光伏发电系统对电力调控的影响.pdf

2023 年 10 月光伏发电系统对电力调控的影响方晓彤（国网湖南省电力有限公司益阳供电分公司，湖南 益阳 413000）【摘要】为解决全球能源需求不断增长导致的传统能源资源枯竭问题袁对可再生能源进行研究袁光伏发电作为一种重要的可再生能源发电方式袁具有清洁尧高效和可持续的特点袁分析光伏发电系统对电力调控的影响袁探讨其在技术尧经济和环境等方面的积极作用袁提出光伏发电系统的应用不仅可以提高电力系统的可靠性和稳定性袁还可以减轻对传统能源的依赖袁降低能源消耗和环境污染袁以期为相关人员提供参考遥【关键词】光伏发电曰电力调控曰影响分析【中图分类号】TM615【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）10-0070-030 引言光伏发电系统是指利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。推广光伏发电系统的使用，可以减少对石油、煤炭等有限资源的开采和消耗，实现能源结构的转型和可持续发展。同时，光伏发电系统不产生二氧化碳等温室气体和有害物质，能够降低空气污染和环境破坏的风险。此外，光伏发电系统对提高电网稳定性和能源供应可靠性具有重要作用。与传统集中式发电相比，光伏发电系统具有较高的灵活性和可调度性，可以通过分布式布局将电力生产分散到用户附近，减少电力输送中的能量损失，更好地应对电力需求的波动和峰值时段的电力供应，保障电网的稳定运行。而且，光伏发电系统还能与电池储能技术相结合，实现电力的储存和调度，提高能源供应的可靠性。1 光伏发电原理和系统组成1.1 工作原理光伏发电系统的工作原理基于光伏效应，即当光线照射到半导体材料上时，会产生电子-空穴对，并通过电场的作用使其分离，从而产生电流。当太阳光照射到光伏电池上时，光子与半导体的原子碰撞，将其能量传递给电子，使电子跃迁到导带中，形成电流。同时，原子中失去电子的位置产生空穴，形成正电荷。光伏电池的工作过程可以分为吸光、光生电子-空穴对的产生、电子-空穴对的分离和电子流动 4 个步骤。首先，太阳光被光伏电池吸收，光子能量被半导体材料吸收。其次，光子能量使半导体材料中的电子从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。再次，电子-空穴对在电场的作用下被分离，电子向电极移动，空穴向另一电极移动。最后，电子和空穴在电极上形成电流，为外部负载供电1。1.2 系统组成光伏电池是光伏发电系统的核心组件。光伏电池由多个光伏电池片组成，光伏电池片由半导体材料制成，最常用的半导体材料是硅，作用是将太阳光转化为电能。光伏电池板是将多个光伏电池片组装在一起形成的板状结构，作用是连接光伏电池片使其成为一个整体。光伏电池板通常由透明的玻璃覆盖，以保护光伏电池片，并增强系统的稳定性和耐久性。逆变器是光伏发电系统的重要组成部分。光伏电池产生的电流是直流电流，而常用的家庭电器使用的是交流电流，逆变器的作用是将直流电流转换为交流电流，以供给家庭或工业用电。逆变器还可以监测光伏发电系统的工作状态，包括电流、电压和功率等参数。光伏发电系统还包括电池组、电缆、支架和控制器等配套设备。电池组的作用是储存光伏发电系统产生的电能，以便在夜间或阴天时使用。电缆连接光伏电池板、逆变器和其他设备，用于传输电能。支架用于支撑和固定光伏电池板，确保其能够正常工作。控制器用于监控和管理光伏发电系统的运行，以实现最佳的发电效果2。2 光伏发电系统对电力系统稳定性的影响2.1 光伏发电系统的并网接入方式光伏发电系统的并网接入方式可以分为直接并网和间接并网两种方式。直接并网是指光伏发电系统直接将产生的电能注入公共电网中，与传统的电力系统无缝衔接。这种电力信息702023 年 10 月方式需要具备一定的技术条件，例如，光伏发电系统的电压、频率以及功率因数等参数需要与公共电网的参数保持一致。同时，还需要安装逆变器等设备将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电，以便与公共电网进行交流。