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光伏發電的基本原理范文1
關鍵詞：微網；燃料電池；管理模型
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.065
0 引言
能源是人類生存及發展基礎。人類對能源的需求大幅增長，現如今能源危機威脅著人類的經濟發展，大量煤電、火電等能源的使用產生大量的二氧化碳，導致溫室效應，人類的生存環境受到威脅，紛紛轉向可持續發展能源戰略規劃，開發利用分布式發電能源。新能源發電接入傳統電力系統并達到規模應用，對于緩解能源緊張和抑制環境污染必將產生積極的意義。分布式電源指的是利用可再生能源獨立發電的小型發電系統，包括風能、太陽能、小水電和燃氣輪機等。光伏發電具有間歇性和不穩定性（季節性、時段性、瞬時突變性）特點，該特點會對大電網造成沖擊。文獻[1]風光互補發電系統在并網和獨立運行下的能量供需平衡的檢測和對電網的影響，蓄電池的充放電管理和市電、負載的控制要求。
1 微網的運行策略
微網的運行具有不穩定性，其不同于傳統電網發電單元，微網能提高電網的供電可靠性、降低線路網損和環境污染，是配電網的有益補充[2]。
微網既可以孤島運行，也可以與外部電網并網運行，微網在與電網并網運行，能量雙向運行，其在不用的運行模式下需要采用不同的能量控制策略。
在離網運行中，當光伏微網的發電量大于負荷的需求，采用先給儲能單元充電的等方式，儲能的電量達到設定的需求，則根據時時電價將發電成本高的發電設備停止，保證光伏電網內部的正常運行。
當微網的時時發電量小于負荷的需求時，儲能設備的高于設定值，則采用儲能單元先放電，當儲能單元低于設定值，啟動報價高的分布式電源進行時時的供電。
當微網的發電量與負荷需求持平時，儲能單元低于設定值，優先保證給儲能單元充電。如果高于設定值，則根據電網報價，關閉運行成本高的發電設備。
2 微網能量管理模型
2.1 光伏電池能量管理模型
光伏電池的輸出功率收到太陽照度，溫度、太陽能電池板的傾斜度等問題的決定，在不同的情況下輸出的功率也不相同，經過經驗的總結，得到太陽能電池板的輸出功率由如下公式表達[3]：
3 結論
與傳統的大容量火力發電相比，微網與配電網之間存在能量的雙向流動，本文主要分析了微網能量管理的基本原理和策略，從微網的可靠性和經濟性考慮分布式電源的能量管理。能量平衡控制的基本原理及并網和獨立運行模式下能量管理的基本策略。根據發電單元和儲能單元的穩態特性，建立了發電單元和儲能單元的能量管理模型。
參考文獻：
[1]昝寶亮.風光互補發電系統的MPPT控制及能量管理研究[J].電子科技大學碩士論文，3-5.
光伏發電的基本原理范文2
【關鍵詞】大容量 光伏發電 光伏電站 光伏設備
當前，我國大多數的大型并網光伏還處于試運行階段，還沒有統一的接入標準和設計規范，對并網光伏系統的規范化生產以及光伏電站的規范化管理都有一定的影響。另外，由于光伏電站的規劃建設沒有充分考慮對電網交互產生的影響，大容量光伏并網系統對電力系統的穩定性和安全性也有了更高的要求。大容量光伏電站在運行過程中需要認真分析光伏發電對電網穩定性造成的影響，為了促進大容量并網光伏發電的開展，除了要升級逆變器以外，還要更加深入的研究大容量光伏發電對電網穩定性、安全性造成的影響。
1 大容量光伏并發發電的基本原理及特點
1.1 發電的基本原理
太陽能光伏發電是以光伏效應為基礎，通過使用太陽能電池板對光子產生的電動勢進行吸收和利用達到發電的目的。太陽能光伏陣列產生的直流電利用電子轉換裝置進行轉換成可以滿足電網使用的交流電后直接利用變壓器接入到電網中。而大容量光伏電站一般都達到了兆瓦級別，通過利用集群控制方案來實現逆變器并聯運行，并利用特定的中央控制中心對光伏電站的各個子系統進行指揮和寫作，運行情況不同，變壓器和逆變器的投運方案也不一致，可以有效解決日照率比較低的情況下變換效率問題，提升系統的可靠性，如圖1所示。大容量光伏發電集群控制方案是使用多個逆變器共用光伏陣列直流母線排，根據光照情況，投入相應數量的逆變器，進而解決日照率低時變換效率方面的問題，而且由于逆變器是替換工作的，當某臺逆變器進行檢修或者出現故障后不會對整個系統造成影響。
1.2 大容量光伏發電的特點
太陽能作為可再生資源，受太陽光照、環境溫度、天氣因素的影響，太陽能光伏發電具有比較大的波動性，光伏發電并網逆變器容易產生三相電流不平衡、諧波、輸出功率不確定性等，很容易導致電網電壓出現閃變或波動，因此要為電網配置相應的質量治理裝置。另外，電網質量不穩定會導致電壓隆起、電壓凹陷等情況，這些情況也會對變換器的正常運行造成影響。大量光伏電源連入到電網后，需要安裝保護裝置和自動化裝置，而對于光伏電源造成的非常孤島問題需要按照反孤島保護設備。
集中式和分布式作為大容量光伏并網的主要發展方向，其中分布式太陽能光伏電站主要是就近對用戶的相關問題進行解決，并利用并網達到供電差額的外送和補償，可以降低電路損耗。通過微電網和智能電網的有效連接，在運行條件下可以單獨運行，但是這種方式配電網潮流方向會隨時變化，逆潮流會使所有的保護都重新進行設定，無功調節和電壓調節難度增加，對通訊和二次設備也有了更高的要求，系統也更加的復雜化。
而集中式光伏電站主要是對一些比較穩定的太陽能資源進行利用，將產生的電能連入到高壓輸系統并進行遠距離負荷的供應。光伏電站的控制靈活性和穩定性好，更容易調整電網頻率，運行過程中不需要燃煤運輸、水源等資源，具有比較強的環境適應能力，運行成本低，擴容方便；但是這種方式需要依靠長距離的輸電線路送入到電網中會出現電壓跌落、電能損耗、無功補償等問題。同時由于大容量光伏電站需要利用多個變換裝置進行組合后實現的，需要統一對設備進行管理，對技術要求比較高。
