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光伏发电的基本原理范文1
关键词：微网；燃料电池；管理模型
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.065
0 引言
能源是人类生存及发展基础。人类对能源的需求大幅增长，现如今能源危机威胁着人类的经济发展，大量煤电、火电等能源的使用产生大量的二氧化碳，导致温室效应，人类的生存环境受到威胁，纷纷转向可持续发展能源战略规划，开发利用分布式发电能源。新能源发电接入传统电力系统并达到规模应用，对于缓解能源紧张和抑制环境污染必将产生积极的意义。分布式电源指的是利用可再生能源独立发电的小型发电系统，包括风能、太阳能、小水电和燃气轮机等。光伏发电具有间歇性和不稳定性（季节性、时段性、瞬时突变性）特点，该特点会对大电网造成冲击。文献[1]风光互补发电系统在并网和独立运行下的能量供需平衡的检测和对电网的影响，蓄电池的充放电管理和市电、负载的控制要求。
1 微网的运行策略
微网的运行具有不稳定性，其不同于传统电网发电单元，微网能提高电网的供电可靠性、降低线路网损和环境污染，是配电网的有益补充[2]。
微网既可以孤岛运行，也可以与外部电网并网运行，微网在与电网并网运行，能量双向运行，其在不用的运行模式下需要采用不同的能量控制策略。
在离网运行中，当光伏微网的发电量大于负荷的需求，采用先给储能单元充电的等方式，储能的电量达到设定的需求，则根据时时电价将发电成本高的发电设备停止，保证光伏电网内部的正常运行。
当微网的时时发电量小于负荷的需求时，储能设备的高于设定值，则采用储能单元先放电，当储能单元低于设定值，启动报价高的分布式电源进行时时的供电。
当微网的发电量与负荷需求持平时，储能单元低于设定值，优先保证给储能单元充电。如果高于设定值，则根据电网报价，关闭运行成本高的发电设备。
2 微网能量管理模型
2.1 光伏电池能量管理模型
光伏电池的输出功率收到太阳照度，温度、太阳能电池板的倾斜度等问题的决定，在不同的情况下输出的功率也不相同，经过经验的总结，得到太阳能电池板的输出功率由如下公式表达[3]：
3 结论
与传统的大容量火力发电相比，微网与配电网之间存在能量的双向流动，本文主要分析了微网能量管理的基本原理和策略，从微网的可靠性和经济性考虑分布式电源的能量管理。能量平衡控制的基本原理及并网和独立运行模式下能量管理的基本策略。根据发电单元和储能单元的稳态特性，建立了发电单元和储能单元的能量管理模型。
参考文献：
[1]昝宝亮.风光互补发电系统的MPPT控制及能量管理研究[J].电子科技大学硕士论文，3-5.
光伏发电的基本原理范文2
【关键词】大容量 光伏发电 光伏电站 光伏设备
当前，我国大多数的大型并网光伏还处于试运行阶段，还没有统一的接入标准和设计规范，对并网光伏系统的规范化生产以及光伏电站的规范化管理都有一定的影响。另外，由于光伏电站的规划建设没有充分考虑对电网交互产生的影响，大容量光伏并网系统对电力系统的稳定性和安全性也有了更高的要求。大容量光伏电站在运行过程中需要认真分析光伏发电对电网稳定性造成的影响，为了促进大容量并网光伏发电的开展，除了要升级逆变器以外，还要更加深入的研究大容量光伏发电对电网稳定性、安全性造成的影响。
1 大容量光伏并发发电的基本原理及特点
1.1 发电的基本原理
太阳能光伏发电是以光伏效应为基础，通过使用太阳能电池板对光子产生的电动势进行吸收和利用达到发电的目的。太阳能光伏阵列产生的直流电利用电子转换装置进行转换成可以满足电网使用的交流电后直接利用变压器接入到电网中。而大容量光伏电站一般都达到了兆瓦级别，通过利用集群控制方案来实现逆变器并联运行，并利用特定的中央控制中心对光伏电站的各个子系统进行指挥和写作，运行情况不同，变压器和逆变器的投运方案也不一致，可以有效解决日照率比较低的情况下变换效率问题，提升系统的可靠性，如图1所示。大容量光伏发电集群控制方案是使用多个逆变器共用光伏阵列直流母线排，根据光照情况，投入相应数量的逆变器，进而解决日照率低时变换效率方面的问题，而且由于逆变器是替换工作的，当某台逆变器进行检修或者出现故障后不会对整个系统造成影响。
1.2 大容量光伏发电的特点
太阳能作为可再生资源，受太阳光照、环境温度、天气因素的影响，太阳能光伏发电具有比较大的波动性，光伏发电并网逆变器容易产生三相电流不平衡、谐波、输出功率不确定性等，很容易导致电网电压出现闪变或波动，因此要为电网配置相应的质量治理装置。另外，电网质量不稳定会导致电压隆起、电压凹陷等情况，这些情况也会对变换器的正常运行造成影响。大量光伏电源连入到电网后，需要安装保护装置和自动化装置，而对于光伏电源造成的非常孤岛问题需要按照反孤岛保护设备。
