摘要：我国目前正处于经济和社会发展的大背景下，提高太阳能发电技术在一定程度上既能解决环境污染问题，又能节约资源的浪费。虽然目前国内的并网式光伏发电技术还不够成熟，在发展的过程中肯定会遇到很多问题，但是发展清洁能源一直是我们所关心的问题，而太阳能作为一种清洁能源，有着得天独厚的优势，它的发展潜力将会很大。

关键词：光伏电站；并网技术；发展趋势

一、光伏发电的特点

光伏发电系统中主要包括并网逆变器、光伏组件、计量装置和配电系统，系统整体具有寿命较长、安全性较高、清洁性良好、不需进行维护等多方面的优势。但从另一个角度来看，太阳能的能量密度较低，而且相对于石油、矿物能源、核能和水能等传统能源，太阳能的光能转换效率较低。同时，太阳能光伏发电易受到季节变化和地理分布等因素的影响，具体如下。

1.气象条件

太阳能光伏发电并网系统中不具有蓄电池系统，如果气候发生显著变化，系统发电容量必然随之发生大幅度的波动，如果城市能见度低、空气质量低，光伏发电效果将严重降低。

2.季节时间

光伏发电设备仅能够在晴天工作，一年中不同季节和每日的白昼黑夜的光照效果不同，季节和时间能对光伏发电负荷产生较大影响。为了减少不良影响，必须在电网中配备容量适宜的发电机作为备用。

3.地理位置

在通常情况下，光伏发电设备需要安装在建筑物上，需要对光伏建筑和光伏屋顶电站进行一体化处理。如果不以建筑为基础单独设置光伏发电站，则必然需要占用较大的地面面积，并在一定程度上影响生态环境。

二、光伏发电的并网技术分类

1.逆流型

逆流型太阳能并网发电系统是市场上较早的清洁能源解决方案。光伏电池在提供电能的同时也可能存有剩余，通过逆变器和并网保护装置来调节功率，可提高剩余存储电能的利用率，为其他负载所用，作为电力系统的电能补充。当太阳能电池难以满足负载用电量时，则从电力系统中获取电能供给，适用于工业与家庭用电等多种场景，是较为普遍的并网方案之一。

逆流型并网技术可以将电能直接输入电网，相当于节约了电能中转的存储设备，那么也将减少蓄电池再释放过程的消耗，故而投建成本相对较低，且能量消耗较小，间接降低了系统的运维和投资成本。这种不带蓄电池的逆流型并网发电系统更加适用于住宅家庭用户，但是对于用电量较大的商业体或工业产区并不实用。

2.切换型

切换型并网发电系统由光伏电池、并网逆变器、切换器等设备组成。正常运行状态下，电力系统与光伏发电系统各自独立运行，当光照不足、阴雨天气、夜间、电池储能消耗殆尽等情况下，则切换器选择以电力系统作为负载供电。那么切换型并网发电系统的蓄电池容量则可以适当下调，初期建设成本也可以适当压缩。还有一种是自运行模式下的切换型并网系统，适用于灾害状态下调节光伏发电系统的供给负载。系统自带并网保护装置，可以对供电功率进行调节。当某地区遇到自然灾害而无法使用常规电网系统供电时，带有蓄电池的切换型并网设备可以为临时通信、道路指示、加油站等设施提供电源。

3.混合型

混合型并网系统是在光伏发电基础上引入其他电能，如燃料电池或风力发电等与电力系统并网，其中太阳能光伏发电利用风能进行补充是较为常见的供储能方案之一，以风能作为持续发电的主要供电设备时，光伏发电的共享能源则可以作为补充能源为供电设备提供协助电能的补充作业[2]。由于风能发电受到气候环境变化的影响更为严重，所以光伏发电的储能方案具有更加稳定的配电补充作业优势，可以为缓解电气设备弃风状态下的能源供给增加电能消纳，达到平滑风电输出的积极效果。

三、光伏发电并网策略

1.逆变器设备选型

通常来说，单台逆变器的容量越大，其单位造价就越低，但是如果单台逆变器容量过大，一旦出现故障，会导致系统整体受到严重影响。并网型逆变器的额定容量选择，应以光伏组件安装场地的整体情况作为基础。为了保障光伏发电持续处于安全、稳定运行的状态，同时控制成本，应该考虑将并网型逆变器设置成为独立并网的模式，以提升光伏发电系统整体的运行效果。

