发电|碳中和｜光伏发电并网技术发展趋势

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文/张丽陈硕翼，科技部高技术研究发展中心，科技中国
作为清洁能源的一个重要发展方向，光伏发电技术近年来取得了持续快速发展，光伏并网已经成为太阳能资源的主要利用形式。积极发展光伏发电并网技术，是我国应对环境压力，推动绿色、可持续经济发展模式的重要切入点。本文对目前国内外光伏发电并网技术的发展现状及趋势进行了梳理与分析，并提出了我国未来发展的重点及对策建议。
一、关于光伏发电并网技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电并网技术是指将光伏阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电，并与电网连接将能量输送到电网的技术系统。在光伏发电并网过程中，涉及的关键技术主要包括：光伏并网逆变技术、光伏并网监控技术、反孤岛保护技术、低电压穿越以及直流并网技术的选择等，本文将针对以上各主要技术及发展现状进行详细阐述。
(一)光伏并网逆变技术
并网逆变器是实现光伏并网的重要组成部分，主要作用是将光伏电池产生的直流电能转化为交流电能，并实现与电网电压的同相同频，从而实现与电网电能的交互。目前光伏发电系统中常用的逆变器包括集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器三类，不同类型逆变器技术特点不同，适用于不同的光伏发电系统。
(二)光伏并网监控技术
为了保证光伏发电可靠、高效的并网运行，电站监控系统是其中的关键环节。目前大型电站大多配有监控系统，除了具备常规的数据采集和保护功能外，往往还能够对光伏系统进行能量管理，针对不同的应用场合，对光伏发电功率进行控制，提高系统运行安全可靠性和经济效益，有些还具有远程控制和云数据功能。
(三)反孤岛保护技术
在光伏并网发电系统中，为了避免电网故障情况下光伏发电系统与本地负荷功率匹配，形成一定时间内的孤岛系统，对电网中的人和用电设备造成威胁的状况发生，光伏并网系统一般需要配备反孤岛保护功能。孤岛检测技术分为远程法、被动法和主动法三大类。
【发电|碳中和｜光伏发电并网技术发展趋势】(四)光伏直流并网技术
并网光伏电站正在向大型化、集群化方向发展，国内外一批百万千瓦级光伏发电基地相继涌现，然而边远电网比较薄弱，接入交流电网的集、直流升压和直流接入电网的成本更低、效率更高，大型光伏发电基地和高压直流技术的结合是必然发展趋势。
二、国际发展现状
太阳能资源非常丰富，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。在光伏电池发明以前，人类对太阳能的利用主要是光和热。 1839年法国科学家贝克雷尔发现，光照能使半导体材料不同部位之间产生电位差，这种现象即被称之为“光伏效应” 。 1954年美国贝尔实验室两位研究人员恰宾和皮尔松，根据这一原理首次研制成功实用的单晶硅太阳能电池，人类从此进入了将太阳能直接转换为电能的光伏发电阶段。
进入21世纪以来，全球光伏发电新增容量持续快速增长，年平均增速达到50% 。至2015年底全球光伏装机容量累计达到227GW ，比2009年至少增加了10倍，比2005年至少扩大了40倍。从区域来看，欧洲一直以来在光伏市场中占有较大的份额，但近几年来受政策影响停滞不前，相较之下，亚洲市场自2012年迅速崛起并有赶超之势。目前欧洲光伏市场占全球的42%并有下降的趋势，亚洲市场同样占有42% ，美洲占13% 。目前世界各国的光伏发电系统中，绝大多数都是并网发电系统，并网技术也就成为了光伏产业主要研究方向之一。