2 大容量光伏發電關鍵技術
2.1 大容量光伏設備的關鍵技術
電網和光伏電站主要是利用逆變器聯通的，因此要求逆變器具有可拓展通信功能、可以對無功和有功進行控制、可以降低有功變化率、實現諧波補償等，技術上要求逆變器具電壓等級更高、單體容量更大、電能輸出質量更穩定、抗干擾能力更強，并具有可以達到智能電網要求的網源互動技術。在進行并網控制的過程中需要電網電壓信號鎖定技術更加的精確、快速，可以防止大功率并網時不對稱運行情況下和電壓采樣波動情況下精確鎖相。孤島檢測技術要求具有更好的抗干擾能力。集中式光伏電站要在變換器控制的基礎上實現低電壓穿越，孤島指令和檢測利用輸變電系統級別能量進行管理實現；分布式光伏電站要通過控制達到孤島檢測的目的，利用基于配電網的能力管理系統來發出低電壓穿越信號指令。
另外，大容量多級協作對群控技術依賴程度比較高，同時需要解決大面積組件增加、群控硬件成本增加、MPPT并聯所產生的~外串并聯損耗問題；對分布式系統進行電網調度時還需要在管理系統的基礎上實現多機協作、實時通信。
2.2 光伏電站關鍵技術
一般情況下，在有功輸出方面要求光伏并網發電可以發出更多的電能，因此如何實現最大功率點的跟蹤是一項比較重要的技術。由于最大功率點跟蹤對跟蹤的準確性、快速性和穩定性要求比較高，常用的電導增量法、干擾觀測法、恒定電壓法等還無法實現有功輸出的可調節性，有功調節技術必須要利用儲能設備來實現。但是由于儲能設備容量比較小，并且價格昂貴，不能做到實時補償，儲能作用也受到了比較大的影響。此外，由于儲能需要花費時間，無法達到實時補償的目的，在一定程度上對儲能作用造成了限制。
光伏發電和風電接入一樣，當光伏裝機容量增加后，系統的穩定性也會受到影響。實踐證明，當系統因短路導致電壓跌落后，可再生能源發電機會持續和電網連接，可以幫助電網恢復，而將一個Buck電路接入到變換器直流母排，可以對功率進行消耗并防止直流母排電壓過大。如果直流母排電壓變大，光伏陣列出力會隨之降低，可以更好的實現低電壓穿越。
3 大容量光伏發電對并網的影響
3.1 對電網運行造成的影響
（1）光伏電站電壓控制可以幫助系統實現電壓；
（2）光伏發電提供的系統慣量比較小，而系統慣量的減少程度會對高比重光伏的穩定性造成影響；
（3）接納方式方面，停運常規機組的危險性更大，大機組的停運會使系統慣量減少并進一步破壞系統的穩定性。為了提高系統協作靈活性需要常規機組增設旋轉備用。
（4）低壓電穿越功能會改善電網回復特性；
（5）光伏有助于調系統向上偏移；
因此，接入大容量光伏發電的電網要嚴格按照規定要求進行運行，并充分利用發電預測技術、天氣預報技術以及能源調度平臺對運行進行控制，如圖2所示。
3.2 對配電網造成的影響
（1）電壓調節的影響。光伏滲透率達到一定值后出力特征會產生變化，饋線潮流也會隨之產生變化，甚至還會有一些逆潮流進入到輸電網中會對饋線電壓調節設備的運行造成影響。而出現潮流到送的情況是變電站和光伏電源之間會產生一個電壓降的變化，此時可以通過對變壓器的調壓開關進行調節后修正。
（2）保護整定和短路電流。光伏逆變器主要是用于控制電流源的，如果有短路故障出現需要立即切除保護逆變器，所以常規機組逆變器短路電流并不會影響電網的穩定性。二次保護整定主要是因為和變壓器連接的逆變器會產生接地回路，另外潮流的變化對導致電壓分布發生變化，對零序電流造成影響。
（3）產生接地電源，由于變壓器連接的方法不同，變壓器和逆變器之間有可能會產生接地回路，會對零序電流造成影響。此外，當單相接地出現故障后會導致末短路相的對地電壓。
4 結論
綜上所述，大容量光伏發電接入要求具有無功和有功的輸出作用并可以在電網出現異常后發揮支撐的效果。在光伏發電方面，為了提高電網運行的穩定性和可靠性需要接入高效率、大容量、高可靠性的光伏設備，只有這樣才可以創造更高效的綠色能源。
參考文獻
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作者簡介
要金磊（1984-），男，北京市人。大學本科學歷。現為北京科諾偉業科技股份有限公司工程師。從事光伏系統集成工作。
光伏發電的基本原理范文3
【關鍵詞】太陽能；光伏發電；發展前景
前言
太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生綠色能源，不產生任何的環境污染。我國76%的國土光照充沛，光能資源分布較為均勻；與水電、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠（圖1）。進入21世紀，中國光伏行業逐漸發展起來，中國具有如無錫尚德、江西LDK、常州天合、天威英麗、浙江昱輝等一批世界級光伏企業以及世界最大的太陽能光伏制造基地，但是由于成本較高，中國95%的太陽能產品只能出口到發達國家。近年來，在國家大力倡導發展新型能源的大背景下，大陽能光電研發是近些年來發展最快、最具潛力的研究領域，隨著成本問題將逐步解決，加之國家政策支持，中國太陽能市場將變得很大。
圖1 能源消費組成展望圖
1、光伏發電的基本原理以及優勢