集中式和分布式作为大容量光伏并网的主要发展方向，其中分布式太阳能光伏电站主要是就近对用户的相关问题进行解决，并利用并网达到供电差额的外送和补偿，可以降低电路损耗。通过微电网和智能电网的有效连接，在运行条件下可以单独运行，但是这种方式配电网潮流方向会随时变化，逆潮流会使所有的保护都重新进行设定，无功调节和电压调节难度增加，对通讯和二次设备也有了更高的要求，系统也更加的复杂化。
而集中式光伏电站主要是对一些比较稳定的太阳能资源进行利用，将产生的电能连入到高压输系统并进行远距离负荷的供应。光伏电站的控制灵活性和稳定性好，更容易调整电网频率，运行过程中不需要燃煤运输、水源等资源，具有比较强的环境适应能力，运行成本低，扩容方便；但是这种方式需要依靠长距离的输电线路送入到电网中会出现电压跌落、电能损耗、无功补偿等问题。同时由于大容量光伏电站需要利用多个变换装置进行组合后实现的，需要统一对设备进行管理，对技术要求比较高。
2 大容量光伏发电关键技术
2.1 大容量光伏设备的关键技术
电网和光伏电站主要是利用逆变器联通的，因此要求逆变器具有可拓展通信功能、可以对无功和有功进行控制、可以降低有功变化率、实现谐波补偿等，技术上要求逆变器具电压等级更高、单体容量更大、电能输出质量更稳定、抗干扰能力更强，并具有可以达到智能电网要求的网源互动技术。在进行并网控制的过程中需要电网电压信号锁定技术更加的精确、快速，可以防止大功率并网时不对称运行情况下和电压采样波动情况下精确锁相。孤岛检测技术要求具有更好的抗干扰能力。集中式光伏电站要在变换器控制的基础上实现低电压穿越，孤岛指令和检测利用输变电系统级别能量进行管理实现；分布式光伏电站要通过控制达到孤岛检测的目的，利用基于配电网的能力管理系统来发出低电压穿越信号指令。
另外，大容量多级协作对群控技术依赖程度比较高，同时需要解决大面积组件增加、群控硬件成本增加、MPPT并联所产生的~外串并联损耗问题；对分布式系统进行电网调度时还需要在管理系统的基础上实现多机协作、实时通信。
2.2 光伏电站关键技术
一般情况下，在有功输出方面要求光伏并网发电可以发出更多的电能，因此如何实现最大功率点的跟踪是一项比较重要的技术。由于最大功率点跟踪对跟踪的准确性、快速性和稳定性要求比较高，常用的电导增量法、干扰观测法、恒定电压法等还无法实现有功输出的可调节性，有功调节技术必须要利用储能设备来实现。但是由于储能设备容量比较小，并且价格昂贵，不能做到实时补偿，储能作用也受到了比较大的影响。此外，由于储能需要花费时间，无法达到实时补偿的目的，在一定程度上对储能作用造成了限制。
光伏发电和风电接入一样，当光伏装机容量增加后，系统的稳定性也会受到影响。实践证明，当系统因短路导致电压跌落后，可再生能源发电机会持续和电网连接，可以帮助电网恢复，而将一个Buck电路接入到变换器直流母排，可以对功率进行消耗并防止直流母排电压过大。如果直流母排电压变大，光伏阵列出力会随之降低，可以更好的实现低电压穿越。
3 大容量光伏发电对并网的影响
3.1 对电网运行造成的影响
（1）光伏电站电压控制可以帮助系统实现电压；
（2）光伏发电提供的系统惯量比较小，而系统惯量的减少程度会对高比重光伏的稳定性造成影响；
（3）接纳方式方面，停运常规机组的危险性更大，大机组的停运会使系统惯量减少并进一步破坏系统的稳定性。为了提高系统协作灵活性需要常规机组增设旋转备用。
（4）低压电穿越功能会改善电网回复特性；
（5）光伏有助于调系统向上偏移；
因此，接入大容量光伏发电的电网要严格按照规定要求进行运行，并充分利用发电预测技术、天气预报技术以及能源调度平台对运行进行控制，如图2所示。
3.2 对配电网造成的影响
（1）电压调节的影响。光伏渗透率达到一定值后出力特征会产生变化，馈线潮流也会随之产生变化，甚至还会有一些逆潮流进入到输电网中会对馈线电压调节设备的运行造成影响。而出现潮流到送的情况是变电站和光伏电源之间会产生一个电压降的变化，此时可以通过对变压器的调压开关进行调节后修正。
（2）保护整定和短路电流。光伏逆变器主要是用于控制电流源的，如果有短路故障出现需要立即切除保护逆变器，所以常规机组逆变器短路电流并不会影响电网的稳定性。二次保护整定主要是因为和变压器连接的逆变器会产生接地回路，另外潮流的变化对导致电压分布发生变化，对零序电流造成影响。
（3）产生接地电源，由于变压器连接的方法不同，变压器和逆变器之间有可能会产生接地回路，会对零序电流造成影响。此外，当单相接地出现故障后会导致末短路相的对地电压。
4 结论
综上所述，大容量光伏发电接入要求具有无功和有功的输出作用并可以在电网出现异常后发挥支撑的效果。在光伏发电方面，为了提高电网运行的稳定性和可靠性需要接入高效率、大容量、高可靠性的光伏设备，只有这样才可以创造更高效的绿色能源。
参考文献
[1]徐桢.光伏并网发电对电网系统负面影响[J].中国科技信息，2014（23）：47-48.
[2]诸荣耀，沈道军，罗易.光伏并网发电系统的关键技术分析[J].科技创新与应用，2015（22）：186-186.
