碳中和｜光伏發電並網技術發展趨勢

隨著國家“碳達峰、碳中和”目標的提出，新型能源的發展前景也越來越光明。近期，各大發電企業(ye) 已將目光轉向了光伏發電，電力供給結構已逐漸向新能源方向轉變。那麽(me) 光伏發電的應用場景有哪些呢？

工業(ye) 領域廠房

特別是在用電量比較大、電費比較貴的工廠，通常廠房屋頂麵積很大，屋頂開闊平整，適合安裝光伏陣列並且由於(yu) 用電負荷較大，分布式光伏並網係統可以做以就地消納，抵消一部分電量，從(cong) 而節省用戶的電費。

商業(ye) 建築

商業(ye) 建築多為(wei) 水泥屋頂，更有利與(yu) 安裝光伏陣列，但是對建築美觀性有要求，按照商廈、寫(xie) 字樓、酒店、會(hui) 議中心、度假村等服務業(ye) 的特點，用戶負荷特性一般表現為(wei) 白天較高，夜間較低，作為(wei) 清潔能源的一個(ge) 重要發展方向，光伏發電技術近年來取得了持續快速發展，光伏並網已經成為(wei) 太陽能資源的主要利用形式。積極發展光伏發電並網技術，是我國應對環境壓力，推動綠色、可持續經濟發展模式的重要切入點。本文對目前國內(nei) 外光伏發電並網技術的發展現狀及趨勢進行了梳理與(yu) 分析，並提出了我國未來發展的重點及對策建議。

一、關(guan) 於(yu) 光伏發電並網技術

光伏發電是利用半導體(ti) 界麵的光生伏特效應而將光能直接轉變為(wei) 電能的一種技術。光伏發電並網技術是指將光伏陣列輸出的直流電轉化為(wei) 與(yu) 電網電壓同幅值、同頻、同相的交流電，並與(yu) 電網連接將能量輸送到電網的技術係統。在光伏發電並網過程中，涉及的關(guan) 鍵技術主要包括：光伏並網逆變技術、光伏並網監控技術、反孤島保護技術、低電壓穿越以及直流並網技術的選擇等，本文將針對以上各主要技術及發展現狀進行詳細闡述。

(一)光伏並網逆變技術

並網逆變器是實現光伏並網的重要組成部分，主要作用是將光伏電池產(chan) 生的直流電能轉化為(wei) 交流電能，並實現與(yu) 電網電壓的同相同頻，從(cong) 而實現與(yu) 電網電能的交互。目前光伏發電係統中常用的逆變器包括集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器三類，不同類型逆變器技術特點不同，適用於(yu) 不同的光伏發電係統。

(二)光伏並網監控技術

為(wei) 了保證光伏發電可靠、高效的並網運行，電站監控係統是其中的關(guan) 鍵環節。目前大型電站大多配有監控係統，除了具備常規的數據采集和保護功能外，往往還能夠對光伏係統進行能量管理，針對不同的應用場合，對光伏發電功率進行控製，提高係統運行安全可靠性和經濟效益，有些還具有遠程控製和雲(yun) 數據功能。

(三)反孤島保護技術

在光伏並網發電係統中，為(wei) 了避免電網故障情況下光伏發電係統與(yu) 本地負荷功率匹配，形成一定時間內(nei) 的孤島係統，對電網中的人和用電設備造成威脅的狀況發生，光伏並網係統一般需要配備反孤島保護功能。孤島檢測技術分為(wei) 遠程法、被動法和主動法三大類。

(四)光伏直流並網技術

並網光伏電站正在向大型化、集群化方向發展，國內(nei) 外一批百萬(wan) 千瓦級光伏發電基地相繼湧現，然而邊遠電網比較薄弱，接入交流電網的集、直流升壓和直流接入電網的成本更低、效率更高，大型光伏發電基地和高壓直流技術的結合是必然發展趨勢。

