。

3.3 钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池,其英文缩写为PSC,该技术具有原料丰富、成本与能耗偏低以及工艺简单、环保等优势,不仅不需要高温工艺,还具有较强的吸光能力,属于经济适用型技术。近几年,PSC技术的发展速度之快,且光电转换率大幅度提升,现如今的光电转换率可高达26%,已经成为当前光伏产业发展过程中使用较为广泛的热点技术之一,属于最具潜力的光伏发电技术。当前,我国在PSC技术的研发与应用方面,尚且能够做到与时俱进,能够紧跟国际研究步伐。

4结语

光伏产业是我国重要的经济产业,经济以及科技的发展在一定程度上推动了光伏产业的发展,尤其是在太阳能开发与利用方面,自我国明确树立了碳中和目标之后,光伏发电技术的应用备受关注，需要相关部门的技术人员在遵循碳中和目标的情况下加强对光伏发电技术的研究。作为市政公路行业从业者,做好新老基建融合以及新能源项目在公路项目中的应用,责无旁贷,任重道远。

参考文献：

[1]刘思敏.从碳达峰碳中和谈光伏发电[J].农村电工,2021,29(11):10-11.

[2]张艳君.配电网中光伏发电技术的运用分析[J].电子测试,2018(17):134-135.

[3]王勇,阮洁.城镇化建设中光伏发电系统的应用[J].智能建筑电气技术,2014,8(03):7-11.