[3]周到，许弟春，刘杰.加强标准化建设促进光伏并网发电产业发展[J].能源与节能，2012（02）：29-31.
作者简介
要金磊（1984-），男，北京市人。大学本科学历。现为北京科诺伟业科技股份有限公司工程师。从事光伏系统集成工作。
光伏发电的基本原理范文3
【关键词】太阳能；光伏发电；发展前景
前言
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生绿色能源，不产生任何的环境污染。我国76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀；与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠（图1）。进入21世纪，中国光伏行业逐渐发展起来，中国具有如无锡尚德、江西LDK、常州天合、天威英丽、浙江昱辉等一批世界级光伏企业以及世界最大的太阳能光伏制造基地，但是由于成本较高，中国95%的太阳能产品只能出口到发达国家。近年来，在国家大力倡导发展新型能源的大背景下，大阳能光电研发是近些年来发展最快、最具潜力的研究领域，随着成本问题将逐步解决，加之国家政策支持，中国太阳能市场将变得很大。
图1 能源消费组成展望图
1、光伏发电的基本原理以及优势
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。在阳光照射下，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”，而这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护就可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器和逆变器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏发电作为新型能源与常用的火力发电系统相比，具有以下优势：
a）无枯竭危险。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80×104kW，如果把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍；
b）安全环保，无噪声，无公害。由于光伏电路是利用光能和电能之间的转化，故其无污染物的排放；
c）采集太阳能的地点的地理位置要求不高，不受资源分布地域的限制。太阳能电池板只要能接受光照就能产生电能，所以可以安装在屋顶或者是始终能接受到光照的墙壁，充分利用空间资源；
d）可靠稳定寿命长，安装维护简便，适用范围广，就算一般家庭也可以利用太阳能发电。
2太阳能光伏产业应用现状
1）在各国政府对再生资源的重视和大力支持下太阳能光伏产业得到了快速的发展，2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。
图2 光伏产业的发展
其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。
2）太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%～24%，是目前普遍使用的光伏发电材料。但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术也成熟，但光电转换效率相对较低，多晶硅光电池的转换效率最高才达18.6%，与单晶硅相比多晶硅的转换效率少多了；而薄膜电池是一种可粘接的薄膜，有以下优势：①生产成本低，所以可以大批量生产；②发光效率更好地利用太阳能，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场，但现在只占市场的9.3%，随着薄膜光伏电池技术不断进步，薄膜光伏电池的市场份额将快速增长相对而言有更大的发展空间，未来薄膜电池会有更好的发展前景。
表1 市场份额分析
在2000年以前中国的电力供应不是很紧张，2001年以后，在中国经济高速发展下，电力需求以每年超过20%的速度在增长，2003年在全国出现电力供远远少于求的严重现象，电力供应的紧张情况在以后的一段时间内很难缓解。可再生能源得到了中国政府的重视，在中国政府大力支持下已形成了完整的太阳能光伏产业链。截至2010年底，我国光伏发电装机规模达到60万千瓦，光伏新增并网容量为21.16万千瓦，累计并网容量为24万千瓦，较上年的2.5万千瓦，增长了960%。从产业布局上来看，国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、浙江昱辉等一批知名企业。2011年中国多晶硅产量达到7.8万吨，占全球比重约33%；国内产能结构中，成本低于35美元/千克的企业不足十家，约9.5万吨，其他40余家中小企业总产能近5万吨。
3、太阳能发展趋势
光伏发电的基本原理范文4
纵管整个光伏发电站，其在建设规模或者是建设速度上都取得了巨大的发展。究其根本原因，离不开光伏发电技术的进步。现阶段的主要矛盾就是我国现有的能源满足不了日益增长的用电需求。因此根据这一个情况建立了分布式光伏电站的并网运行工程，它在一定程度上缓解了这种矛盾。下面主要对其在建设和运行期间出现的问题进行针对性的分析说明。