二、國際發展現狀

太陽能資源非常豐(feng) 富，具有獨特的優(you) 勢和巨大的開發利用潛力。在光伏電池發明以前，人類對太陽能的利用主要是光和熱。1839年法國科學家貝克雷爾發現，光照能使半導體(ti) 材料不同部位之間產(chan) 生電位差，這種現象即被稱之為(wei) “光伏效應”。1954年美國貝爾實驗室兩(liang) 位研究人員恰賓和皮爾鬆，根據這一原理首次研製成功實用的單晶矽太陽能電池，人類從(cong) 此進入了將太陽能直接轉換為(wei) 電能的光伏發電階段。

進入21世紀以來，全球光伏發電新增容量持續快速增長，年平均增速達到50%。至2015年底全球光伏裝機容量累計達到227GW，比2009年至少增加了10倍，比2005年至少擴大了40倍。從(cong) 區域來看，歐洲一直以來在光伏市場中占有較大的份額，但近幾年來受政策影響停滯不前，相較之下，亞(ya) 洲市場自2012年迅速崛起並有趕超之勢。目前歐洲光伏市場占全球的42%並有下降的趨勢，亞(ya) 洲市場同樣占有42%，美洲占13%。目前世界各國的光伏發電係統中，絕大多數都是並網發電係統，並網技術也就成為(wei) 了光伏產(chan) 業(ye) 主要研究方向之一。

(一)光伏並網逆變技術

國際光伏逆變器市場仍然被外國公司寡頭壟斷。近年來主要的變化是過去是專(zhuan) 業(ye) 型企業(ye) 主導的市場(SMA，Power-one，KACO等)，現在ABB、GE、西門子、施耐德這些跨國巨頭也紛紛加入，中國企業(ye) 也在努力向歐美市場滲透。2007年以後，國外並網光伏發電係統中逆變器的選型越來越傾(qing) 向於(yu) 小型化、智能化、模塊化，小型光伏並網逆變器的使用已成為(wei) 光伏並網發展的趨勢。

轉換效率是評價(jia) 光伏逆變器優(you) 劣的一項重要指標，隨著新型半導體(ti) 材料、新型拓撲和高效磁材料的應用，以及最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，簡稱MPPT)技術的改進，逆變器效率不斷提高，目前國際上逆變器最大效率已達到99%。近年來多電平技術在光伏逆變器中也得到了廣泛應用，除了常規的3電平拓撲外，還有PowerOne的4電平、SMA的5電平、ABB的簡化5電平等，此外，模塊化多電平MMC也將應用於(yu) 光伏逆變器。在電力電子器件方麵，SiC等新材料開始得到應用，有助於(yu) 提高設備開關(guan) 頻率，減小體(ti) 積，降低成本。

為(wei) 了提高光伏並網係統的並網可靠性，提高係統效益，光伏逆變器仍需要繼續提高效率，同時加大功率，提高電壓等級。因此，2.5MW及以上功率等級的逆變器得到了越來越廣泛的應用，相較於(yu) 1MW的逆變器，至少可降低0.1元/W成本;另外，高電壓等級的直流係統(例如1500V直流係統)也受到越來越多的關(guan) 注，此類係統除可以降低成本外，同時可以減小係統損耗。

(二)光伏並網監控技術

施耐德電器光伏業(ye) 務部門在2015年推出了一套全新的光伏解決(jue) 方案以及增強型監控應用，它可與(yu) 施耐德電氣的轉換變電站以及監控係統相連;SolarEdge展示了最新的住宅光伏儲(chu) 能係統及擴增產(chan) 品，從(cong) 而使得特斯拉的家庭儲(chu) 能係統Powerwall與(yu) 電網和光伏係統相融合;光伏遠程監控解決(jue) 方案提供商Meteocontrol，在2015年3月對即將發生的德國日蝕現象可能導致的極端波動現象進行了精準預測，從(cong) 而保證電網運營商和電力交易商對此進行了快速反應，確保了係統的安全穩定。

(三)反孤島保護技術

反孤島保護技術是光伏技術中的一項重要研究內(nei) 容，在電網發生故障的情況下能夠保證並網光伏係統及時停機，避免不必要的意外發生，提高了係統的整體(ti) 安全性和可靠性。

