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

付学之

大唐新疆发电有限公司，乌鲁木齐市，830000

 摘要：进入新时代，我国的科技不断进步。现阶段，化石能源燃烧发电过程是我国CO2排放的主要来源之一。在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下，大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系，构建以新能源为主体的新型电力系统，成为能源领域技术变革的战略方向，其中光伏发电是公认的我国未来可再生能源发电的主要方式之一。因此值得进行深入探究与探讨。

        关键词：碳中和目标；光伏发电；技术

1、光伏发电技术概述

        光伏发电根据光生伏特效应，对太阳能电池进行充分使用，将太阳能转化为电能。光伏发电设备的寿命比较长，设备系统由太阳能电池板、逆变器和控制器三部分共同组成。光伏系统具有无噪音以及安全可靠等特点。在光伏发电技术出现后，已经历经三代技术更新，依据目前状况分析，光伏发电技术正向着现代光学技术方面发展。近几年，我国新能源方式不断出现，研究人员继续寻找更加节能的方式，以此满足国家对电量的需求，其中占比较重的还是属于光伏发电技术[1]。

2、太阳能光伏发电并网的使用注意事项

        2.1谐波

        在发电并网系统中进行的能量转换符合电网的电能需求，同时也需要符合以下条件：并网中的电流与电网中的电流应保持频率和相位上的一致；都应该属于正弦波。当并网和电网产生相互作用后，可能会在并网系统中引发谐波，从而造成污染。目前，电网工作对电网谐波已经有了明确的规定，即在应用发电并网技术时，需要对谐波问题作深入研究。不仅要对谐波进行细致分析，评估谐波对并网系统造成的损害，而且还应该在接入系统之前，对谐波电流进行合规检测，只有让电流达到预定标准才能开展后续操作。如果谐波已经产生了干扰作用，就需要安装滤波器来剔除谐波。

        2.2电压波动

        电压波动会对发电并网技术的应用产生较大影响。由于并网系统的输出功率与太阳光强度成正相关，因此不同时间段的输出功率也会有所不同，在夜间通常不会产生功率。因此，在应用该技术时，要不断对外界的影响因素做调节，避免太阳光强度、季节以及气候等因素对整体的运行环境产生干扰。

        2.3无功平衡

        无功功率平衡是指在太阳能光伏发电并网系统中供电系统的无功电源所发出的无功功率与系统中的无功损耗及无功负荷相平衡。在光伏并网发电系统中无功平衡功率因数一般在0.98以上（表示有功输出），考虑到公用电网供电需求，功率因数可能会有所下降，由此引起无功失衡的问题，因此就必须通过相关措施来维持无功平衡的局面。

 为满足电力系统供电需求和确保电能供应的质量，现对光伏系统提出无功功率补偿技术，为了维持平衡，需要根据装机容量的60%对光伏发电并网系统的功率因数进行控制，这样才能保障太阳能光伏发电并网技术的功率因数在合理区间内（区间范围：0.85-0.98），维持无功平衡[2]。
3、光伏发电技术应用
        3.1并网逆变器
        并网逆变器的主要作用是将直流转换为交流，并将交流输出与电网在相位和频率上实施同步。并网逆变器交流输出电的频率一般需要控制在50～60Hz。并网变压器的基本结构比较多样化，主要由传统工频变压器、新型高频变压器、无变压器逆变器三部分组成。并网逆变器的资料表主要包括输出电压、额定输出功率、CEC（加州能源协会）-加权效率、峰值效率、峰值功率跟踪电压、启动电压、最大输出电流、最大输入电流及国家防护等级认证等内容。并网逆变器的基本结构有滤波电路、控制逻辑及逆变桥等。为了便于对网络光伏发电系统的检测和控制，需要在配电箱内部安置监测系统。为了提高并网光伏逆变系统自身的性能和安全性，需要在并网光伏逆变系统中安装相应的保护装置。
              3.3光伏发电与LED照明相结合
        在如今的社会中，LED被大量使用，LED是发光二极体，是半导体制成的组件，可以将电能转变成光能，而且光伏发电技术与LED照明可以结合的关键在于两者都为直流电，电压低并且相匹配，因此将光伏发电与LED照明相结合，不仅可以节约资源，还在使用过程中，可以提高照明程度，具有环保功能，并且能使用更长的时间，而且维修方面也相对来说较简单。光伏发电技术与LED照明相结合，主要应用的是照明过程中会产生光生福特效应，然后太阳能电池板便会通过化学作用将其转变成电能，减少电能由直流向交流这一转变过程，这样便能使照明的时长和强度大大提升[3]。
        3.4并网混合供电系统
        相应的并网混合供电系统将整个光伏发电系统中的光伏阵列、油机、电网进行有效整合，形成一套体系化的供电系统。相应的系统能够实现持续的电源供给，提高了对负载的供电保障率，同时相关技术所涉及的内容也相对较多，但是结合相关技术的使用同样具备较高的稳定性和可靠性，在实际的运用过程中结合专项化的电脑芯片实现对整个系统的有效管控，同时还能够完成对各种资源的综合使用，保障系统能够稳定地运转。并且在现有的并网混合供电系统中，能够对蓄电池进行充电处理，提高对能量的使用效率，当发生运行故障时并网混合供电系统也能够具备基本的断网管控功效，并且相关系统自主独立工作能力相对较强，能够保障系统能够正常、稳定地运转，当故障解除之后则自动接入并网模式。