关键词：
光伏发电；并网；问题；应用
现阶段，我国的能源问题越来越短缺。但是在这种情势下，利用太阳能来发电的思路就得到了广泛的认同，而且太阳能产生的能量是可再生资源，并且清洁环保不会对环境造成污染。通过数据表明，我国在一年当中可以将太阳能存储量的最大值能达到2300kW•h/m2单位以上，由此可见我国的太阳能资源是十分丰富的，也通过这些数据可以看到太阳能发电的巨大发展空间。自1970年开始，我国着手对光伏发电问题进行初步探索，经过20多年的时间取得了阶段性的胜利成果，使得光伏发电已经具备了基本的运行模式，但是不代表发展就此止步了，在科学技术的大力推动和支持下，光伏发电仍具有巨大的发展空间和实用价值。这种新型能源的兴起，引起了国家的高度重视，给予了技术和资金上的支持保证其发展能够健康快速。本文主要介绍分布的并网发电工程就是以光伏电站作为基础，只有利用该工程才能实现对电力系统的有力支持。下面我们对该工程中出现的一些问题进行针对性的分析说明。
1谐波问题
在分布式光伏电站并网工程中，逆变器起到载体的作用，它的质量的好坏对电能质量产生了很大程度上的影响。同时，要想保证其能够良好运行离不开大量电力电子元件的共同作用。通过逆变器的作用，实现了交直流转化，但是也不可避免的产生了谐波问题。像供电网络现行标准、配电系统供电类型等等都会对光伏并网电站中的谐波电流及电压的实际取值造成影响。
2短路比问题
不论是对弱电运行系统还是分布式光伏电站的并网工程来说，逆变器都能起到调节作用，但是带来的影响是不一样的。对前者来说，逆变器的这种性能反而会增加电力系统对暂态电压稳定性的影响；而对于后者来说逆变器装置却起到了快速的调节性能。根据相关理论要想实现分布式光伏电站的并网工程可以稳定高效的运行，要对运行期间可能对电压造成影响的因素进行最大化的控制，将这种波动影响降到最低。在《城市电力网规划设计导则》中，对并网工程的短路比做出了具体的规定，确保只要将接入点的短路电流与分布式电源的额定电流的比值大于10.0单位就可以。
3孤岛问题
光伏发电站通过借鉴吸收分布式电源的一些基本原理，要想实现其并网运行的功能，离不开并网逆变装置的载体作用。所以说在这个环节中对并网运行的功能提供有力保障是非常有必要的，为此我们可以对其进行防孤岛效应保护模式来实现并网的安全可靠运行。所谓孤岛效应主要是说，光伏系统在电力系统运行时尽管受到失压作用，但是电网中的一些线路仍然能在这种条件下进行工作。换一种角度来说就是，在电力系统供电作业时，可能会由于大电网停电或者其他故障因素的影响致使线路出现了跳闸现象。在这种状态下，光伏发电站工程为了保障自身的安全，切断了与整体供电网络的连接，使自身不论对哪种供电系统来说均不能提供电能，这就是通常所说的孤岛现象。孤岛效应不论是对分布式光伏电站的建设环节或者是后期的运行期间都会带来严重的损失。比如说，其一，并网工程一旦产生孤岛效应就会使得电网一直工作在负载状态下，对工作人员或者周围的人员造成了生命威胁；其二，并网工程一旦产生孤岛效应就失去大电网的环境保障作用，使得用电设备遭受损失；其三，当恢复电网正常工作时会出现相位不同步的现象，在一定程度上又加大了电流冲击问题。对并网工程进行孤岛效应处理时，可以从主动的保护模式或者是被动的保护模式两方面综合考虑。主动的防孤岛保护模式主要是一旦发现该工程中的逆变器有功率输出就进行干扰作用，像无功功率变动保护模式、有功功率变动保护模式等都是一些常见的手段；而被动的防孤岛保护模式主要对输出的状态进行保护，并且尽量的不影响输出特性，在这种方法中常用的手段有频率变化率保护模式、电压相位跳动保护模式等。不论是上面提到的哪种保护模式都有各自的有点和缺点，所以在进行实际工作时，还要结合具体的工作环境进行分析。同时，对并网工程本身来说，需要建立起属于自己的保护模式，从而能在电网失压情况发生时，及时采取应对方法，保障大电网的安全运行。
4结语
这种将分布式光伏电站作为基础的并网工程与传统的离网光伏蓄电系统比较而言：可以最大限度的将太阳能转换成电能，并且还能够与其他的高等级电网系统在空旷地区实现有效连接，实现了对资源科学合理的运用。希望本文在分布式光伏电站并网工程中对一些问题的针对性分析，能够对发电工程的建设有所启发。
参考文献：
[1]王秀丽,武泽辰,曲翀.光伏发电系统可靠性分析及其置信容量计算[J].中国电机工程学报,2014,01:15-21.
[2]陈波.分布式光伏电站并网的工程应用思路探讨[J].中国电力教育,2014,12:222-223.
[3]罗凤章,米肇丰,王成山,方陈,李登武,刘莉.并网光伏发电工程的低碳综合效益分析模型[J].电力系统自动化,2014,17:163-169.
光伏发电的基本原理范文5
摘要：
分布式光伏发电在当前新能源发电中占有重要地位。由于分布式光伏用户的源、荷双重属性，使得现行供电成本分摊方法面临困难。特别在光伏渗透率不断提高前提下，原有激励力度较大的定价方式与补贴政策中存在的弊端日益显现。对此，在介绍分布式光伏发展的基础上，对国内外分布式光伏发电定价方法进行归纳总结，并分析了各方法的优缺点，进一步分别从用户与电网角度阐述了当前光伏定价中存在的问题。在综述上述问题解决方法基础上，对其提出相应的改进与建议，为分布式光伏的持续健康发展提供支持。
关键词：
分布式光伏；定价机制；成本分摊