光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。在陽光照射下，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”，而這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護就可形成大面積的太陽電池組件，再配合功率控制器和逆變器等部件就形成了光伏發電裝置。
光伏發電作為新型能源與常用的火力發電系統相比，具有以下優勢：
a）無枯竭危險。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80×104kW，如果把地球表面0.1%的太陽能轉為電能，轉變率5%，每年發電量可達5.6×1012kW·h，相當于目前世界上能耗的40倍；
b）安全環保，無噪聲，無公害。由于光伏電路是利用光能和電能之間的轉化，故其無污染物的排放；
c）采集太陽能的地點的地理位置要求不高，不受資源分布地域的限制。太陽能電池板只要能接受光照就能產生電能，所以可以安裝在屋頂或者是始終能接受到光照的墻壁，充分利用空間資源；
d）可靠穩定壽命長，安裝維護簡便，適用范圍廣，就算一般家庭也可以利用太陽能發電。
2太陽能光伏產業應用現狀
1）在各國政府對再生資源的重視和大力支持下太陽能光伏產業得到了快速的發展，2011年，全球光伏新增裝機容量約為27.5GW，較上年的18.1GW相比，漲幅高達52%，全球累計安裝量超過67GW。全球近28GW的總裝機量中，有將近20GW的系統安裝于歐洲，但增速相對放緩，其中意大利和德國市場占全球裝機增長量的55%，分別為7.6GW和7.5GW。2011年以中日印為代表的亞太地區光伏產業市場需求同比增長129%，其裝機量分別為2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趨成熟的北美市場，去年新增安裝量約2.1GW，增幅高達84%。
圖2 光伏產業的發展
其中中國是全球光伏發電安裝量增長最快的國家，2011年的光伏發電安裝量比2010年增長了約5倍，2011年電池產量達到20GW，約占全球的65%。截至2011年底，中國共有電池企業約115家，總產能為36.5GW左右。其中產能1GW以上的企業共14家，占總產能的53%；在100MW和1GW之間的企業共63家，占總產能的43%；剩余的38家產能皆在100MW以內，僅占全國總產能的4%。規模、技術、成本的差異化競爭格局逐漸明晰。國內前十家組件生產商的出貨量占到電池總產量的60%。
2）太陽能光伏電池材料主要有晶體硅材料，主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術成熟，光電轉換效率高，單晶硅電池的光電總轉換效率可以達到20%～24%，是目前普遍使用的光伏發電材料。但其生產成本較高，技術要求高；多晶硅電池成本相對較低，技術也成熟，但光電轉換效率相對較低，多晶硅光電池的轉換效率最高才達18.6%，與單晶硅相比多晶硅的轉換效率少多了；而薄膜電池是一種可粘接的薄膜，有以下優勢：①生產成本低，所以可以大批量生產；②發光效率更好地利用太陽能，但目前其在技術穩定性和規模生產上均存在一定的困難。隨著技術的進步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏電池已逐步進入市場，但現在只占市場的9.3%，隨著薄膜光伏電池技術不斷進步，薄膜光伏電池的市場份額將快速增長相對而言有更大的發展空間，未來薄膜電池會有更好的發展前景。
表1 市場份額分析
在2000年以前中國的電力供應不是很緊張，2001年以后，在中國經濟高速發展下，電力需求以每年超過20%的速度在增長，2003年在全國出現電力供遠遠少于求的嚴重現象，電力供應的緊張情況在以后的一段時間內很難緩解。可再生能源得到了中國政府的重視，在中國政府大力支持下已形成了完整的太陽能光伏產業鏈。截至2010年底，我國光伏發電裝機規模達到60萬千瓦，光伏新增并網容量為21.16萬千瓦，累計并網容量為24萬千瓦，較上年的2.5萬千瓦，增長了960%。從產業布局上來看，國內的長三角、環渤海、珠三角及中西部地區業已形成各具特色的區域產業集群，并涌現出了無錫尚德、江西賽維、浙江昱輝等一批知名企業。2011年中國多晶硅產量達到7.8萬噸，占全球比重約33%；國內產能結構中，成本低于35美元/千克的企業不足十家，約9.5萬噸，其他40余家中小企業總產能近5萬噸。
3、太陽能發展趨勢
光伏發電的基本原理范文4
縱管整個光伏發電站，其在建設規?；蛘呤墙ㄔO速度上都取得了巨大的發展。究其根本原因，離不開光伏發電技術的進步?，F階段的主要矛盾就是我國現有的能源滿足不了日益增長的用電需求。因此根據這一個情況建立了分布式光伏電站的并網運行工程，它在一定程度上緩解了這種矛盾。下面主要對其在建設和運行期間出現的問題進行針對性的分析說明。
關鍵詞：
光伏發電；并網；問題；應用
現階段，我國的能源問題越來越短缺。但是在這種情勢下，利用太陽能來發電的思路就得到了廣泛的認同，而且太陽能產生的能量是可再生資源，并且清潔環保不會對環境造成污染。通過數據表明，我國在一年當中可以將太陽能存儲量的最大值能達到2300kW•h/m2單位以上，由此可見我國的太陽能資源是十分豐富的，也通過這些數據可以看到太陽能發電的巨大發展空間。自1970年開始，我國著手對光伏發電問題進行初步探索，經過20多年的時間取得了階段性的勝利成果，使得光伏發電已經具備了基本的運行模式，但是不代表發展就此止步了，在科學技術的大力推動和支持下，光伏發電仍具有巨大的發展空間和實用價值。這種新型能源的興起，引起了國家的高度重視，給予了技術和資金上的支持保證其發展能夠健康快速。本文主要介紹分布的并網發電工程就是以光伏電站作為基礎，只有利用該工程才能實現對電力系統的有力支持。下面我們對該工程中出現的一些問題進行針對性的分析說明。