间接并网是指将光伏发电系统产生的电能储存在储能装置，待需要时再进行释放。这种方式可以解决光伏发电系统发电不稳定的问题，增强光伏发电系统的可靠性。储能装置可以选择电池组、超级电容器等储能设备，通过充放电实现对发电功率的调节。同时，间接并网方式还可以将多个光伏发电系统进行并联，形成微网，提高光伏发电系统的电能利用率。在光伏发电系统的并网接入过程中，需要符合相关的国家标准和规范，并进行必要的手续审批，获得相关部门的许可，确保光伏发电系统的安全性和可靠性。另外，在实施过程中，需要定期对光伏发电系统进行检查和维护，确保其正常运行。2.2 光伏发电系统对电力系统功率平衡的影响光伏发电系统的功率具有间歇性和波动性。由于太阳能的不稳定性，光伏发电系统的输出功率会受到天气、季节和日照时间等因素的影响出现波动。这种波动性给电力系统的功率平衡带来了挑战，对电力系统的运行和管理提出了更高的要求3。当光伏发电系统的输出功率突然增大或减小时，电力系统需要快速调整其他发电机组的负荷以维持电力系统的功率平衡。光伏发电系统使电力系统的功率平衡有一定的灵活性。尽管光伏发电系统的波动性会给电力系统带来不确定性，但光伏发电系统的可调度性使其能够在一定程度上维持电力系统的功率平衡。当其他发电机组出现故障或需要维护时，光伏发电系统可以快速地提供可靠的电能，并帮助维持电力系统的功率平衡。此外，光伏发电系统还可以与其他能源储备系统结合，如储能系统和燃气轮机等，通过调度和控制保障电力系统功率平衡。光伏发电系统有助于提高电网的稳定性和可靠性。传统的火力发电主要依赖于燃料供应，光伏发电则依赖于太阳能资源，这使得电力系统具备了多能源供应的特点。当光伏发电系统的功率增加时，可以减少对传统发电的需求，降低电力系统的负荷压力，提高电网的稳定性。此外，光伏发电系统的分布式布局也可以增强电力系统的韧性和抗干扰能力，降低电力系统发生单点故障的风险。2.3 光伏发电系统对电网电压和频率稳定性的影响光伏发电系统的不确定性是影响电网电压和频率稳定性的主要因素之一。由于光伏发电系统受到天气条件的影响，其发电量会出现波动。当光照条件突然变化或云层遮挡太阳时，光伏发电系统的发电功率会出现剧烈的变化，从而导致电网的电压和频率出现波动。这种波动可能会对电力系统的稳定性产生一定的影响。光伏发电系统的负荷曲线与传统发电方式的负荷曲线存在差异，这也会对电压和频率稳定性造成一定的影响。传统发电方式一般具有较为平稳的负荷曲线，而光伏发电系统的负荷曲线会随着光照条件的变化而波动。这种波动可能会引起电网的电压和频率波动，进而对电力系统的稳定性产生影响4。为了解决光伏发电系统对电网电压和频率稳定性的影响，需要采取一系列的措施保持电力系统的稳定运行。首先，可以通过控制光伏发电系统的发电功率，使其与电力系统的负荷需求相匹配。这样可以有效避免光伏发电系统的功率波动对电网的电压和频率产生不利影响。其次，可以利用储能技术平衡光伏发电系统的不确定性。通过将光伏发电系统的过剩电能储存起来，在需要时再释放，可以有效降低光伏发电系统的功率波动，从而提高电力系统的稳定性。最后，智能电网的建设也可以提高电力系统的稳定性。智能电网通过利用先进的通信和控制技术，可以实现光伏发电系统与电力系统的协调运行，实时调整发电功率，以保持电网的电压和频率稳定。3 光伏发电系统对能源消耗的影响3.1 光伏发电系统的能源转换效率光伏发电系统的能源转换效率受到多个因素的影响。首先，太阳辐射强度是影响能源转换效率的重要因素之一。太阳辐射强度越高，光伏电池吸收的光能越多，能源转换效率也就越高。因此，地理位置和气候条件对光伏发电系统的能源转换效率有着重要影响。光伏电池的材料和结构也对能源转换效率起着关键作用。不同材料的光伏电池具有不同的光吸收特性和电子传输性能，其能源转换效率也有所差异。目前，常见的光伏电池材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅等，每种材料都有其独特的优势和应用范围。光伏电池的工作温度也会影响能源转换效率。当光伏电池工作温度过高时，电子传输速度会下降，电力信息712023 年 10 月从而降低能源转换效率。