1分布式光伏的发展概况
面对传统化石能源无法再生、环境污染加剧、世界能源日益紧张的格局，可再生能源利用成为社会的关注焦点。作为取之不尽、用之不竭的可再生能源，太阳能发电以其充分的清洁性、绝对的安全性、供应的可靠性、资源的充足性、巨大的经济性以及稳定的使用寿命与免维护性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。光伏发电技术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，已成为世界上发展最快的新能源发电技术之一。虽然高成本目前仍是制约光伏发电发展的主要障碍［1］，但技术进步带来成本下降的趋势较为明显，光伏发电正在日益普及。分布式光伏通常是指利用太阳能发电，发电功率在几千瓦至数十兆瓦的小型模块化、分散式，布置在用户附近的、就地消纳、非外送型的发电单元。国家电网公司的《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》［2］中定义分布式光伏为位于用户附近、所发电能就地利用、以10kV及以下电压等级接入配电网且单个并网点总装机容量不超过6MW的光伏发电项目。根据测算，该范围能涵盖所有的屋顶和光电建筑一体化项目。全球光伏发电项目发展迅速。2011年底全球光伏装机容量约为70GW，截至2015年末则达到227GW，预计2016年全球新增光伏装机可达48～52GW；2011—2015年平均年增长率56.1%，预计2016年年增长率为22.0%［3］。根据24个国际能源署光伏技术工作组参加国的统计数据，全球分布式光伏发电装机量前五的国家分别为德国、日本、美国、意大利、法国。到2010年底，分布式系统的累计装机容量约有23.4GW，占光伏累计装机容量的66.8%。其中，德国分布式光伏发电系统在光伏系统中的占有率为86.6%，日本为97%，美国为68.2%［4］。预计到2020年全球分布式光伏装机容量将达到60GW［5］。我国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，目前已成为世界上光伏装机容量最大的国家。《太阳能发电发展“十二五”规划》［6］指明了我国光伏发展的方向，其中明确提出将分布式光伏作为未来国内光伏市场应用的重要领域。截至2015年，我国光伏装机容量及分布式光伏占比的发展情况见图1，可见分布式光伏占比有上升趋势。配合积极稳定的政策扶持，预计到2020年我国光伏安装量有望达150GW，年发电量可达1700亿kWh；分布式光伏装机达70GW，约占太阳能发电总装机量的46%［7］。
2分布式光伏定价及补贴政策
2.1定价方法
一般而言，综合成本法是电价制定的常用方法，它采用以一定规则对未来给定电价计算期内供电总成本进行分摊的方式来定价。例如：美国大部分居民、商业和工业终端用户的零售电价通常采用三部制进行成本计算与分摊：基本用户费用（美元/户）、电量费用（美元/kWh）、容量费用（美元/kW）。其中，基本用户费用包含测量、计费和其他行政工作的成本，它通常采用每户每月缴纳固定费用的形式；电量费用体现供电企业向发电企业购电的成本，有时也会考虑其他成本，如：辅助服务或者传输电能的成本；确定容量费用的基本原则为回收电力系统在发电容量、输电、配电基础设施上的投资。这样的定价方式准确、全面地反映了发电、输电、配电、用电的成本，并进行了合理的分摊。边际成本法是另一种电力市场中常用的定价方法，它是通过生产的微增所产生的成本微增来定价。在竞争的市场中，采用边际成本法可获得最大的社会效益，并能正确反映电能的未来价值，给予用户正确的用电信号。以此为基础，为引导用户改变电力消费的固有模式，提高电力系统运行的效率和可靠性，电力市场中常采用峰谷分时电价（TOU）、实时电价（RTP）、阶梯电价（LEP）、尖峰电价（CPP）［8］等，激励用户参与需求侧响应。上述定价的基本原理在分布式光伏定价中同样适用。
2.1.1光伏净能量计量法
净能量计量法是分布式光伏发电最常见的补偿形式。电网以光伏用户在用电终端节点流入和流出的净功率为依据给予光伏发电补偿。目前美国46个州以及哥伦比亚特区均采取或曾经采用过净能量计量法。这种“能够简单理解和实现”的方法允许具有分布式发电资源的用户以零售电价被补偿［9］。同时，根据不同地区的具体情况，监管者还提供了电价政策的不同选择。例如：在净计量的补偿机制下，结合实际情况，制定不同分级模式的平稳阶梯电价、分时阶梯电价以及实时电价等。
2.1.2太阳能价值定价
太阳能价值电价以分布式光伏发电提供给电力公司的实际价值为原则定价。2012年，美国奥斯汀能源成为第一个用太阳能价值电价法替代净能量计量法的电力公司［10］。2014年，明尼苏达州第一个实现全州推行VOST政策［11］。奥斯汀和明尼苏达州都采用了一种25年期的平均成本电价，其中包括环境影响、对电网及社会的影响等价值因素，而不再基于零售电价计算。换句话说，与NEM不同，VOST考虑并评估光伏发电对电力公司的全生命周期经济价值。VOST是一种新出现的概念，基于价值的分布式发电定价原理的研究正在兴起。文献［12］提出了一种考虑系统成本、金融问题、生命周期和贷款期限等假设的平准化发电成本法（levelizedcostofelectricity,LCOE），评估了光伏技术、融资利率、太阳能资源等不同条件下的全生命周期内的光伏发电度电成本，并进行了技术和经济上的灵敏度分析。这为准确计算光伏发电成本提供了思路，可以为确定太阳能发电的实际价值提供参考，有利于更好地制定分布式光伏定价政策，促进其健康发展。
