光伏发电技术的分析研究

1 前言

随着电力对传统能源的替代，未来社会对电力的需求将呈现持续增长趋势。为了应对这一挑战，发展绿色产电技术、开发可再生能源已成为能源领域的必然选择。光伏发电技术以其环保、安全、灵活等优点逐渐发展为电力结构的支柱。本文将针对太阳能微电网系统、光伏系统、光伏发电和储能系统的集成及太阳能并网系统进行了详细的阐述，并提供具体的可操作案。

2 解决方案

2.1 太阳能微电网系统解决方案

太阳能微电网是能够产生，分配，存储和调节电流的局部和独立能量系统。

它基本上是主电网的缩小版本，并且可以与大电网一起运行，或者以“孤岛模式”运行。在必要和实际运行的情况下，也可以在两者之间切换。微电网可以从常规能源和可再生能源或两者的组合提取能源。微电网对于使用可再生能源来源（如太阳能）的优化越多，其环境影响和长期运行成本越低。艾麦斯电源可以提供太阳能微电网供电系统一站式交钥匙服务，包括设计、产品集成、系统安装及运维服务。作为一整套的发电系统，太阳能微电网对客户用电需求的响应和保障，以及各主要部件间的匹配及协调运行，是系统集成的关键技术所在。

优势：

微电网在局部地方快速搭建电网，节省建设成本。在一个远离大陆的小岛上，要通过大电网供电，得敷设海底电缆、架设铁塔等，耗资耗时，微电网整套系统的成本比架设大电网的方式更低，更加经济实惠。微电网很灵活，可实现新能源就地消纳。偏僻地区太阳能资源丰富，微电网利用这些太阳能进行发电，并实现就地消纳，供当地居民使用，多出来的电还能储存起来以后再使用。微电网供电稳定性高，全天候提供稳定电力。

2.2 光伏系统解决方案

它提供覆盖大型能源基地、分布式、户用等全场景光伏逆变产品及解决方案，安全可靠、稳定高效、并网友好、推动能源绿色转型。

▲组串式解决方案

优势：

1）高效发电：多路 MPPT 设计，有效提升系统发电量 最大支持 1.1 倍交流输出功率过载运行 兼容182/210 组件，支持大功率组件接入。

2）安全可靠：专利风机散热技术，保障稳定运行 IP66 防护 ， 可选 C5 防腐设计，不惧恶劣环境 智能拉弧检测与保护，系统更安全。

3）节省成本：最大支持 400mm2 铝合金电缆接入，降低交流电缆成本 预留储能接口，节省光储系统改造成本 智能 I-V 扫描，降低电站运营维护时间成本。

▲集中式解决方案

优势：

1）高效发电：单机容量高达 3MW 以上 系统效率大于 99% 最高 24 路直流输入，满足更大容配比。2）安全可靠：利风机散热技术，保障稳定运行 IP55 防护，可选 C5 防腐设计，不惧恶劣环境 高精度故检测录波功能，保障系统安全。

3）节省成本：逆变升压一体设计，系统度电成本最优 预留储能接口，节省光储系统改造成本 夜间 SVG 功能，降低电站建设与运营成本。

2.3 光伏发电和储能系统的集成解决方案

2.3.1 光伏（PV）发电与储能系统（ESS）概述：

光伏（PV）发电是利用太阳能电池板将太阳光直接转化为电能的一种可再生能源技术。这种能源既清洁又经济，但也有很大的局限性，即它只能在阳光普照时发电。储能系统（ESS）对于解决这一限制至关重要。ESS 可以储存高峰期日照产生的额外能量，并在需要时释放出来，确保可靠的电力供应。目前有多种类型的储能系统，包括锂离子电池、液流电池和热存储系统。

2.3.2 光伏与储能系统集成的重要性

独立光伏（PV）系统面临巨大挑战。它们依靠阳光发电，这就造成了间歇性和峰值生产不匹配的问题。太阳能发电量全天波动，正午时达到峰值，日落时逐渐减弱，这与傍晚用电高峰的时间并不一致。此外，云、雨、雪等天气条件会进一步干扰太阳能的输出，使其成为不可靠的唯一能源。这些波动需要一个强大的解决方案来确保持续稳定的电力供应。

储能系统（ESS）对于应对这些挑战至关重要。ESS 可以存储光伏系统的多余能量，当需求高或太阳能输出低时，就可以使用这些能量，使得能源供应更加平衡和可靠。例如，在晴天，多余的能量可以储存在蓄电池中，在傍晚或阴天时，再将剩余的能源调度出去。这样可以减少对电网的依赖，保持稳定的电力供应。此外，储能还能平滑云层飘过造成的短期波动，有助于电网的稳定。

采用先进的解决方案，提高光伏和 ESS 集成系统的效率和可靠性，实现有效的负载平衡、电网稳定和备用电源。在可持续能源转变的过程中至关重要。

2.3.3 光伏与储能集成系统的优势

1）负载平衡

储能系统（ESS）对于负载平衡至关重要。它们可以储存在日照高峰期产生的多余太阳能，然后在需求旺盛时释放出来。这种能力可确保光伏系统很好地利用其产生的能量，即使在太阳能不足时也能做到这一点。例如，太阳能生产在中午达到高峰，这时，ESS 可以储存剩余的能量，当晚上需求增加时，就可以使用剩余的能量。ESS 根据需求转移能源使用，可以防止发电过量或发电不足，提高供电效率，减少了对不可再生资源额外电力的需求。这种负载平衡功能至关重要，它能保持稳定可靠的电力供应，使太阳能更加可行和可靠。