1諧波問題
在分布式光伏電站并網工程中，逆變器起到載體的作用，它的質量的好壞對電能質量產生了很大程度上的影響。同時，要想保證其能夠良好運行離不開大量電力電子元件的共同作用。通過逆變器的作用，實現了交直流轉化，但是也不可避免的產生了諧波問題。像供電網絡現行標準、配電系統供電類型等等都會對光伏并網電站中的諧波電流及電壓的實際取值造成影響。
2短路比問題
不論是對弱電運行系統還是分布式光伏電站的并網工程來說，逆變器都能起到調節作用，但是帶來的影響是不一樣的。對前者來說，逆變器的這種性能反而會增加電力系統對暫態電壓穩定性的影響；而對于后者來說逆變器裝置卻起到了快速的調節性能。根據相關理論要想實現分布式光伏電站的并網工程可以穩定高效的運行，要對運行期間可能對電壓造成影響的因素進行最大化的控制，將這種波動影響降到最低。在《城市電力網規劃設計導則》中，對并網工程的短路比做出了具體的規定，確保只要將接入點的短路電流與分布式電源的額定電流的比值大于10.0單位就可以。
3孤島問題
光伏發電站通過借鑒吸收分布式電源的一些基本原理，要想實現其并網運行的功能，離不開并網逆變裝置的載體作用。所以說在這個環節中對并網運行的功能提供有力保障是非常有必要的，為此我們可以對其進行防孤島效應保護模式來實現并網的安全可靠運行。所謂孤島效應主要是說，光伏系統在電力系統運行時盡管受到失壓作用，但是電網中的一些線路仍然能在這種條件下進行工作。換一種角度來說就是，在電力系統供電作業時，可能會由于大電網停電或者其他故障因素的影響致使線路出現了跳閘現象。在這種狀態下，光伏發電站工程為了保障自身的安全，切斷了與整體供電網絡的連接，使自身不論對哪種供電系統來說均不能提供電能，這就是通常所說的孤島現象。孤島效應不論是對分布式光伏電站的建設環節或者是后期的運行期間都會帶來嚴重的損失。比如說，其一，并網工程一旦產生孤島效應就會使得電網一直工作在負載狀態下，對工作人員或者周圍的人員造成了生命威脅；其二，并網工程一旦產生孤島效應就失去大電網的環境保障作用，使得用電設備遭受損失；其三，當恢復電網正常工作時會出現相位不同步的現象，在一定程度上又加大了電流沖擊問題。對并網工程進行孤島效應處理時，可以從主動的保護模式或者是被動的保護模式兩方面綜合考慮。主動的防孤島保護模式主要是一旦發現該工程中的逆變器有功率輸出就進行干擾作用，像無功功率變動保護模式、有功功率變動保護模式等都是一些常見的手段；而被動的防孤島保護模式主要對輸出的狀態進行保護，并且盡量的不影響輸出特性，在這種方法中常用的手段有頻率變化率保護模式、電壓相位跳動保護模式等。不論是上面提到的哪種保護模式都有各自的有點和缺點，所以在進行實際工作時，還要結合具體的工作環境進行分析。同時，對并網工程本身來說，需要建立起屬于自己的保護模式，從而能在電網失壓情況發生時，及時采取應對方法，保障大電網的安全運行。
4結語
這種將分布式光伏電站作為基礎的并網工程與傳統的離網光伏蓄電系統比較而言：可以最大限度的將太陽能轉換成電能，并且還能夠與其他的高等級電網系統在空曠地區實現有效連接，實現了對資源科學合理的運用。希望本文在分布式光伏電站并網工程中對一些問題的針對性分析，能夠對發電工程的建設有所啟發。
參考文獻：
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光伏發電的基本原理范文5
摘要：
分布式光伏發電在當前新能源發電中占有重要地位。由于分布式光伏用戶的源、荷雙重屬性，使得現行供電成本分攤方法面臨困難。特別在光伏滲透率不斷提高前提下，原有激勵力度較大的定價方式與補貼政策中存在的弊端日益顯現。對此，在介紹分布式光伏發展的基礎上，對國內外分布式光伏發電定價方法進行歸納總結，并分析了各方法的優缺點，進一步分別從用戶與電網角度闡述了當前光伏定價中存在的問題。在綜述上述問題解決方法基礎上，對其提出相應的改進與建議，為分布式光伏的持續健康發展提供支持。
關鍵詞：
分布式光伏；定價機制；成本分攤
1分布式光伏的發展概況
面對傳統化石能源無法再生、環境污染加劇、世界能源日益緊張的格局，可再生能源利用成為社會的關注焦點。作為取之不盡、用之不竭的可再生能源，太陽能發電以其充分的清潔性、絕對的安全性、供應的可靠性、資源的充足性、巨大的經濟性以及穩定的使用壽命與免維護性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位。光伏發電技術利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能，已成為世界上發展最快的新能源發電技術之一。雖然高成本目前仍是制約光伏發電發展的主要障礙［1］，但技術進步帶來成本下降的趨勢較為明顯，光伏發電正在日益普及。分布式光伏通常是指利用太陽能發電，發電功率在幾千瓦至數十兆瓦的小型模塊化、分散式，布置在用戶附近的、就地消納、非外送型的發電單元。國家電網公司的《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》［2］中定義分布式光伏為位于用戶附近、所發電能就地利用、以10kV及以下電壓等級接入配電網且單個并網點總裝機容量不超過6MW的光伏發電項目。根據測算，該范圍能涵蓋所有的屋頂和光電建筑一體化項目。