因此，保持光伏电池处于合适的工作温度对提高能源转换效率至关重要。3.2 降低能源消耗光伏发电系统能够减少对化石燃料的需求。化石燃料，如煤炭、石油和天然气，是目前主要的能源，但其开采和燃烧会产生大量的二氧化碳和其他污染物，加剧全球变暖和环境污染问题。而光伏发电系统将太阳能直接转化为电能，无须消耗化石燃料，从根本上减轻了对传统能源的依赖，有效降低了温室气体排放量和空气污染程度。光伏发电系统能够提高能源利用效率。在传统能源的转化和输送过程中，能量损失往往较高，而光伏发电系统直接将太阳能转化为电能，避免了能量转化过程中的损耗。此外，光伏发电系统还可以与能源储存技术结合，将多余的电能储存起来，以备不时之需，提高了能源的利用效率。此外，在一些偏远地区，传统的电力供应方式不便捷，而光伏发电系统可以利用太阳能资源，为这些地区提供可靠的电力供应。通过光伏发电系统，农村地区的居民可以更方便地获取电力，改善生活条件，促进农村经济的发展。3.3 环境效益首先，光伏发电系统减轻了对传统化石燃料的依赖，减少了二氧化碳和其他温室气体的排放。对于减缓全球气候变化和减少空气污染具有重要作用。其次，光伏发电系统在运行过程中不产生任何噪声，相比于传统的火力发电厂和风力发电机，光伏发电系统对周围环境和居民的影响较小，不会产生噪声污染，这对于改善城市环境和居民的生活质量具有积极的影响。再次，光伏发电系统不需要大量的水资源进行冷却，相比于传统的火力发电厂，光伏发电系统对水资源的需求更少，这对于缓解全球水资源紧缺问题具有积极的意义。最后，光伏发电系统的建设和运行过程产生的废弃物和污染物极少，能够降低土壤和水源的污染风险，这对于保护生态系统和生物多样性具有重要意义。4 光伏发电系统对电力调控的经济影响光伏发电系统的安装成本较低。与传统的发电方式相比，光伏发电系统的设备成本近年来不断下降，使得更多的人可以安装光伏发电系统。此外，光伏发电系统的维护成本也较低。光伏发电系统安装完毕后，维护和保养成本较低，因为光伏板不需要常规的燃料补给和机械运动，只需要定期清洁和检查。光伏发电系统可以降低发电成本。光伏发电系统的发电成本主要是设备购买和安装的费用，利用的是免费且可再生的太阳能，不需要额外的燃料费用。相比于依赖燃煤、燃油等传统能源的发电方式，使用光伏发电系统可以显著降低发电成本。光伏发电系统还能够降低环境成本。光伏发电是一种清洁能源，不会产生任何污染物和温室气体。相比于传统的发电方式，光伏发电系统可以显著减少二氧化碳、硫化物等有害气体的排放，对环境造成的影响更小。这也能够降低环境治理和污染处理的成本5。光伏发电系统还可以带来经济效益。随着对可再生能源需求的增长，光伏发电系统已经成为一个具有潜力的投资领域。通过安装光伏发电系统，个人和企业可以减少电费开支，并可以通过将多余的电能卖给电网而获得收入。此外，政府也提供了各种奖励和补贴政策，进一步提高了光伏发电系统的经济效益。5 结语光伏发电作为一种清洁、可再生的能源技术，不仅能满足人们对电力的需求，还能有效减轻对传统能源的依赖，减少环境污染，实现可持续发展。光伏发电系统的兴起，不仅为电力调控提供了新的选择，也带来了许多积极的影响。光伏发电系统的智能化使得电力调控更加高效。通过光伏发电系统与智能电网的结合，电力调控部门可以实现对电力的精确测量、分析与管理。这不仅提高了能源利用效率，还降低了供电成本，减少了能源浪费。同时，光伏发电系统的智能化还能够实现对电力质量、供需平衡等关键指标的实时监测与调整，保障电力系统的稳定运行。参考文献1 李思.新能源光伏发电系统的特点与应用J.集成电路应用，2023，40（3）：182-183.2 魏秩群.光伏发电系统对电力调控的影响探讨J.中国设备工程，2019（23）：179-181.3 刘长晓.光伏发电系统对电力调控的影响J.科技资讯，2019，17（16）：40-41.4 张鹏，王溢泽，王丽琴，等.光伏发电系统对电力调控的影响J.电力设备管理，2019（2）：84-87.5 邱爰超.基于超级电容调控的船舶柴电/光伏并网电力系统关键技术研究D.武汉：武汉理工大学，2020.作者简介院方晓彤（1995），女，汉族，湖南益阳人，本科，工程师，主要从事电力调控工作。电力信息72