2.2国外光伏发电补贴政策
各国补贴政策多与本国的具体情况相结合，各有不同特点［13］。德国的光资源条件较差，光伏发电的年利用小时数不超过900h，光伏发电还受土地使用、电网结构等各方面的限制，然而通过补贴政策的实施，德国成为全世界光伏发电应用最成功的国家之一。截至2011年底，德国光伏发电总装机容量达到2470万kW，其中分布式光伏发电系统容量占比近80%，主要应用形式为屋顶光伏发电系统，单个发电系统平均容量仅为20kW。德国光伏发电补贴政策采用差异性、逐年递减的固定上网电价。日本鼓励小容量的光伏发电系统，而不鼓励大容量的光伏发电系统。2009年1月重新启动的住宅光伏补贴政策为7万日元/kW，预算额达209.5亿日元，但同时要求装机容量需小于10kW。而且，如果要享受政策必须达到一定的效率水平，需要获得JET证书和质量保证书，且安装成本需低于70万日元/kW。日本将10kW以上的太阳能发电电价定为42日元/kWh，收购期为20年。美国的补贴政策主要有2种：一种是税收抵免政策，还有一种是直接的现金奖励。居民或企业法人在住宅和商用建筑屋顶安装光伏系统发电所获收益，可享受投资税减免，减免额相当于系统安装成本的30%。消费者购买或安装特定光伏发电产品，每户家庭可获得最高500美元的抵税额。而直接现金奖励则包括部分退款、津贴和系统性能奖励。
2.3我国光伏定价方式及补贴政策
我国居民零售电价是考虑综合成本均摊的一部制电价。对于分布式光伏，倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用，因此常采用“自发自用、余量上网”的运营模式。我国的分布式光伏系统以工商业设施和公共设施上的并网系统为主，截至2012年底,我国累计光伏装机容量为7GW，其中分布式光伏系统累计装机容量为2.5GW，占比36.4%（主要为“金太阳”补贴项目）［14］。在分布式光伏系统补贴政策方面，主要有“金太阳示范工程”和“光伏建筑一体化示范工程”［15］。这2种政策的补贴方式是国家对于分布式光伏项目进行初始投资补贴，这种补贴方式有效的推动了分布式光伏系统的发展，但是这种补贴方式导致了企业为补贴而建设，大量分布式光伏系统质量和发电量均不能达到基本的设计要求。为引导分布式光伏系统健康发展,国家发展改革委于2013年8月30日出台了《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》（发改价格［2013］1638号）［16］。通知明确，对分布式光伏发电项目，实行按照发电量进行电价补贴的政策，补贴标准为0.42元/kWh，而分布式光伏的反送电量按照当地脱硫电价收购，价格补贴期限原则上为20年。通过补贴方式的变化，运用价格杠杆来促进分布式光伏发电的健康发展。
3当前分布式光伏定价中存在的问题
3.1对分布式光伏用户的影响
一些研究评估了不同电价机制下安装太阳能发电设备用户的经济效益变化。文献［17］以加利福尼亚州PG&G和SCE电网公司的实际数据为案例进行评估，在结合零售电价的净计量政策下，讨论用户分别选择分时电价与统售电价的总电费节约，这些电费节约包括太阳能发电对同时期电量消费的抵消以及每小时富余光伏发电以零售电价所获的补偿。同时，对其他有潜在补偿作用的电价结构的影响也做了分析，包括基于市场电价分时修正的固定电价、小时市场电价、月平均市场电价等。其中，市场电价（MarketPriceReferent，MPR）采用基于联合循环燃气轮机，考虑运行和固定成本的长期市场批发电价。研究显示，净计量电价制度下用户电费节约最大，而3种替代电价制度中月平均市场电价法的用户收益相对最高，且随光伏出力占峰荷的比重变化而变化。文献［18］在相同案例基础上计算了针对光伏用户的强制性分时电价是否会导致其电费变化。该研究表明，在一定定价水平上，强制性的分时电价比统售电价可为光伏用户节约更多电费，并可能对高消费水平的用户更为有利。类似地，有研究指出分时的净计量电价或者实时电价可以提高光伏发电给用户带来的价值［19—20］。从以上研究可以看出，短期内通过多样的高收益的补贴政策可以带来用户的电费节约，在初期为培育分布式光伏市场发展提供有效帮助；而从长远角度看，分布式光伏用户的PV规模、用电量等都会影响补贴效果的实现，因此用户电费节约存在不确定性，这为评估电价机制的实施效果带来了复杂性，也对光伏电价制定造成不利影响。
3.2对电网及负荷服务公司的影响
随着光伏发电在大电网中的渗透率越来越高，当前分布式光伏定价模式的弊端愈加明显。具体表现为，常用的净能量计量法是一种将电网发电、输电、配电成本捆绑到一起的“每千瓦时”电价，而光伏用户提供电能，但避免了发电、输电和配电成本，太阳能用户这种从用电到发电身份的改变，就造成了一定的成本转移，对电网企业和其他电力用户造成了不公平的对待，从长远来看，不利于电力企业的发展和电力能源结构的改良。以江苏省电力公司为例的一项测算，发现电网公司在分布式光伏并网接入、系统改造、系统备用、电量销售等费用方面损失巨大［21］。文献［22］分析了结合分时电价和尖峰电价的净计量法作用下分布式光伏对负荷服务公司效益的影响。研究表明，在分布式光伏达年峰荷10%的规模下，负荷服务公司在电量电价部分基本收支相抵，而在容量电价和输电部分分别有63%和42%的收入损失，从而造成巨大财务困难。爱迪生电力2013年的一项报告中着重指出了逐步提升的光伏发电渗透率对企业带来的破坏性的经济挑战，即下滑的收入、不断增长的成本以及越来越低的盈利［23］。因此，随着分布式光伏渗透率的不断提高，原有定价模式中的交叉补贴难以实现，新的定价模式有待重新探讨。