全球光伏發電項目發展迅速。2011年底全球光伏裝機容量約為70GW，截至2015年末則達到227GW，預計2016年全球新增光伏裝機可達48～52GW；2011—2015年平均年增長率56.1%，預計2016年年增長率為22.0%［3］。根據24個國際能源署光伏技術工作組參加國的統計數據，全球分布式光伏發電裝機量前五的國家分別為德國、日本、美國、意大利、法國。到2010年底，分布式系統的累計裝機容量約有23.4GW，占光伏累計裝機容量的66.8%。其中，德國分布式光伏發電系統在光伏系統中的占有率為86.6%，日本為97%，美國為68.2%［4］。預計到2020年全球分布式光伏裝機容量將達到60GW［5］。我國是全球光伏發電安裝量增長最快的國家，目前已成為世界上光伏裝機容量最大的國家?！短柲馨l電發展“十二五”規劃》［6］指明了我國光伏發展的方向，其中明確提出將分布式光伏作為未來國內光伏市場應用的重要領域。截至2015年，我國光伏裝機容量及分布式光伏占比的發展情況見圖1，可見分布式光伏占比有上升趨勢。配合積極穩定的政策扶持，預計到2020年我國光伏安裝量有望達150GW，年發電量可達1700億kWh；分布式光伏裝機達70GW，約占太陽能發電總裝機量的46%［7］。
2分布式光伏定價及補貼政策
2.1定價方法
一般而言，綜合成本法是電價制定的常用方法，它采用以一定規則對未來給定電價計算期內供電總成本進行分攤的方式來定價。例如：美國大部分居民、商業和工業終端用戶的零售電價通常采用三部制進行成本計算與分攤：基本用戶費用（美元/戶）、電量費用（美元/kWh）、容量費用（美元/kW）。其中，基本用戶費用包含測量、計費和其他行政工作的成本，它通常采用每戶每月繳納固定費用的形式；電量費用體現供電企業向發電企業購電的成本，有時也會考慮其他成本，如：輔助服務或者傳輸電能的成本；確定容量費用的基本原則為回收電力系統在發電容量、輸電、配電基礎設施上的投資。這樣的定價方式準確、全面地反映了發電、輸電、配電、用電的成本，并進行了合理的分攤。邊際成本法是另一種電力市場中常用的定價方法，它是通過生產的微增所產生的成本微增來定價。在競爭的市場中，采用邊際成本法可獲得最大的社會效益，并能正確反映電能的未來價值，給予用戶正確的用電信號。以此為基礎，為引導用戶改變電力消費的固有模式，提高電力系統運行的效率和可靠性，電力市場中常采用峰谷分時電價（TOU）、實時電價（RTP）、階梯電價（LEP）、尖峰電價（CPP）［8］等，激勵用戶參與需求側響應。上述定價的基本原理在分布式光伏定價中同樣適用。
2.1.1光伏凈能量計量法
凈能量計量法是分布式光伏發電最常見的補償形式。電網以光伏用戶在用電終端節點流入和流出的凈功率為依據給予光伏發電補償。目前美國46個州以及哥倫比亞特區均采取或曾經采用過凈能量計量法。這種“能夠簡單理解和實現”的方法允許具有分布式發電資源的用戶以零售電價被補償［9］。同時，根據不同地區的具體情況，監管者還提供了電價政策的不同選擇。例如：在凈計量的補償機制下，結合實際情況，制定不同分級模式的平穩階梯電價、分時階梯電價以及實時電價等。
2.1.2太陽能價值定價
太陽能價值電價以分布式光伏發電提供給電力公司的實際價值為原則定價。2012年，美國奧斯汀能源成為第一個用太陽能價值電價法替代凈能量計量法的電力公司［10］。2014年，明尼蘇達州第一個實現全州推行VOST政策［11］。奧斯汀和明尼蘇達州都采用了一種25年期的平均成本電價，其中包括環境影響、對電網及社會的影響等價值因素，而不再基于零售電價計算。換句話說，與NEM不同，VOST考慮并評估光伏發電對電力公司的全生命周期經濟價值。VOST是一種新出現的概念，基于價值的分布式發電定價原理的研究正在興起。文獻［12］提出了一種考慮系統成本、金融問題、生命周期和貸款期限等假設的平準化發電成本法（levelizedcostofelectricity,LCOE），評估了光伏技術、融資利率、太陽能資源等不同條件下的全生命周期內的光伏發電度電成本，并進行了技術和經濟上的靈敏度分析。這為準確計算光伏發電成本提供了思路，可以為確定太陽能發電的實際價值提供參考，有利于更好地制定分布式光伏定價政策，促進其健康發展。
2.2國外光伏發電補貼政策
各國補貼政策多與本國的具體情況相結合，各有不同特點［13］。德國的光資源條件較差，光伏發電的年利用小時數不超過900h，光伏發電還受土地使用、電網結構等各方面的限制，然而通過補貼政策的實施，德國成為全世界光伏發電應用最成功的國家之一。截至2011年底，德國光伏發電總裝機容量達到2470萬kW，其中分布式光伏發電系統容量占比近80%，主要應用形式為屋頂光伏發電系統，單個發電系統平均容量僅為20kW。德國光伏發電補貼政策采用差異性、逐年遞減的固定上網電價。日本鼓勵小容量的光伏發電系統，而不鼓勵大容量的光伏發電系統。2009年1月重新啟動的住宅光伏補貼政策為7萬日元/kW，預算額達209.5億日元，但同時要求裝機容量需小于10kW。而且，如果要享受政策必須達到一定的效率水平，需要獲得JET證書和質量保證書，且安裝成本需低于70萬日元/kW。日本將10kW以上的太陽能發電電價定為42日元/kWh，收購期為20年。美國的補貼政策主要有2種：一種是稅收抵免政策，還有一種是直接的現金獎勵。居民或企業法人在住宅和商用建筑屋頂安裝光伏系統發電所獲收益，可享受投資稅減免，減免額相當于系統安裝成本的30%。消費者購買或安裝特定光伏發電產品，每戶家庭可獲得最高500美元的抵稅額。而直接現金獎勵則包括部分退款、津貼和系統性能獎勵。