對於(yu) 分布式發電係統的反孤島保護技術，國際上提出了很多控製方法，除了傳(chuan) 統的被動法之外，還有主動的頻率擾動、電壓擾動等方法。此外，遠程法逐漸成為(wei) 研究的熱點，該方法更加適用於(yu) 大規模的複雜光伏並網係統，避免多台逆變器之間的互相幹擾，可靠性更高，適用範圍更廣。

(四)光伏直流並網技術

日本電信電話株式會(hui) 社(NTT)針對供電領域的HVDC提出了一係列標準，並將光伏接入高壓直流係統。2015年NTT公司與(yu) 美國德克薩斯大學簽訂了關(guan) 於(yu) “高壓直流(HVDC)供電係統”驗證業(ye) 務的實施計劃意向書(shu) ，開展光伏發電係統與(yu) 高壓直流並網測試;與(yu) 英國就海上風電與(yu) 光伏混合電站的直流接入進行了方案討論;與(yu) 印度對於(yu) 光伏接入直流係統的方案及經濟性也進行了研究。

三、光伏發電並網技術發展趨勢

未來隨著光伏電價(jia) 不斷下調，光伏產(chan) 業(ye) 不可避免地需要引入市場競爭(zheng) 機製，這也要求對相關(guan) 技術研發工作進行相應調整，從(cong) 而適應產(chan) 業(ye) 變革的需要。

未來光伏發電並網技術發展的主要趨勢如下：集中式和組串式逆變器的功率不斷加大，效率提高，電壓等級升高，從(cong) 而降低成本，減少損耗;微型逆變器等組件級產(chan) 品越來越豐(feng) 富，以適應不同類型的市場需求;電網適應能力不斷提高，例如低電壓穿越、高電壓穿越等功能不斷完善，具有高可靠性的保護功能;未來光伏逆變器將與(yu) 互聯網相結合，實現數字化，基於(yu) 雲(yun) 端存儲(chu) 和計算的數字化平台將得到更為(wei) 廣泛的應用。總體(ti) 來看，未來光伏逆變器將朝著更高效、更可靠、更智能化的方向發展。

隨著大功率地麵光伏電站的不斷建設，光伏監控及能量管理係統勢必成為(wei) 未來發展的重點方向之一。除了保證光伏發電係統安全穩定運行外，監控係統未來還將肩負更多使命，例如控製電站運行，降低光伏並網功率的波動性，對光伏與(yu) 水電、儲(chu) 能等其他發電係統的多能互補協調控製，以及基於(yu) 雲(yun) 數據的遠程監控等功能。

此外，光伏高壓直流並網技術在未來將會(hui) 逐步體(ti) 現其優(you) 勢，尤其對於(yu) 西部偏遠地區的大容量光伏電站，直流並網的優(you) 勢更加明顯，相應的直流並網設備的研究也將成為(wei) 未來的研究熱點。

四、我國光伏發電並網技術發展現狀與(yu) 對策

我國幅員遼闊，太陽能資源極其豐(feng) 富。20世紀50年代開始對光伏電池的生產(chan) 和應用進行研究，到20世紀70年代光伏發電產(chan) 業(ye) 才正式起步。進入20世紀90年代，在世界大環境的帶動下，我國光伏產(chan) 業(ye) 也迅速發展，光伏發電的裝機容量逐年增加。但是此階段我國光伏產(chan) 業(ye) 主要以材料生產(chan) 和出口為(wei) 主，國內(nei) 光伏發電應用發展緩慢。

2002年，政府出台了“光明工程”，使中國光伏產(chan) 業(ye) 進入了一個(ge) 新的時代。在此之後，政府持續加大了對光伏發電的支持力度，出台了大量有利於(yu) 光伏發展的政策和意見，如“金太陽示範工程”、《關(guan) 於(yu) 加強金太陽示範工程和太陽能光電建築應用示範工程建設管理的通知》《關(guan) 於(yu) 促進光伏產(chan) 業(ye) 健康發展的若幹意見》(國發〔2013〕24號)等。通過以上這一係列政策的扶持，中國光伏產(chan) 業(ye) 自2009年開始正規化啟動，中國成為(wei) 了全球光伏安裝發電量發展最快的國家，到2013年成為(wei) 世界第一大光伏市場。截至2016年，我國光伏發電累計裝機容量達到7742萬(wan) 千瓦，新增和累計裝機容量均為(wei) 全球第一。