4光伏发电定价方法研究及相关建议
4.1光伏发电定价方法
为促进光伏发展，维护光伏用户的利益，可以采用鼓励用户主动参与需求侧响应的方式，从而减少用户电费，增加收益。文献［24］通过鲁棒优化技术建模电价的不确定性变化，描述了一个给定用户以每小时负荷水平响应每小时电价变化的优化模型，从而最小化用户电费。文献［25］提出了一项基于马尔可夫决策理论的优化控制策略来使用户电费最小化。文献［26］使用随机规划和鲁棒优化最小化居民电费。这些方法从用户角度出发，运用自主的需求侧响应策略，均能够增加光伏用户的收益。与此同时，为保证负荷服务公司的利益不受损害，文献［22］呼吁容量电价不应该仅仅基于用户每月用电峰值功率，还应该考虑每小时用户需求与负荷服务公司供电特性的一致性。在光伏渗透率越来越高的状况下，分布式光伏定价方式的改变成为必然。2013年，美国亚利桑那州开始执行每月向太阳能用户增收0.7美元/kW额外费用的政策［27］；在俄克拉荷马州，《参议院法案1456》允许电力公司通过州委员会的管制制定一种部分解耦的价格，向有分布式发电的用户收取更高的容量电价，并且指导电力公司创建新的用户（和电价）分级用于对安装分布式发电的用户更好地分配固定费用［28］。明尼苏达州虽然保持零售价格不变，但允许电力公司实施州内支持的太阳能电价VOST来认可光伏发电生产的价值。在明尼苏达方法下，用户以零售电价从电力公司购买他们所有的电力消费，同时以25年保持不变的VOST价格售卖他们所有的光伏发电。这样可以有效地解耦消费和生产的价格。这种方法的益处在于：如果VOST是基于光伏发电提供给电力公司的实际经济价值确定的，那么电力公司就不会有供电成本无法回收的危险并且可以中立地向用户或其他渠道购买光伏发电能源。然而，因为明尼苏达州VOST是一种均化的价值，在求取这一价值时所做的经济假设如果不正确，则可能导致错误结果。因此，文献［9］中提出一种体现分布式光伏发电对电网实际价值的加权太阳能电价。该模型引入反映光伏实际价值的权重系数矩阵，在一定的渗透率下，以对应零售电价中电量、容量、用户3部分价格的恢复权重矩阵为决策变量，在用户电费变化幅度限制、政策要求等约束条件下最小化光伏引入后电网的损失，从而得到能够随光伏渗透率变化进行调整的太阳能电价。优化后发现，随着光伏渗透率增大，为保证电网效益不受损失，需要提高太阳能电价中容量部分的比重，进而逐步降低“每千瓦时”的太阳能电价。该加权的太阳能电价方法能有效缓解光伏渗透率增大给电网带来的经济压力，然而其在确定分布式光伏实际价值权重时，考虑的是固定的全年平均价值权重，而分布式光伏的波动性使得均化的权重指标不能准确反映分布式光伏的实际价值。因此，该方法有待进一步改进。
4.2改进与建议
加权的太阳能电价在原有电价基础上引入分布式光伏价值权重。该方法通过优化三部制价格系数改变了现有的成本分摊模式，不失为一种有效解决方法。但由于引入的光伏价值权重系数为固定的年均值，因此较为粗略，可以利用微分等数学方法将系数计算的时间尺度精细化，以更准确地反映光伏发电的实际价值。分布式光伏对电网运行的影响与电网运行状况密切相关。为更精确地确定分布式光伏的成本与效益，应对光伏出力与电网负荷的共同作用所造成的电网实时潮流变化予以分析。图2为光伏发电出力与用电负荷关系。其中，第①部分为光伏发电上网电量，第②部分为用户的用电量，光伏发电作为电源，第③部分为用户的用电量，公共配电网作为电源。结合光伏出力与负荷曲线的匹配关系，为了提高整个电网的调度效率，建议采用就地消纳的形式，富余上网电量的定价应以光伏发电对电网的实际价值为标准，采用VOST方法，准确的VOST应由分布式光伏给电网、社会、环境带来的实际价值决定；而以公共配电网作为电源的用电量定价应在零售电价的基础上考虑光伏加入后配电网调度成本的变化。
5结语
随着技术的发展，分布式光伏的预测愈加准确，配电侧调度和监测交互技术愈加成熟，通过分析电网运行成本的变化，准确确定光伏电价构成的基本要素及其所占比重，使实时定价成为可能，在此基础上形成公平合理的新定价方式。目前的需求响应研究主要针对普通用户，而光伏用户具有电源和负荷的功率双向性，对其合理利用可形成更加有效的需求响应策略。创新电价政策、透明化电网信息等，都有助于引导光伏用户科学地参与需求响应，提高能源利用效率，节约电网运行成本，实现电网与光伏用户的互利共赢。
参考文献：
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［6］国家能源局.太阳能发电发展“十二五”规划［EB/OL］.
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［16］关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知［J］.太阳能，2013（17）：6-7.