2.3我國光伏定價方式及補貼政策
我國居民零售電價是考慮綜合成本均攤的一部制電價。對于分布式光伏，倡導就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用，因此常采用“自發自用、余量上網”的運營模式。我國的分布式光伏系統以工商業設施和公共設施上的并網系統為主，截至2012年底,我國累計光伏裝機容量為7GW，其中分布式光伏系統累計裝機容量為2.5GW，占比36.4%（主要為“金太陽”補貼項目）［14］。在分布式光伏系統補貼政策方面，主要有“金太陽示范工程”和“光伏建筑一體化示范工程”［15］。這2種政策的補貼方式是國家對于分布式光伏項目進行初始投資補貼，這種補貼方式有效的推動了分布式光伏系統的發展，但是這種補貼方式導致了企業為補貼而建設，大量分布式光伏系統質量和發電量均不能達到基本的設計要求。為引導分布式光伏系統健康發展,國家發展改革委于2013年8月30日出臺了《關于發揮價格杠桿作用促進光伏產業健康發展的通知》（發改價格［2013］1638號）［16］。通知明確，對分布式光伏發電項目，實行按照發電量進行電價補貼的政策，補貼標準為0.42元/kWh，而分布式光伏的反送電量按照當地脫硫電價收購，價格補貼期限原則上為20年。通過補貼方式的變化，運用價格杠桿來促進分布式光伏發電的健康發展。
3當前分布式光伏定價中存在的問題
3.1對分布式光伏用戶的影響
一些研究評估了不同電價機制下安裝太陽能發電設備用戶的經濟效益變化。文獻［17］以加利福尼亞州PG&G和SCE電網公司的實際數據為案例進行評估，在結合零售電價的凈計量政策下，討論用戶分別選擇分時電價與統售電價的總電費節約，這些電費節約包括太陽能發電對同時期電量消費的抵消以及每小時富余光伏發電以零售電價所獲的補償。同時，對其他有潛在補償作用的電價結構的影響也做了分析，包括基于市場電價分時修正的固定電價、小時市場電價、月平均市場電價等。其中，市場電價（MarketPriceReferent，MPR）采用基于聯合循環燃氣輪機，考慮運行和固定成本的長期市場批發電價。研究顯示，凈計量電價制度下用戶電費節約最大，而3種替代電價制度中月平均市場電價法的用戶收益相對最高，且隨光伏出力占峰荷的比重變化而變化。文獻［18］在相同案例基礎上計算了針對光伏用戶的強制性分時電價是否會導致其電費變化。該研究表明，在一定定價水平上，強制性的分時電價比統售電價可為光伏用戶節約更多電費，并可能對高消費水平的用戶更為有利。類似地，有研究指出分時的凈計量電價或者實時電價可以提高光伏發電給用戶帶來的價值［19—20］。從以上研究可以看出，短期內通過多樣的高收益的補貼政策可以帶來用戶的電費節約，在初期為培育分布式光伏市場發展提供有效幫助；而從長遠角度看，分布式光伏用戶的PV規模、用電量等都會影響補貼效果的實現，因此用戶電費節約存在不確定性，這為評估電價機制的實施效果帶來了復雜性，也對光伏電價制定造成不利影響。
3.2對電網及負荷服務公司的影響
隨著光伏發電在大電網中的滲透率越來越高，當前分布式光伏定價模式的弊端愈加明顯。具體表現為，常用的凈能量計量法是一種將電網發電、輸電、配電成本捆綁到一起的“每千瓦時”電價，而光伏用戶提供電能，但避免了發電、輸電和配電成本，太陽能用戶這種從用電到發電身份的改變，就造成了一定的成本轉移，對電網企業和其他電力用戶造成了不公平的對待，從長遠來看，不利于電力企業的發展和電力能源結構的改良。以江蘇省電力公司為例的一項測算，發現電網公司在分布式光伏并網接入、系統改造、系統備用、電量銷售等費用方面損失巨大［21］。文獻［22］分析了結合分時電價和尖峰電價的凈計量法作用下分布式光伏對負荷服務公司效益的影響。研究表明，在分布式光伏達年峰荷10%的規模下，負荷服務公司在電量電價部分基本收支相抵，而在容量電價和輸電部分分別有63%和42%的收入損失，從而造成巨大財務困難。愛迪生電力2013年的一項報告中著重指出了逐步提升的光伏發電滲透率對企業帶來的破壞性的經濟挑戰，即下滑的收入、不斷增長的成本以及越來越低的盈利［23］。因此，隨著分布式光伏滲透率的不斷提高，原有定價模式中的交叉補貼難以實現，新的定價模式有待重新探討。
4光伏發電定價方法研究及相關建議
4.1光伏發電定價方法
為促進光伏發展，維護光伏用戶的利益，可以采用鼓勵用戶主動參與需求側響應的方式，從而減少用戶電費，增加收益。文獻［24］通過魯棒優化技術建模電價的不確定性變化，描述了一個給定用戶以每小時負荷水平響應每小時電價變化的優化模型，從而最小化用戶電費。文獻［25］提出了一項基于馬爾可夫決策理論的優化控制策略來使用戶電費最小化。文獻［26］使用隨機規劃和魯棒優化最小化居民電費。這些方法從用戶角度出發，運用自主的需求側響應策略，均能夠增加光伏用戶的收益。與此同時，為保證負荷服務公司的利益不受損害，文獻［22］呼吁容量電價不應該僅僅基于用戶每月用電峰值功率，還應該考慮每小時用戶需求與負荷服務公司供電特性的一致性。在光伏滲透率越來越高的狀況下，分布式光伏定價方式的改變成為必然。2013年，美國亞利桑那州開始執行每月向太陽能用戶增收0.7美元/kW額外費用的政策［27］；在俄克拉荷馬州，《參議院法案1456》允許電力公司通過州委員會的管制制定一種部分解耦的價格，向有分布式發電的用戶收取更高的容量電價，并且指導電力公司創建新的用戶（和電價）分級用于對安裝分布式發電的用戶更好地分配固定費用［28］。明尼蘇達州雖然保持零售價格不變，但允許電力公司實施州內支持的太陽能電價VOST來認可光伏發電生產的價值。