               3.5升压系统

 光伏发电并网技术由太阳能转化的电能的额定电压为380V，需要通过升压处理，才符合电网的并网要求。升压系统在光伏发电并网的应用过程中，升压变压器的选择应视光伏发电系统的实际需电量而定。比如说箱型干式变压器，具有维护升压系统稳定运行的作用。应用于光伏发电站的升压变电站通常为两层结构:上层为逆变室，控制逆变器运行风险;下层为配电室，用于提高高/低压进线柜配置的合理性，利用计算机监控系统实时监控升压变电站的运行情况，同时结合逆变室，提升太阳能光伏发电并网技术的经济效能。
        3.6保护措施
        实际运行过程中，高温因素会对太阳能光伏发电并网技术造成干扰，增加跳闸风险。特别是对于高、低压开关柜而言，过电流或者过电压现象的发生，会对设备造成严重损坏。因此，在太阳能光伏发电并网系统内，应配置继电保护装置以及安全自动反事故措施，对并网系统实行全面监控，避免组件损坏。还是以并网逆变器为例，其自动保护措施应在过载、孤岛等现象出现时，进行自动化脱离，保证光伏发电并网系统得以安全运行。
       3.7防雷系统
        防雷系统，顾名思义，主要用于避免雷击问题。太阳能光伏发电并网系统在遭受雷击后，组件损伤面积较大，给维修带来一定难度。因此，应全面贯彻防雷规范，实现接地标准化。比如说，在变电站的屋顶，安装避雷措施，有效避免雷击对并网系统造成的严重破坏。避雷带是应用较为广泛的避雷装置之一，在安装过程中，通常采用环形安装，并对引下线进行独立设计，以提高发电并网系统中电气设备接地的科学性。对于变压器这类设备，应执行外壳接地方式，从部分到整体，充分发挥防雷系统的作用，为光伏发电并网技术的应用提供安全保障的同时，进一步提高太阳能的转换效率。
4、未来展望
        太阳能光伏发电并网技术的市场潜力巨大，但是由于受环境以及地域因素影响，其推广应用效果还有一定上升空间。虽然在一些区域能够成熟应用，但与供电系统之间的匹配上仍存在一些问题。相关人员应将太阳能光伏发电并网技术应用的重点放在以下两个方面:其一，提高资源使用效率。要以用户用电需求为基础，合理拓展太阳能光伏发电并网技术的应用范围，在确保太阳能能够稳定供应的前提下，研究如何进一步提升光伏组件的能量转换效率;其二，维护电能环境，避免谐波以及动态干扰。逆变器在转换太阳能为电能的过程中会产生大量谐波，加大并网系统的电压畸变率，影响供电安全性以及发电稳定性。因此，要采取有效措施，保护并网系统的清洁度，加强谐波检测排查，从而提高电网稳定性，推动太阳能光伏发电并网系统向优质化、规范化发展。
        随着新型节能材料以人工太阳能技术的不断进步，太阳能光伏发电并网技术的应用前景一片大好。相关企业以及主管部门应致力于相关发电设备的优化升级，加大科研投资，拓展该技术的应用领域，减少不可再生资源的消耗，为社会发展以及居民生活提供绿色、高效、安全的能源供给，实现经济与生态环境保护协调发展。

 5、结语
        太阳能光伏发电并网技术的应用是实现并网发电的必要技术手段，本文对该项技术的基本应用原理进行了分析，以及对此系统的组成做了简要介绍。同时，为了保障该项技术的应用效果，提出了一些并网过程中所存在的问题，通过对该系统存在的问题进行处理，可保障并网技术系统应用合理，使太阳能光伏电能顺利并入大电网。根据对光伏发电的分析可知，该技术具有技术可行性和环境友好性等优势，相信在未来的能源发电市场上光伏发电会占据极大的比重，加快推动其应用,对我国未来社会可持续发展具有重要意义。
        参考文献
       [1]简悦.1500伏逆变器已成行业主流[N].中国电力报,2019-12-12(006).
       [2]清华大学气候变化与可持续发展研究院.《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》综合报告[R]. 2020.       
[3]许水源.光伏并网发电系统对电网的影响和对策研究[J].中国战略新兴产业,2017(48):226.