【摘要】盡管尋找新能源的工作已經有相當的歷史了，但是世界性的環境污染和能源短缺已經迫使人們更加努力的尋找和開發新能源。在尋找和開發新能源的過程中，人們很自然的把目光投向了各種可再生的替代能源。光伏發電就是其中之一。雖然光伏發電的實際應用存在著種種的局限，但是隨著光伏發電成本的降低和礦物發電成本的提高以及礦物能源的減少，總有一天光伏發電的成本將會與傳統發電成本相當。到時侯，光伏發電將逐步進入商業化階段。光伏并網發電形成規模后會對電網形成什么樣的影響是本文想要探討的問題。

一、光伏發電的基本原理

1. 太陽能光伏發電系統的組成

太陽能光伏發電系統主要由太陽能光伏電池組，光伏系統電池控制器，蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。其中的核心元件是光伏電池組和控制器。各部件在系統中的作用是：

光伏電池：光電轉換。

控制器：作用于整個系統的過程控制。光伏發電系統中使用的控制器類型很多，如2點式控制器，多路順序控制器、智能控制器、大功率跟蹤充電控制器等，我國目前使用的大都是簡單設計的控制器，智能型控制器僅用于通信系統和較大型的光伏電站。

蓄電池：蓄電池是光伏發電系統中的關鍵部件，用于存儲從光伏電池轉換來的電力。目前我國還沒有用于光伏系統的專用蓄電池，而是使用常規的鉛酸蓄電池。

交直流逆變器：由于它的功能是交直流轉換，因此這個部件最重要的指標是可靠性和轉換效率。并網逆變器采用最大功率跟蹤技術，最大限度地把光伏電池轉換的電能送入電網。

2. 太陽能光伏電池板

太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中，推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱(*)。也就是通常所說的光生伏特效應原理。目前光電轉換的效率，也就是光伏電池效率大約是單晶硅13%-15%，多晶硅11%-13%。目前最新的技術還包括光伏薄膜電池。

3. 太陽能光伏發電系統的分類

目前太陽能光伏發電系統大致可分為三類，離網光伏蓄電系統，光伏并網發電系統及前兩者混合系統。

A)離網光伏蓄電系統。這是一種常見的太陽能應用方式。在國內外應用已有若干年。系統比較簡單，而且適應性廣。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護困難而限制了使用范圍。

B)光伏并網發電系統，當用電負荷較大時，太陽能電力不足就向市電購電。而負荷較小時，或用不完電力時，就可將多余的電力賣給市電。在背靠電網的前提下，該系統省掉了蓄電池，從而擴張了使用的范圍和靈活性，并降低了造價。

C)A, B兩者混合系統，這是介于上述兩個方之間的系統。該方案有較強的適應性，例如可以根據電網的峰谷電價來調整自身的發電策略。但是其造價和運行成本較上述兩種方案高。

二、光伏發電的優點

進入70年代后，由于2次石油危機的影響，光伏發電在世界范圍內受到高度重視，發展非常迅速。從遠期看，光伏發電將以分散式電源進入電力市場，并部分取代常規能源。不論從近期和從近期看，光伏發電可以作為常規能源的補充，在解決特殊應用領域，如通信、信號電源，和邊遠無電地區民用生活用電需求方面，從環境保護及能源戰略上都具有重大的意義。光伏發電的優點充分體現在以下幾個方面

1. 充分的清潔性。 (如果采用蓄電池方案，要考慮對廢舊蓄電池的處理)

2. 絕對的安全性。 (并網電壓一般在220V以下)

3. 相對的廣泛性。

4. 確實的長壽命和免維護性。

5. 初步的實用性。

6. 資源的充足性及潛在的經濟性等。

三、光伏發電局限性

任何事物總是具有兩面性。目前有太多的文章介紹光伏發電的優點和優勢，這里有必要指出光伏發電的一些局限性。太陽能具有能量密度低,穩定性差的弱點,并受到地理分布、季節變化、晝夜交替等影響。光伏發電的局限性包括以下幾個方面：

1. 時間周期局限。由于光伏發電的條件是出太陽時，光伏發電設備才能正常工作發電。因此，白晝黑夜，一年當中春夏秋冬各個季節對光伏發電的負荷影響巨大。為了應付這個情況，電網不得不配備相應容量的發電機處于旋轉備用狀態。

2. 地理位置局限。光伏發電設備基本上只能依附建筑物安裝建設，也就是所謂的光伏屋頂就地供電。如果離開建筑物來建設光伏發電，將會大大增加成本或者破壞環境和生態。

3. 氣象條件局限。氣候對光伏發電影響。采用光伏并網發電無蓄電池方案時，如果一個城市上空的氣候大幅變化，將造成電力負荷的大幅波動;當一個城市上空的空氣質量比如空氣污染，或能見度變差比如霧天，陰天等都將使光伏發電在線或實時出力下降。

4. 容量傳輸局限。在解決了光伏發電的成本問題后，大功率，高電壓，遠距離從荒漠面積輸送電力到負荷中心，由于光伏發電沒有傳統電機的旋轉慣量，調速器及勵磁系統，將給交流電網帶來新的經濟和穩定問題。不論采用交流或是直流高電壓大功率遠距離從荒漠地區輸送電力，由于上述1，2，3的局限性將大大增加單位千瓦的輸送成本。下面將會討論這個問題。

5. 光能轉換效率偏低。和傳統能源(礦物能源，石油，水能，原子能，等)的轉換效率相比，光伏能量的轉換效率不能令人滿意。

四、光伏發電未來展望

我國光伏產業正以每年30%的速度增長。最近三年全球太陽能電池總產量平均年增長率高達49.8%以上。按照日本新能源計劃、歐盟可再生能源白皮書、美國光伏計劃等推算，2010年全球光伏發電并網裝機容量將達到15GW(1500萬千瓦，屆時仍不到全球發電總裝機容量的1%)，至2030年全球光伏發電裝機容量將達到300GW(屆時整個產業的產值有可能突破3000億美元)，至2040年光伏發電將達到全球發電總量的15%-20%。按此計劃推算，2010-2040年，光伏行業的復合增長率將高達25%以上(參看資料：15)。其中并網應用會有較大的發展，從而形成并網發電(約46%)、離網供電(約27%)和通訊機站(約21%) 3個主要應用領域(參看資料：16)。

太陽的能量對人類而言幾乎是無限的，但是實際上，在地球上能夠獲取太陽能資源的資源是有限的。并不象有些文章中所說的那樣巨大。例如，當我們在在屋頂安裝太陽能熱水器時，就失去了安裝太陽能電池的機會。除建筑物和荒漠外，在其他地點建設太陽能電池板群將是不現實和得不償失。這不僅僅是因為成本巨大的原因，問題是顯而易見的，主要的問題是離開建筑物和荒漠來建設光伏發電站將破壞環境和生態，你會發現在太陽能電池板下面將寸草不生。

總之，節能降耗是人類的一個永恒話題。從某種意義上講，淘汰舊技術和產品的同時，也就浪費掉了當初生產這些技術和產品的能源。出國考察的人往往會發現，西方發達國家有些場合還在使用20-30年代的產品和設備，他們并非要保護“古跡”，某種意義上講是在節約能源。新舊產品和技術的換代是要以耗費能源為代價的，過快的產品更新換代，將加快能源的消耗。當然，這里需要有一個總體的經濟指標來判斷能耗。我們是否應該考慮節約“used能源”的問題?(**)

另一方面，任何先進的技術，進入商業使用的必要條件是價格能為市場所接受。如果使用成本太高，再好的技術必將只能停留在試驗室中或者示范工程階段。