為(wei) 了提高我國光伏發電產(chan) 業(ye) 在全球的競爭(zheng) 力，解決(jue) 產(chan) 業(ye) 中存在的問題，同時適應未來市場及相關(guan) 政策的變化，提出以下建議：

一是引入競爭(zheng) 機製。各地區製定光伏發電項目競爭(zheng) 性配置辦法，光伏企業(ye) 需通過競爭(zheng) 方式獲得項目資源，其中上網電價(jia) 是重要的競爭(zheng) 條件，除此之外，需禁止地方保護和不正當收費。

二是加強可再生能源並網消納研究，解決(jue) 棄光問題。近年來火電的快速增長和用電負荷的零增長，導致棄光問題越發嚴(yan) 重，同時造成了大量的資源和投入浪費。應加強大規模可再生能源並網及消納問題研究，最大限度提高電網消納可再生發電的能力，提升可再生能源在能源消費總量中的占比;另需要出台相關(guan) 政策，抑製盲目發展火電，加大配套設施，如輸電通道和配電網的建設，同時鼓勵各地區實行就近消納，從(cong) 而鼓勵光伏等新能源市場的發展。

三是提高光伏的環境友好性。太陽能是清潔環保的綠色能源，光伏發電在全生命周期內(nei) 都會(hui) 對環境產(chan) 生影響，我國現已展開了光伏生產(chan) 製造環節對環境影響的評估和研究，未來需要對發電環節和廢棄回收環節進行評估，同時鼓勵光伏材料的回收再利用，進一步實現光伏的環境友好。

能夠較好的匹配光伏發電特性。

農(nong) 業(ye) 設施

農(nong) 村有大量的可用屋頂，包括自有住宅、疏菜大棚、魚塘等，農(nong) 村往往處在公共電網的未稍，電能質量較差，在農(nong) 村建設分布式光伏係統可提高用電保障和電能質量。現在農(nong) 業(ye) +光伏的模式不斷湧現，比如：鄉(xiang) 村振興(xing) +光伏發電產(chan) 業(ye) 。在光伏發電支架下麵種植三七、黃芩等中藥材。以“新能源、新農(nong) 村、新農(nong) 業(ye) 、新旅遊、新生活”為(wei) 理念進行規劃設計。通過利用光伏能源，對大棚進行控光、恒溫、保濕，為(wei) 利用三七等中藥材喜陰的特點為(wei) 中藥材的生長提供了有利的環境。以中藥材種植基地為(wei) 載體(ti) ，創新發展模式，推進光伏與(yu) 特色中藥材種植融合發展。

市政等公共建築物

由於(yu) 管理規範統一，用戶負荷和商業(ye) 行為(wei) 相對可靠，安裝積極性高，市政等公共建築物也適合分布式光伏的集中連片建設。

邊遠農(nong) 牧區電網未覆蓋及海島區域

由於(yu) 距離電網遙遠，我國西藏、青海、新疆、內(nei) 蒙古/甘肅、四川等省份的邊遠農(nong) 牧區以及我國沿海島嶼還有數百萬(wan) 無電人口，離網型光伏係統或與(yu) 其它能源互補微網發電係統非常適合在這些地區應用。

2021年應國家政策指導意見大力發展新型可持續能源。公司著力研發順築光伏支架，力爭(zheng) 成為(wei) 鋅鎂鋁光伏支架全產(chan) 業(ye) 鏈供應商，為(wei) 國家完成碳中和指標貢獻自己的力量。專(zhuan) 注於(yu) 大力發展光伏支架、光伏設備及元器件製造；光伏設備及元器件銷售；太陽能發電技術服務；新興(xing) 能源技術研發；綠色建築、節能裝配式建築，輕鋼實心牆體(ti) 別墅設備研發製造、 輕鋼設計審圖、輕鋼技術教育培訓、EPCM 總承包建設等業(ye) 務。