光伏發電應用現狀及發展趨勢分析

微言創新微信號 2019-08-01 12:22 搶發第一評

編者按

無論從世界還是從中國來看，常規能源都是很有限的，因此人們開始大量利用可再生能源，光伏作為未來可再生能源中一種重要的方向，得到了廣泛的應用與發展。

一、光伏發電

在國際上，光伏發電技術的研究已有100多年的歷史。光伏發電是根據光生伏特效應原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。光伏系統可分為獨立光伏系統（各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統）和并網光伏系統（與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統）。

太陽能光伏發電系統（圖片來源網絡）

二、光伏發電的優勢

光伏發電與傳統發電技術相比具有更多優勢：

1. 太陽能資源十分豐富，輻射到地球表面的能量巨大，對于利用太陽能是十分有利的。因此太陽能光伏發電技術是資源最為豐富的發電技術。

2.太陽能光伏發電更為安全可靠，不會產生污染以及噪聲，并且能夠比較靈活，能夠安全穩定的運行。

3.光伏發電的應用使得邊遠以及特殊地區的用電問題得以有效解決，可以隨時隨地使用太陽能資源。

4. 光伏發電能夠與建筑物相結合，形成光伏建筑一體化的系統，減少土地資源的浪費。

三、歷史與現狀

太陽能光伏發電的歷史可以追溯到1839年法國物理學家貝克勒爾首次發現光伏效應。此后，各國科學家不斷探索，1954年第一塊實用光伏電池問世，這意味著太陽能光伏發電逐步進入產業化發展的道路。

進入21世紀，太陽能電池向全球擴展，成為一種重要的可再生能源。隨著可持續發展觀念在世界各國不斷深入人心，全球太陽能開發利用規模迅速擴大，技術不斷進步，成本顯著降低，呈現出良好的發展前景，許多國家將太陽能作為重要的新興產業，太陽能得到更加廣泛應用。2000 年至 2016 年間，光伏產業以令世人驚嘆的速度向前發展。全球累計裝機容量自 1,250MW增至 304,300MW，年復合增長率高達 40.98%。

在我國，光伏產業也呈現出前所未有的活力，在全球20個以上國家或地區建廠，產品出口至全球近200個國家和地區，成為我國具有國際競爭優勢的戰略性新興產業。

美國是最早研究與使用光伏技術的國家，美國光伏行業在技術革新與政府激勵補償政策的雙重刺激下多年來保持增長。光伏電站裝機在美國光伏行業中占主導地位，其發展速度直接決定整個光伏行業發展情況。

日本是最早制定光伏產業發展政策的國家， 2011～2016 年年均復合增長率達到54%，在2016年以42.75GW 的裝機總量位居世界第二，目前發展方向以非居民用電站為主。

作為東南亞最火熱的光伏市場之一，越南正在以每年10％的能源需求增速，再加上其本身發展光伏能源的先天優勢，吸引著各國光伏企業進入。

光伏發電目前全面進入規模化發展階段，中國、歐洲、美國、日本等傳統光伏發電市場繼續保持快速增長，東南亞、拉丁美洲、中東和非洲等地區光伏發電新興市場也快速啟動。

四、發展趨勢

（一）政策變化

2019年5月30日，國家能源局發布了《關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項的通知》，明確優先推進無補貼的平價上網項目建設，再開展需要國家補貼項目的競爭配置工作，這對風電光伏行業來說將是一個重大轉變。

隨著光伏行業的發展，受制于當地消納及電力傳輸等制約，國內地面電站的新增數量已明顯下降。與此同時越來越多的光伏企業開始把目光投向海外。

近年來，東南亞各國在可再生能源領域也作出了相應努力，泰國、印尼等國的光伏規模出現一定增長，越南則在計劃建設風電項目、簽發關于發展太陽能發電項目鼓勵機制的決定。東南亞地區政府補貼光伏項目，鼓勵利用可再生能源，并且由于地理位置靠近中國，受到中國企業的關注。

新興市場擴大以及平價競爭上網將成為未來新的趨勢。

（二）技術發展

1.從分布式發電到建設集中式電站

集中式大型并網光伏電站就是集中建設大型光伏電站,發電直接并入公共電網,接入高壓輸電系統供給遠距離負荷，可以降低成本，減少運輸損耗。越是規模大的光伏發電站，其光伏系統的成本越低。

光伏電站

2.光儲一體化電站

對含儲能環節的光伏電廠進行光儲一體化調控，快速控制，滿足有功輸出最大化，“削峰填谷”響應電網調度需求，實時保障電網調度要求。儲能系統的使用能緩解充電時對電網的沖擊，盡可能提升電網質量。

3.云存儲、云計算、數字孿生、大數據等技術的應用

新信息技術的使用可幫助光伏電廠實現智能化，幫助光伏電廠實現智能化運維監控，提供發電預測等分析功能，降低并網難度，提高發電效率。

在國內，上海上科信息技術研究所順應光伏產業發展趨勢，進行光伏系統集成開發，與中國電建上海能源裝備有限公司聯合建立與運作能源裝備智能化聯合實驗室。基于數字孿生的光伏電廠智能化平臺，將智能電網、物聯網、云計算等技術緊密結合，為解決光伏電廠加入儲能環節后的優化調功分配問題和分級分層的控制問題，建立面向光伏電廠光儲一體化的分級多目標調功算法模型。通過該平臺可有效掌握光伏電站完整信息，提高運維效率，加快決策，保障光伏電廠安全、穩定、高效、經濟的運行。

光伏電站控制系統（PPC）

五、未來展望

第四次工業革命將全面展開，以光伏為主的清潔能源、物聯網等技術正全面發展。通過現代物聯網技術、人工智能及大數據分析技術，實現包括光伏在內的多種能源的集中運維管理，打造智慧的能源生態圈。在未來，社會將構建全新的能源物聯網體系，進入低碳甚至無碳時代。

（責任編輯：劉小玲）

作者簡介

朱東亮，上海上科信息技術研究所智慧建筑研究中心主任。

劉曉影，上海上科信息技術研究所工程師。