在明尼蘇達方法下，用戶以零售電價從電力公司購買他們所有的電力消費，同時以25年保持不變的VOST價格售賣他們所有的光伏發電。這樣可以有效地解耦消費和生產的價格。這種方法的益處在于：如果VOST是基于光伏發電提供給電力公司的實際經濟價值確定的，那么電力公司就不會有供電成本無法回收的危險并且可以中立地向用戶或其他渠道購買光伏發電能源。然而，因為明尼蘇達州VOST是一種均化的價值，在求取這一價值時所做的經濟假設如果不正確，則可能導致錯誤結果。因此，文獻［9］中提出一種體現分布式光伏發電對電網實際價值的加權太陽能電價。該模型引入反映光伏實際價值的權重系數矩陣，在一定的滲透率下，以對應零售電價中電量、容量、用戶3部分價格的恢復權重矩陣為決策變量，在用戶電費變化幅度限制、政策要求等約束條件下最小化光伏引入后電網的損失，從而得到能夠隨光伏滲透率變化進行調整的太陽能電價。優化后發現，隨著光伏滲透率增大，為保證電網效益不受損失，需要提高太陽能電價中容量部分的比重，進而逐步降低“每千瓦時”的太陽能電價。該加權的太陽能電價方法能有效緩解光伏滲透率增大給電網帶來的經濟壓力，然而其在確定分布式光伏實際價值權重時，考慮的是固定的全年平均價值權重，而分布式光伏的波動性使得均化的權重指標不能準確反映分布式光伏的實際價值。因此，該方法有待進一步改進。
4.2改進與建議
加權的太陽能電價在原有電價基礎上引入分布式光伏價值權重。該方法通過優化三部制價格系數改變了現有的成本分攤模式，不失為一種有效解決方法。但由于引入的光伏價值權重系數為固定的年均值，因此較為粗略，可以利用微分等數學方法將系數計算的時間尺度精細化，以更準確地反映光伏發電的實際價值。分布式光伏對電網運行的影響與電網運行狀況密切相關。為更精確地確定分布式光伏的成本與效益，應對光伏出力與電網負荷的共同作用所造成的電網實時潮流變化予以分析。圖2為光伏發電出力與用電負荷關系。其中，第①部分為光伏發電上網電量，第②部分為用戶的用電量，光伏發電作為電源，第③部分為用戶的用電量，公共配電網作為電源。結合光伏出力與負荷曲線的匹配關系，為了提高整個電網的調度效率，建議采用就地消納的形式，富余上網電量的定價應以光伏發電對電網的實際價值為標準，采用VOST方法，準確的VOST應由分布式光伏給電網、社會、環境帶來的實際價值決定；而以公共配電網作為電源的用電量定價應在零售電價的基礎上考慮光伏加入后配電網調度成本的變化。
5結語
隨著技術的發展，分布式光伏的預測愈加準確，配電側調度和監測交互技術愈加成熟，通過分析電網運行成本的變化，準確確定光伏電價構成的基本要素及其所占比重，使實時定價成為可能，在此基礎上形成公平合理的新定價方式。目前的需求響應研究主要針對普通用戶，而光伏用戶具有電源和負荷的功率雙向性，對其合理利用可形成更加有效的需求響應策略。創新電價政策、透明化電網信息等，都有助于引導光伏用戶科學地參與需求響應，提高能源利用效率，節約電網運行成本，實現電網與光伏用戶的互利共贏。
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光伏發電的基本原理范文6
關鍵詞：風光互補、離網型、并網型、“十二五”
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
一、風光互補發電系統概述
1、風光互補發電系統構成
風光互補發電系統由風力發電系統與太陽能發電系統共同組成，主要包括風力發電機組、太陽能光伏電池組、蓄電池、逆變器、控制器、交直流負載等部分。該系統集風能、太陽能及蓄電池等多種能源技術為一體，利用智能控制技術將可再生能源發電優化整合。下面簡要介紹各部分原理及構成：
風力發電部分，其原理是利用風機將風能轉化為機械能，然后通過發電機將機械能轉換為電能；此時產生的交流電壓不穩定，因而需通過整流器整流，給蓄電池充電，最終經過逆變器為負載提供穩定的電能。風機通常分為水平軸和垂直軸兩種，而應用較為普遍的是水平軸風機。
光伏發電部分，其原理是利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為直流形式的電能，再通過逆變器換為交流形式的電能對負載供電。太陽能電池板主要有薄膜、晶硅、高低倍聚光等型式，以晶硅型電池組件的應用最為廣泛。
蓄電池部分由多塊蓄電池組成，其作用是儲存和調節電能。當風力很大或日照充足而產生的電能過剩時，蓄電池儲存多余的電能；當系統發電量不足或負荷用電量增加時，蓄電池向負荷補充電能，以保持穩定的供電電壓。常用的蓄電池主要有鉛酸、堿性鎳和鐵鎳三種。其中鉛酸蓄電池價格低廉、性能可靠、安全性高，且技術上又不斷進步和完善，得到了廣泛的應用。
控制系統根據風力大小、日照強度及負荷用電量的變化，切換和調節蓄電池組的工作狀態：把多余的電能送往蓄電池組存儲或把蓄電池的電能送往負載，使其在充電、放電或浮充電等多種工況下交替運行，以保證整個發電系統工作的連續性和穩定性。
逆變系統由幾臺逆變器組成，把直流電轉換為交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善系統的供電質量。常見的逆變器有集中式、組串式兩種，其容量根據系統大小、分類不同而相異。
2、風光互補發電系統運行模式及分類
根據風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行
風力發電機組單獨向負載供電
光伏發電系統單獨向負載供電
