作為清潔能源的一個重要發(fā)展方向,光伏發(fā)電技術近年來取得了持續(xù)快速發(fā)展,光伏并網已經成為太陽能資源的主要利用形式。
太陽能資源非常豐富,具有獨特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力。在光伏電池發(fā)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(fā)現,光照能使半導體材料不同部位之間產生電位差,這種現象即被稱之為“光伏效應”。1954年美國貝爾實驗室兩位研究人員恰賓和皮爾松,根據這一原理首次研制成功的單晶硅太陽能電池,人類從此進入了將太陽能直接轉換為電能的光伏發(fā)電階段。
光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。光伏發(fā)電并網技術是指將光伏陣列輸出的直流電轉化為與電網電壓同幅值、同頻、同相的交流電,并與電網連接將能量輸送到電網的技術系統(tǒng)。
在光伏發(fā)電并網過程中,涉及的關鍵技術主要包括:光伏并網逆變技術、光伏并網監(jiān)控技術、反孤島保護技術、低電壓穿越以及直流并網技術的選擇等。
并網逆變器是實現光伏并網的重要組成部分,主要作用是將光伏電池產生的直流電能轉化為交流電能,并實現與電網電壓的同相同頻,從而實現與電網電能的交互。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)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,適用于不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
為了保證光伏發(fā)電可靠、高效并網運行,電站監(jiān)控系統(tǒng)是其中的關鍵環(huán)節(jié)。目前大型電站大多配有監(jiān)控系統(tǒng),除了具備常規(guī)的數據采集和保護功能外,往往還能夠對光伏系統(tǒng)進行能量管理,針對不同的應用場合,對光伏發(fā)電功率進行控制,提高系統(tǒng)運行安全可靠性和經濟效益,有些還具有遠程控制和云數據功能。
在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中,為了避免電網故障情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負荷功率匹配,形成一定時間內的孤島系統(tǒng),對電網中的人和用電設備造成威脅的狀況發(fā)生,光伏并網系統(tǒng)一般需要配備反孤島保護功能。孤島檢測技術分為遠程法、被動法和主動法三大類。
并網光伏電站正在向大型化、集群化方向發(fā)展,國內外一批百萬千瓦級光伏發(fā)電基地相繼涌現,然而邊緣電網比較薄弱,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(fā)電基地和高壓直流技術的結合是必然發(fā)展趨勢。
未來隨著光伏電價不斷下調,光伏產業(yè)不可避免地需要引入市場競爭機制,這也要求對相關技術研發(fā)工作進行相應調整,從而適應產業(yè)變革的需要。