整体上来看，并网型逆变器应该具有过、欠频率和过、欠电压的特点，同时可以起到防孤岛效应、短路保护和逆向功率保护等多项作用。各个逆变器均应连接数个光伏电池组件，直流监测配电箱可以通过组件连接至逆变器，监测各组件的电流，并将电流监测信息转化成为相应数据格式，传输到逆变器控制器。

2.监控系统设计

监控系统可以借助群控制器确保数个逆变器同步并列运行，控制器可以同步控制数台逆变器的运行与结束运行，还可以对逆变器的负载功能进行均分，控制其低负载状态下的损耗，提升逆变器的运行效果，并延长其使用寿命。监控系统也可借助群控器采集逆变器的实时运行情况，并将其中的重要信息传输至相关部门。

目前，在我国应用频率较高的监测方式有两种：使用数据收集器收集逆变器的输出数据，同时采集和分析光照传感器获取的组件温度、环境温度、光照、风速等相关数据；直接使用光伏监控系统开展监控和存储工作。数据采集器具有远程控制、远程检测、运行监测等功能，使用以太网或RS485通信网等与上位机之间进行通信，信息输出方式具有多样化特点，常见的输出方式包括大型系统显示屏、短信、邮件等。从总体上来看，应用于太阳能光伏发电并网系统中的监控系统具有故障记录、报警、运行参数记录、系统分析等多方面功能。

3.防雷设计

（1）防直击雷措施。直击雷是直接针对太阳能电池阵列、电气设备或配电线路产生的雷击，预防直击雷的主要措施为安装避雷针，但是如果电站所处位置较低，且周边建筑物高度较高，则应根据实际情况不应用避雷针，而是采用屋顶电池组件支架和外壳接地的方式。由此，既能起到防雷击的作用，还可在一定程度上节约成本。

（2）防感应雷措施。太阳能光伏发电系统中的雷电浪涌能够对太阳能电池阵列本身产生影响，也能对相关的配电线路、接地线等产生影响。如果接地线附近的雷击导致大地电位上升，并超过电源电位，则能出现雷电浪涌由接地线侵入的情况，且接地线能够向电源方向产生反向电流。为了避免此类情况，应将浪涌保护装置安装于直流输入主回路和防雷汇流箱中，再将防雷汇流箱安装于屋顶光伏发电并网系统的逆变器与其他组件之间，能够保护屋顶太阳能电池组件，避免受到雷击影响。同时电池组件检修范围显著缩小，相关的检修工作和维护工作的便捷性增加。将避雷元件安装于配电箱中，可以避免浪涌电流和雷电波侵入低压配电线。

4.逆变器最大功率追踪

（1）扰动观察法。其原理在于每隔固定的一段时间，减少或增加光伏阵列输出电压，同时以机组输出功率的变化方向为基础，合理调整光伏系统输出电压，以使输出功率上升至最大功率点。该方法具有较显著的优势，应用过程简洁，对传感器精度的要求不高，但与此同时，该方法易导致最大功率周边出现震荡情况，进而导致一定程度的功率损失，且步长的设定难以满足响应速度和追踪精度的需求。如果光伏发电系统所在的环境中出现剧烈的温度变化和光照变化，扰动观察法的应用效果会显著下降。

（2）恒电压追踪法。其原理是在光照强度不同的情况下，光伏发电系统保持一致的输出电压，从而持续输出最大功率。这一方法的主要优势是应用过程简洁，但缺点也较明显，其仅能在温度不变的环境下发挥作用，但实际上，环境温度必然持续发生变化，功率损失较大，会使方法的应用效果受到影响。特别是当太阳能电池结温上升幅度较大，可能出现阵列伏安曲线和系统预定工作电压之间无交点的情况，导致系统振荡。

（3）电导增量法。是指采用对比光伏阵列电导增量和瞬时电导值的方式，调整控制信号，从而跟踪最大功率点。应用该方法时，需要先测量光伏阵列输出电压、电流变化情况，之后才可确定控制算法。从实际应用来看，电导增量法属于扰动观察法的升级版，但是电导增量法的精确度更高，响应速度更快，同时不易出现稳态振荡的情况。该方法对系统硬件提出的要求也更高，特别是需要传感器具有更高的精度，整体的使用成本较高。

