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

牟潇野

广东省重工建筑设计院有限公司  510700

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。本文重点对我国光伏发电产业的快速发展及高效安全的清洁能源新体系构建提供方向引导。

关键词：可再生能源；光伏发电；关键技术；未来趋势；发展策略

引言

当前温室气体引起的全球气候变化已成为全人类面临的严峻挑战。《巴黎协定》提出了全球实现控制2℃温升并努力低于1.5℃的目标，我国在2020年9月第75届联合国大会提出了2030年碳达峰、2060年实现碳中和的“双碳”目标。据统计，2020年我国CO2排放量达100多亿吨，电力行业的碳排放是其主要排放来源之一，控制电力行业的碳排放将在碳减排中发挥关键作用，将直接影响我国“双碳”目标实现的进程。此外，在“双碳”目标下，随着电力对煤油气等的替代、工业交通等终端电气化及未来社会对电力需求的持续增长，大力开发利用可再生能源等绿色低碳零碳能源体系、构建以新能源为主体的新型电力系统，成为当前能源领域技术变革的战略方向。光伏发电是我国未来可再生能源发电的主要方式之一，具有能量来源巨大、绿色环保无污染、安全可持续、安装灵活、建设周期短、使用寿命长、运维成本低、应用形式多样、适用范围广等优势。本文重点对我国光伏发电的现状、存在问题、关键技术、未来发展趋势及发展策略等进行简要论述，以期为我国光伏产业的快速发展及高效安全的清洁能源新体系构建提供方向引导[1]。

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[3]。

2我国光伏开发利用现状

目前我国的光伏发电技术，主要用在市政的一些设施中或居民的日常生活中，比如太阳能交通灯、小区的照明灯、路灯和光景灯，我国现如今的光伏发电主要是政府的投资和商业的使用。随着时代的进步，可持续发展理念确定，国家的重视，政府资金的大力投入，我国的光伏发电技术还是有了显著的提高，发电成本也往最低化方向发展。我国的光伏发电技术也逐步开始应用到航天领域中，比如说“东方二号”便应用了此技术，而且由于我国的科研水平提高、人们的创新意识也有了发展，光伏电池产量便逐步提高，现如今位列全世界第一，但是我们的产量虽然是最多的，发电水平相对来说还是短板，我们必须不断地发展，这样我们才能达到我们最初设立的目标，2050年可以达到100GW的容量，实现经济、技术的进一步飞跃。

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。

3.2建筑设计

光伏发电体系在很多领域得到了有效应用，在普通型建筑设计中的应用较常见，对建筑进行设计的过程中，需要对发电设备进行合理安装，可以将光伏发电的设备作为传统材料进行应用。在建筑设计时，需要对建筑图纸以及方案进行深入研究，有效掌握所有的施工流程，在建筑外墙上设置有关光伏发电的设备，后期根据实际状况做好点缀工作，保证建筑外的美观性。建筑的实际施工和建筑设计之间存在差异性，选择光伏发电设备以及材料的过程中，设计工作人员需要从设计方面进行全面考虑，同时重视美观性与安全性，充分地体现建筑的价值以及性能。项目施工中运用的光伏材料主要为钢材以及玻璃，在设计的过程中需要合理考虑建筑物的光照问题，做好中间以及顶层住户设计内容的罗列工作，根据相关的标准进行设备检验和审核，使每层用户能够正常使用电能。相关工作人员需要将光伏发电设备安装至建筑的最高层，应该重点关注其使用性能，最大限度地降低其磨损风险，保障该设备之后的正常运用[2]。

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。

3.4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。

结语

随着时代的发展，科研水平的提高，人们的环保意识增强，现如今的资源短缺，发展太阳能光伏发电技术是现在重要的技术任务。光伏发电技术具有成本低、环保和可重复利用的优点，因此扩大其应用范围，能够提供更多的电能，保证电能的正常供应。太阳能光伏发电技术与其他发电技术结合起来，做成风光火储一同发展的能源基地，将会更加符合国家目前的发展方向，更加符合国家“3060”目标，保证能源的可持续发展[4]。

参考文献

[1]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.

[2]杨帆.新能源发电的安全稳定与电能质量问题访清华大学电机工程与应用电子技术系教授姜齐荣[J].电气应用，2014，33（3）：6-8.

[3]鞠佳.新能源发电工程项目的前期论证及设计要点 访华北电力设计院工程有限公司新能源工程事业部武耀勇副总经理[J].电气应用，2012，31（13）：6-11.

[4]我院与教育部光伏中心合作建设光伏发电项目 搭建新能源教研平台[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16（1）：129.