太陽能光伏發電并網技術應用分析

全球變暖和環境污染已成為當今挑戰性的問題，這促進了可再生能源的快速發展。光伏發電以其巨大的容量和潛力，通過降低能源消耗，進而減少環境污染，被人們普遍認為是最有前景的可再生能源之一。隨著電力需求的不斷增加，對綠色分布式能源和快速消耗的化石燃料的需求也在不斷增加。最常見的綠色分布式能源是太陽能光伏、燃料電池（FC）或連接在配電電壓水平的微型渦輪機。
1、生命周期評價太陽能光伏發電并網應用
最近，越來越多的生命周期評價（LCA）研究已經開展了關于TEPBT和光伏技術的環境影響。采用生命周期評價（LCA）方法研究了我國晶體硅太陽能組件并網光伏發電對環境的影響。首先對生命周期庫存進行了分析。然后對各工序的能耗和溫室氣體排放量進行了詳細估算，最后計算出各工序的生命周期值。結果表明，晶硅太陽能組件并網光伏發電的能量回收期在1.6～2.3年之間。約占光伏制造過程總能耗和總溫室氣體排放量的84%甚至更多。太陽能級硅（SOG-Si）生產是最耗能的溫室氣體排放工藝，占總能耗和總溫室氣體排放量的35%以上。無論是多硅、單硅、LS-PV還是分布式光伏系統，光伏電站制造業占總能耗和溫室氣體排放量的84%甚至更多。例如，2013年中國光伏組件出貨量為27.4GWP，占全球出貨量的50%以上。2013年的年裝機容量為12.42GWP，是世界上最大的市場之一。這個快速增長的市場促進了與光伏產業相關的關鍵技術的發展。此外，太陽能電池的效率也在不斷提高，太陽能級硅每千克的生產能耗大幅下降，光伏組件和系統成本也同樣降低。
關于光伏發電的爭議仍然存在。一些反對意見認為，光伏系統壽命期內的總能源產量不能補償制造過程中的能源消耗。另一些人則堅持認為，光伏發電不是一種清潔能源，因為它在系統建設過程中能耗高，污染物排放嚴重，特別是在生產硫硅的過程中。實際上，光伏系統運行幾乎無需維護，完全“清潔”。然而，在考慮光伏發電的整個生命周期時，從石英開采到冶金硅生產、電池和組件生產，以及報廢光伏系統的處置，能源消耗和污染排放等問題卻不應忽視。目前的光伏系統的壽命是25年或更長，雖然在制造過程中消耗了一定的能量，但當能量消耗與整個系統壽命期內的總能量輸出相比較時，其消耗的能量可以忽略不計。一般來說，產品或技術的生命周期是指從其誕生到死亡的一段時間，包括制造、使用、維護和最終處置。光伏技術的生命周期評價研究始于近四十年，用于評估可持續性和環境效益的最常見指標包括能源回收時間（TEPBT）、能源產出率（EYR）和溫室氣體（GHG）排放。
LCA不僅跟蹤直接能源消耗和排放，還跟蹤與可能燃料相關的所有間接能源消耗和排放。由于不同的制造、安裝位置/時間和安裝類型，光伏系統的TEPBT和GHG排放量存在很大差異。隨著我國光伏產業和市場的快速發展，光伏技術對環境的影響越來越受到人們的重視。根據目前中國光伏行業的水平，一個1.0公斤的多硅錠可以切成至少46片，尺寸約為156毫米。多硅太陽能電池的平均效率為17.5%，每片太陽能電池的功率為4.26wp。因此，1.0kg多硅錠可以生產功率為196wp的太陽能電池，相當于通過1.1kgSOG-Si和1.485kgUMG-Si獲得的太陽能電池。每瓦太陽能電池的SOGSi約為5.61g/wp，每瓦太陽能電池的UMGSi約為7.58g/wp。在制造過程中，一定數量的太陽能電池被破壞。因此研究人員對我國采用多硅或單硅太陽能組件的光伏并網發電進行了全壽命評估。能源回收期從1.6年到2.3年不等，而溫室氣體排放量目前在60.1-87.3g-co2/kwh之間。隨著未來技術的進步，能源回收期和溫室氣體排放量預計將進一步減少。
2、太陽能光伏發電的動力應用
有關人員還重點研究了太陽能光伏陣列和電池儲能系統（BESS）等可再生能源型電力系統在低壓電網中提供電壓支持的能力，以及在孤島型微電網中提供電壓和頻率支持的能力。除此之外，還研究了利用太陽能光伏在MPPT中的作用來提供有功和無功（即非有功）功率控制，以及用于電網連接模式的電池儲能系統。在Matlab/Simulink軟件中得到的仿真結果清楚地證明了所提出的控制方法的有效性。微電網是分布式發電機或微資源、儲能裝置和負載的集合，它們作為一個獨立的可控制系統運行，能夠向服務區域提供電力和熱量。集成在微電網中的微資源由不到100千瓦的小型裝置組成，并配有電力電子（PE）接口。
最常見的資源是太陽能光伏（PV）、燃料電池（FC）或以配電電壓水平連接的微型渦輪機。當有充足的太陽輻照度時，微電網頻率控制所需的有功功率小于MPP時太陽能光伏發電機產生的有功功率，即pfcontrol<ppvmpp，同時電池的SOC為80%，則電池充電不能超過SOC的上限。在這種情況下，降低太陽能光伏發電機的輸出功率會導致太陽能資源的利用不足。
因此，微電網需要一種全局控制機制，將光伏控制從頻率控制模式轉換為恒功率模式，并在PPVMPP上產生功率，同時，應該有一種機制允許微電網的任何其他發電機處理頻率控制問題。在考慮的微電網系統中，有一臺柴油發電機可以減少發電量，以匹配光伏發電量的增加。因此，系統的功率平衡將得到維持，最終控制微電網的頻率。同樣，當輻照度較低時，光伏發電機的最大功率不足以維持微電網頻率，即pfcontrol>ppvmpp，同時電池的SOC為20%，電池將無法備份光伏。
3、結語
我們可以引入有限數量的光伏發電作為戰略性的分布式發電可以更好地緩解電壓分布，減少損耗和改善THDV。光伏發電的能耗和溫室氣體強度取決于多種因素，包括太陽能電池類型、局部太陽輻射、安裝類型、bos組件的效率、系統容量、壽命、模塊效率、現狀局部電力混合等。這些因素的任何變化都不可避免地會導致溫室氣體排放和TEPBT的變化。然而，考慮到光伏電站向終端用戶輸電過程中的能量損失，仍然很少有結果。為了澄清已公布的太陽能光伏的生命周期結果，國家可再生能源實驗室（NREL）的科學家審查了數百份已發表的科學文獻，然后協調關鍵性能特征，以產生更具可比性和一致性的結果。雖然已經獲得了一些直接或間接的結果，但中國的研究很少提供詳細的分析或計算。有必要進行合理可靠的LCA研究，更=新最新研究成果，以適應中國光伏產業和市場的快速增長。