風力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電。
目前，風光互補發電系統主要分為離網型和并網型兩種。
離網型即分布式風光互補發電系統，是中小型分布式風力發電和分布式光伏發電的綜合應用。該系統綜合應用了風能與太陽能，利用風、光在晝夜變化和季節變化上的互補性，很好地克服了季節、天氣等外在因素的制約，進而提高供電系統的穩定性和可靠性。目前，離網型風光互補儲能供電系統發展較快，且具有較廣的應用前景，如風光互補路燈等。
并網型即以適當等級電壓輸出，直接并入地方電網的系統，通常在較大規模風光互補項目中實現。該類型系統的開發建設受地域環境、風光資源、場址條件、用地情況及地方電網狀況等諸多因素限制，然而隨著我國對綠色能源的大力推廣和扶持，目前對于此類并網系統，政府實施了一系列鼓勵性政策，如上網電價補貼、設備購置費增值稅退稅、減免企業所得稅等。
3、風光互補發電系統優勢：
與單獨風力發電或光伏發電相比，風光互補發電系統有以下優點：
電能輸出比較穩定的，系統可靠性較高；
在保證同樣供電負荷的情況下，大大減少儲能蓄電池的容量；
通過合理地設計匹配，減少備用電源的啟動，可獲得更好的社會和經濟效益。
二、風光互補系統發展前景展望
我國在新能源領域起步較晚，近年來技術的進步和國家政策的支持推進了新能源產業的快速發展。
1、分布式風光互補發電系統
(1) 無電農村的生活、生產用電的應用
我國仍有5%左右的農村還未通電，而這些鄉村往往位于風能和太陽能資源較為豐富的偏遠地區。因此利用風光互補發電系統解決用電問題的潛力很大。采用已達到標準化的風光互補發電系統有利于提高村民的生活質量、改善當地生產水平，加速貧困地區的經濟發展。
(2)半導體室外照明的應用
基本原理是風能和太陽能以互補形式通過控制器向蓄電池智能化充電，根據光線強弱程度自動開啟或關閉照明燈具。智能化控制器具有無線傳感網絡通訊功能，可以和后臺計算機實現遙測、遙訊、遙控管理。室外照明工程主要包括：行車道路照明 (快速道/主干道/次干道/支路等)和區域道路照明工程(路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。
目前已被開發的新能源新光源室外照明工程有：風光互補led智能化路燈、風光互補led小區道路照明工程、風光互補led景觀照明工程、風光互補led智能化隧道照明工程、智能化led路燈等。
(3)監控攝像機電源中的應用
道路監控等監控攝像機采用風光互補發電系統作為電源，一方面節約了市電用電，另一方面不再需要敷設線纜，不僅環保，還能有效降低成本，減少維護和監管的工作量。
(4)通信基站中的應用
目前國內許多海島、山區等地遠離電網，用電負荷較小，在建立通信基站時存在諸多困難。利用太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源，即解決基站用電問題，又減少了架桿、敷線等高成本的供電線路投資。
(5)抽水蓄能電站中的應用
風光互補抽水蓄能電站將傳統的水能、風能、太陽能的開發模式相結合，利用三種能源在時空分布上的差異實現互補。其原理是將風能/太陽能轉化成的電能，不經蓄電池而直接帶動抽水機實現抽水蓄能，再通過儲存的水能實現穩定發電。適用于電網難以覆蓋地區，盡管其投資成本較普通水力發電工程高，但在環境保護、季節限制等方面具有較為明顯的優勢。
(6)其他
在氣象環保領域、石化領域、農林水利領域和國防等領域，在航標架設、通信基站建立等方面，風光互補系統均能得到推廣和應用，發揮重要作用
2、并網風光互補發電系統
國家能源局在《能源發展“十二五”規劃》中指出，要“加快發展風能等其他可再生能源”，明確 “十二五”時期能源資源開發重點：“大型風電基地：建設河北、蒙西、蒙東、吉林、甘肅、新疆、黑龍江以及山東沿海、江蘇沿海風電基地，到2015年，大型風電基地規模達到7900萬千瓦。太陽能電站：按照就近消納、有序開發的原則，重點在、內蒙古、甘肅、寧夏、青海、新疆、云南等太陽能資源豐富地區，利用沙漠、戈壁及無耕種價值的閑置土地，建設若干座大型光伏發電站，結合資源和電網條件，探索水光互補、風光互補的利用新模式?！?/p>
日前，國內最大風光互補沙漠并網示范電站――吐魯番100MW國家級示范電站，于2013年12月19日成功并網發電。該項目選址位于新疆天山南麓塔里木盆地北緣吐魯番盆地西部，處于“三十里風區”的下游，風能資源比較豐富，同時屬于我國日照資源二類地區，太陽能資源也較為豐富。鑒于風能和太陽能在季節上具有較強的互補性，春季風資源最豐富，也即風電春季出力最大，光伏發電則在夏季最大，夏、冬季基本上為新疆用電負荷高峰季節，風電和光伏發電的這種出力在季節上的特點可以互補單一電源在季節上的出力不均等問題。同時充分利用空間，實現地面和高空的合理利用，發揮風、光資源的互補優勢，實現兩種資源最大程度的整合；共用一套送變電設備，降低工程造價。將風力發電與太陽能發電技術加以綜合利用，從而構成一種互補的新型能源，將是本世紀能源結構中一個新的增長點。
大型風光互補并網示范電站的建成投運，為綠色能源的探索、開發、發展、創新提供了有利條件。其充分發揮資源優勢，極大豐富新能源開發的資源構成，增強新能源開發體系的資源輸出能力，提高系統穩定性。
結束語：風光互補發電系統作為利用風能和太陽能資源的互補性的一種新型能源發電系統，以其良好的經濟收益和社會效益，在工程實踐中得到了越來越廣泛的應用。隨著綠色清潔能源在能源產業中的占比不斷增加，風光互補發電系統必將扮演更加重要的角色。