2）电网稳定性

电网稳定性是光伏系统与ESS 集成的另一个重要优势。太阳能发电本身是可变的，这是因为天气和昼夜周期的变化。这些波动会使电网不稳定，可能导致电力中断和效率低下。ESS 可减轻这些波动，平滑太阳能输出的变化，保持电力流的一致性和稳定性。例如，当云层经过太阳能电池阵列时，发电量就会下降，此时，ESS可以提供所需的电力来弥补缺口。这种快速反应有助于保持供需平衡，确保电网保持稳定可靠。此外，ESS 还有助于频率调节和电压控制，这些对于电网的健康和稳定至关重要。

3）备用电源

ESS 提供备用电源，这对于负载平衡、电网稳定等至关重要。在电网中断或需求高峰期，ESS 中储存的能量可用于确保持续供电。这对关键基础设施和服务至关重要，它们需要不间断的电力供应，如医院、数据中心和应急服务。ESS 可提供可靠的后备电力，增强能源系统的复原力，减少电力中断的影响，提高能源安全性。这一功能还有助于建立微电网，在紧急情况下，它们可以脱离主电网运行，为重要服务提供电力。

2.3.4 综合解决方案的应用

1）大规模太阳能发电场

其中一个例子是成功使用了集成光伏（PV）和储能系统（ESS）。一个突出的案例是法国 EHINE 项目。该项目是 EHINE 计划的一部分，展示了大型太阳能发电场如何通过使用储能系统来节约成本和提高效率。法国EHINE 项目涉及部署先进的储能系统，与太阳能发电系统一起工作，管理和优化电力流动。该项目在太阳能充足时储存额外的太阳能，在需要的时候再释放出来，有助于平衡电网，减少化石燃料的使用。这种整合使该项目实现了14¢/kWh 的平准化能源成本，使得太阳能更具竞争力和可靠性。

2）城市微电网

在城市中，将光伏系统与ESS 相结合有很大的好处，能提高能源的弹性和可靠性。城市微电网可以脱离主电网单独运行，越来越多的微电网被开发用于提供本地能源解决方案，可以承受电网中断和其他干扰。光伏和ESS 系统在这些微电网中至关重要，可确保稳定的电力供应。例如，在高峰需求或电网故障期间，ESS 能源可以维持关键服务和基础设施，包括医院、应急服务和数据中心。这种能力增强了城市能源系统的恢复能力，支持社区的可持续发展。此外，城市微电网还能缓解中央电网的压力，更好地管理本地能源的生产和使用。综合解决方案具有灵活性，可以更好地管理和分配能源，有助于电网的稳定，降低大面积停电的风险。这些应用使用集成的光伏和ESS 系统，有助于建设更坚固、更环保、更高效的城市能源网络。

2.3.5 光伏与储能集成的未来趋势

光伏（PV）与储能一体化的前景一片光明，受到巨大进步和有益市场趋势的推动。其中一个主要趋势是电池技术的进步，如固态电池和液流电池。与传统的锂离子电池相比，固态电池具有更高的能量和安全性，液流电池提供可扩展的存储，是大规模应用的理想选择。

与智能电网和物联网（IoT）的整合是另一个重要趋势。智能电网使用先进的传感器、通信和控制系统优化能源管理。通过在智能电网中加入光伏和ESS，电力公司可以提高电网的可靠性和能源效率，实现实时能源监控和管理。政策支持和市场趋势也在推动综合解决方案的采用。世界各国政府都在制定政策和激励措施，推广可再生能源和储能。这些政策和激励措施包括税收减免、补贴和规则，鼓励对绿色能源进行投资。此外，人们对气候变化和可持续能源需求的日益增长的认识也增加了市场需求，需要集成光伏和ESS 系统。

2.4 太阳能并网系统解决方案

光伏发电并网有集中式大型并网光伏电站和分布式小型光伏电站。集中式大型电站一般都是兆瓦级地面电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电，这种电站投资大、占地面积大，对电网接入有一定要求。而分布式小型并网光伏电站，特别是企业和家庭使用的分布式太阳能发电系统，具有投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是光伏发电并网的主流。

优势：

1）利用清洁可再生的太阳能发电，不耗用含碳化石能源，无温室气体和污染物排放，保护环境，符合可持续发展战略；

2）直接将电能输入电网，光伏独立系统中的蓄电池完全被光伏并网系统中的电网所取代，省掉了蓄电池作为储能；

3）省掉了蓄电池蓄能和释放的过程，充分利用光伏阵列所发的电力，减小能量损耗，降低系统成本；4）光伏阵列始终运行在大功率点处，由电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电效率；5）并行使用市电和太阳能光伏系统作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载断电率；6）并网光伏系统还可以对公用电网起到调峰的作用；7）分散布置的光伏系统能够为当地的用户提供电能，缓解了电网的传输和分配负担；8）具有抵御战争和灾害的能力，有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗；9）开发荒漠潜力。充分利用荒漠地区以及滨海地区等具备丰富的光照资源及地理资源优势，建设集中式大光伏并网发电站；

10）工商业屋顶资源利用， 增收创效。工商业屋顶光伏电站有效的利用闲置屋顶资源创造生产出社会经济效应。给工商业本身的能源消费带来互补性，减少能源消费支出。同时为环境保护，节能减排做出贡献。3 结语

本文将针对太阳能微电网系统、光伏系统、光伏发电和储能系统的集成及太阳能并网系统进行了详细的阐，并提供具体的可操作案，为推动我国发展绿色产电技术、开发可再生能源产业提供了良好的参考价值。

参考文献

【1】李新华. 光伏发电：推动我国绿色转型的战略选择[J].工业科技，2023（6）：31-35.

【2】周文杰. 浅太阳能光伏发电主要技术与进展[J]. 电力技术， 2024（22）：54-58.

作者1973.1，女，汉教授，建筑环境，研究方向：暖通空调