四、光伏发电的发展现状

1.光伏发电的国外发展现状

目前，日本和欧洲在光伏发电领域的占有率已远远超过美国。所以，世界各地对光伏发电的重视程度越来越高，电池的容量和寿命也在不断地增长，但电池单元的价格却在下降，使得越来越多的光伏发电站不断增加。全球光电产业正处在一个活跃的发展时期。2006年以前，我国的光电产业年增长率仅为33%，而随着全球光伏技术的不断发展，其规模也逐渐扩大。相关资料表明，截至2010年，全球约有30GW并网发电，日本是全球最大的国家，欧洲的太阳能光伏发电达到了3GW。

2.国际光伏发电产业的竞争激烈

随着世界范围内的光伏行业发展，竞争的压力越来越大，各国的光电行业都在争先恐后地发展，研发出更好的产品。所以，要突破国外的壁垒，提升国内光伏产业的竞争力，这是一个很大的挑战。全球的光电技术一直在发展，主要表现在：（1）太阳能电池组件容量得到了提高。（2）太阳能电池装置的价格一直在降低。（3）持续地延长太阳能电池总成的寿命。（4）持续降低硅材料的消耗。（5）增加屋顶并网的太阳能光伏系统。（6）减少发电费用，减少电力价格。（7）逐步增加大规模的光电发电站。

3.光伏发电的国内发展现状

我国自20世纪70年代开始对太阳能光伏技术进行了大量的研究，并在初期进行了大规模的投资。太阳能发电对我国的能源结构起到了重要的促进作用，目前，全国的光伏并网装机容量已达到1.4亿千瓦以上。我国之所以持续使用和推广光电技术，一方面，是因为我们拥有丰富的太阳能资源；另一方面，也是因为它能够完全满足广大人民的需要。对安全、绿色能源的探索，要从太阳能发电技术入手，对太阳能发电技术进行深入的研究。

4.我国光伏发电技术发展不协调

我国是世界知名的生产大国，在光伏行业生产领域也是一样。相关的产品包括生产晶片、生产光能电池等已经能够量产。随着我国光伏产业的发展，很多国家的企业家也纷纷成立了自己的光伏产业公司。最大的问题在于，虽然光伏产业的规模很大，但是技术水平也很低。由此，国内光伏产业的发展出现了严重的不和谐现象。目前，国外光伏产业发展较快，为了维护自身的利益，在技术上对我国的光伏产业形成了一种技术垄断。从市场角度来看，国内还有很多地方电力工业尚未饱和，而随着社会的发展，太阳能的发展和应用也会越来越好，对人们的生活也会有很大的帮助。

五、光伏发电并网技术的发展趋势

目前，光电技术已成为一种具有太阳能优势的高洁净能源发电方式。但由于我国的光伏发电技术起步较晚，在气候变化、价格昂贵、逆变器产生谐波干扰等诸多问题的情况下，光伏发电技术仍需完善。随着人们对太阳能的深入研究、科学技术的不断发展以及计算机网络技术的飞速发展，将使太阳能光伏发电的问题得到更全面的解决，同时，并网的太阳能发电也必将在全球得到广泛应用。然而，关于光伏并网技术的研究仍需进一步探讨，尤其是在转换与控制方面。所以，对光伏并网技术的控制进行深入的研究，在转换方面也应寻求更好的解决方案。随着技术的发展，很多以前被忽视的并网光伏技术，都将会在以后的研究中被解决。

六、结语

光伏发电并网技术属于一项先进技术，其使用效果的影响因素较多，尚需进行积极探究。总之，随着煤炭、石油等化石能源储量的不断减少，人们面临着能源短缺的严峻形势。各国都在大力发展新能源，以改善人们生活的环境，维护人与自然的和谐。

参考文献：

[1]大型光伏并网电站的运行与维护技术分析[J].钟银;黄霖.低碳世界，2017（26）.

[2]光伏并网点电压调节案例教学研究[J].郑文迪;张敏;邵振国.实验技术与管理，2020（12）.

[3]单级式三相光伏并网系统控制技术综述[J].王宏华;王成亮.机械制造与自动化，2017（05）.

[4]基于光伏云平台的智能型光伏并网逆变柜的电气系统设计[J].顾章平.太阳能，2020（07）.

[5]城市光伏并网对配电网的影响及改进研究[J].赵欣.资源节约与环保，2020（11）.

[6] 分布式光伏并网对低压配电网的影响研究[J]. 潜丽光;刘亚民.电子质量，2021（12）.

[7] 基于改进滑模控制的光伏并网逆变器控制策略[J]. 米俊毅;赵兴勇.电力科学与工程，2022（09）.