太阳能光伏发电与并网技术的应用

前言

太阳能光伏发电作为全球能源转型的核心技术，通过半导体光电效应将太阳能直接转化为电能，具有清洁、可再生、分布式应用灵活等优势。并网技术则是实现光伏发电高效接入电网、保障系统稳定运行的关键。

1 太阳能光伏发电技术体系

1.1 光伏电池技术分类与演进

晶硅电池：

单晶硅电池：效率 22%～26% （PERC/TOPCon 技术），寿命长，成本持续下降。

多晶硅电池：效率 18%～20% ，成本较低，但市场份额逐步被单晶硅替代。

薄膜电池：

碲化镉（CdTe）：效率 16%～19% ，弱光性好，适用于建筑一体化（BIPV）。

铜铟镓硒（CIGS）：效率 17%～22% ，柔性可弯曲，但材料稀缺性限制规模化。

新型电池技术：

钙钛矿电池：效率突破 26% （实验室），理论极限达 33% ，但稳定性与大面积制备难题待解。

异质结（HJT）电池：效率 24%～26% ，低温工艺、双面发电，成本随国产化推进逐步降低。

1.2 光伏系统类型与应用场景集中式光伏电站：

功率达GW 级，适用于荒漠、戈壁等区域，通过高压电网（如 500kV ）接入，实现大规模电力输出。

分布式光伏系统：

工商业屋顶光伏：功率从 kW 级到MW 级，自发自用、余电上网，降低企业用电成本。

户用光伏：功率3kW~20kW，结合储能系统，实现家庭能源自给自足。

农光互补、渔光互补：光伏与农业、渔业结合，提升土地综合利用率。

2 光伏并网技术核心架构

2.1 并网系统拓扑结构集中式并网：

光伏电站通过汇流箱、逆变器、升压变压器接入高压电网，适用于大规模发电场景。

分布式并网：

用户侧光伏系统通过低压电网接入，实现“自发自用、余电上网”，需配置防孤岛保护装置。

2.2 关键并网设备与功能光伏逆变器：

集中式逆变器：功率 500kW 以上，效率 98%～99% ，适用于大型电站，但灵活性差。

组串式逆变器：功率 10kW～100kW ，MPPT 精度高，适用于分布式场景，成本逐年下降。

微型逆变器：功率300W~1kW，一板一逆变，安全性高，但成本较高。

并网开关与保护装置：

实现防孤岛保护、过流/过压保护，确保电网安全。

储能系统：

锂离子电池、液流电池等，平滑光伏出力波动，提升电网调峰能力。

2.3 并网标准与电网适应性要求

国际标准：IEEE1547、IEC62446 等，规范并网逆变器的电压、频率、谐波等参数。

中国标准：GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》，要求光伏电站具备LVRT（低电压穿越）能力。

调度控制：光伏电站需接入电网调度系统，实现功率预测、AGC（自动发电控制）与AVC（自动电压控制）。

3 太阳能光伏发电与并网技术的具体应用分析

3.1 规模化光伏发电与并网应用

3.1.1 大型地面光伏电站

应用场景：荒漠、戈壁、滩涂等闲置土地，建设 GW 级光伏电站，通过高压电网（如500kV）接入，实现大规模电力输出。

技术特点：采用双面发电组件、跟踪支架系统，提升发电量 10%～20% 。配置储能系统（如锂离子电池、液流电池），平滑出力波动，参与电网调峰。

3.1.2 农光互补、渔光互补项目应用场景：光伏板与农业、渔业结合，提升土地综合利用率。

技术特点：光伏板高度优化（ ≥2.5m, ），保障下方农作物光照需求。水面光伏采用漂浮式支架，减少蒸发量，改善水质。

3.2 分布式光伏发电与并网应用

3.2.1 工商业屋顶光伏

应用场景：工厂、商场、办公楼等屋顶安装光伏系统，自发自用、余电上网。

技术特点：采用组串式逆变器，MPPT 精度高，适应屋顶复杂朝向。结合储能系统，实现“峰谷套利”，降低企业用电成本。

3.2.2 户用光伏系统

应用场景：家庭屋顶安装光伏系统，结合储能与智能电表，实现能源自给自足。

技术特点：采用微型逆变器或优化器，一板一逆变，提升安全性与发电效率。接入虚拟电厂（VPP），参与电网需求响应，获取额外收益。

4 光伏发电与并网技术的创新融合应用

4.1 光储直柔（PEDF）系统

应用场景：数据中心、商业建筑、工业园区等直流负荷集中场景。

技术特点：光伏直流发电直接供给直流负荷（如LED、电动汽车），减少转换损耗，效率提升 5%～10% 。

通过柔性控制技术，实现电压、功率灵活调节，支撑新型电力系统。

4.2 光伏制氢与并网耦合

应用场景：光伏发电与电解水制氢结合，生产绿色氢能。

技术特点：光伏余电用于制氢，提升能源利用率，减少弃光率。氢能作为储能介质，支撑电网调峰与长周期储能需求。

4.3 光伏交通一体化应用

应用场景：高速公路光伏声屏障、光伏充电桩、光伏铁路等。

技术特点：光伏声屏障集成发电与降噪功能，提升土地利用率。光伏充电桩实现“光储充”一体化，支持电动汽车绿色出行。

结束语

太阳能光伏发电与并网技术作为清洁能源转型的核心引擎，正以规模化、分布式、创新融合的多维路径重塑全球能源格局。从荒漠电站到家庭屋顶，从光储直柔到光伏制氢，其应用边界不断拓展，技术效率与经济性持续提升。未来，光伏将深度融合储能、智能电网与数字技术，构建“源网荷储”一体化新型电力系统，支撑高比例新能源接入与能源互联网发展。同时，政策引导、技术创新与市场机制协同发力，将加速光伏成本下降与普惠化应用，为全球碳中和目标与可持续发展注入不竭动力。光伏之路，光明且长远！

参考文献：

[1]邱懿兴.浅谈太阳能光伏发电并网技术的应用[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2024(01):88-91.

[2]徐智华.太阳能光伏发电并网逆变器控制技术的应用[J].科技创新与应用,2024,14(07):185-188.