光伏发电的基本原理范文6
关键词：风光互补、离网型、并网型、“十二五”
中图分类号：C35文献标识码： A
一、风光互补发电系统概述
1、风光互补发电系统构成
风光互补发电系统由风力发电系统与太阳能发电系统共同组成，主要包括风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、逆变器、控制器、交直流负载等部分。该系统集风能、太阳能及蓄电池等多种能源技术为一体，利用智能控制技术将可再生能源发电优化整合。下面简要介绍各部分原理及构成：
风力发电部分，其原理是利用风机将风能转化为机械能，然后通过发电机将机械能转换为电能；此时产生的交流电压不稳定，因而需通过整流器整流，给蓄电池充电，最终经过逆变器为负载提供稳定的电能。风机通常分为水平轴和垂直轴两种，而应用较为普遍的是水平轴风机。
光伏发电部分，其原理是利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为直流形式的电能，再通过逆变器换为交流形式的电能对负载供电。太阳能电池板主要有薄膜、晶硅、高低倍聚光等型式，以晶硅型电池组件的应用最为广泛。
蓄电池部分由多块蓄电池组成，其作用是储存和调节电能。当风力很大或日照充足而产生的电能过剩时，蓄电池储存多余的电能；当系统发电量不足或负荷用电量增加时，蓄电池向负荷补充电能，以保持稳定的供电电压。常用的蓄电池主要有铅酸、碱性镍和铁镍三种。其中铅酸蓄电池价格低廉、性能可靠、安全性高，且技术上又不断进步和完善，得到了广泛的应用。
控制系统根据风力大小、日照强度及负荷用电量的变化，切换和调节蓄电池组的工作状态：把多余的电能送往蓄电池组存储或把蓄电池的电能送往负载，使其在充电、放电或浮充电等多种工况下交替运行，以保证整个发电系统工作的连续性和稳定性。
逆变系统由几台逆变器组成，把直流电转换为交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善系统的供电质量。常见的逆变器有集中式、组串式两种，其容量根据系统大小、分类不同而相异。
2、风光互补发电系统运行模式及分类
根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行
风力发电机组单独向负载供电
光伏发电系统单独向负载供电
风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。
目前，风光互补发电系统主要分为离网型和并网型两种。
离网型即分布式风光互补发电系统，是中小型分布式风力发电和分布式光伏发电的综合应用。该系统综合应用了风能与太阳能，利用风、光在昼夜变化和季节变化上的互补性，很好地克服了季节、天气等外在因素的制约，进而提高供电系统的稳定性和可靠性。目前，离网型风光互补储能供电系统发展较快，且具有较广的应用前景，如风光互补路灯等。
并网型即以适当等级电压输出，直接并入地方电网的系统，通常在较大规模风光互补项目中实现。该类型系统的开发建设受地域环境、风光资源、场址条件、用地情况及地方电网状况等诸多因素限制，然而随着我国对绿色能源的大力推广和扶持，目前对于此类并网系统，政府实施了一系列鼓励性政策，如上网电价补贴、设备购置费增值税退税、减免企业所得税等。
3、风光互补发电系统优势：
与单独风力发电或光伏发电相比，风光互补发电系统有以下优点：
电能输出比较稳定的，系统可靠性较高；
在保证同样供电负荷的情况下，大大减少储能蓄电池的容量；
通过合理地设计匹配，减少备用电源的启动，可获得更好的社会和经济效益。
二、风光互补系统发展前景展望
我国在新能源领域起步较晚，近年来技术的进步和国家政策的支持推进了新能源产业的快速发展。
1、分布式风光互补发电系统
(1) 无电农村的生活、生产用电的应用
我国仍有5%左右的农村还未通电，而这些乡村往往位于风能和太阳能资源较为丰富的偏远地区。因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用已达到标准化的风光互补发电系统有利于提高村民的生活质量、改善当地生产水平，加速贫困地区的经济发展。
(2)半导体室外照明的应用
基本原理是风能和太阳能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，根据光线强弱程度自动开启或关闭照明灯具。智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现遥测、遥讯、遥控管理。室外照明工程主要包括：行车道路照明 (快速道/主干道/次干道/支路等)和区域道路照明工程(路灯/庭院灯/草坪灯/地埋灯/壁灯等)。
目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：风光互补led智能化路灯、风光互补led小区道路照明工程、风光互补led景观照明工程、风光互补led智能化隧道照明工程、智能化led路灯等。
(3)监控摄像机电源中的应用
道路监控等监控摄像机采用风光互补发电系统作为电源，一方面节约了市电用电，另一方面不再需要敷设线缆，不仅环保，还能有效降低成本，减少维护和监管的工作量。
(4)通信基站中的应用
目前国内许多海岛、山区等地远离电网，用电负荷较小，在建立通信基站时存在诸多困难。利用太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，即解决基站用电问题，又减少了架杆、敷线等高成本的供电线路投资。
(5)抽水蓄能电站中的应用
风光互补抽水蓄能电站将传统的水能、风能、太阳能的开发模式相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现互补。其原理是将风能/太阳能转化成的电能，不经蓄电池而直接带动抽水机实现抽水蓄能，再通过储存的水能实现稳定发电。适用于电网难以覆盖地区，尽管其投资成本较普通水力发电工程高，但在环境保护、季节限制等方面具有较为明显的优势。
(6)其他
在气象环保领域、石化领域、农林水利领域和国防等领域，在航标架设、通信基站建立等方面，风光互补系统均能得到推广和应用，发挥重要作用
2、并网风光互补发电系统
国家能源局在《能源发展“十二五”规划》中指出，要“加快发展风能等其他可再生能源”，明确 “十二五”时期能源资源开发重点：“大型风电基地：建设河北、蒙西、蒙东、吉林、甘肃、新疆、黑龙江以及山东沿海、江苏沿海风电基地，到2015年，大型风电基地规模达到7900万千瓦。太阳能电站：按照就近消纳、有序开发的原则，重点在、内蒙古、甘肃、宁夏、青海、新疆、云南等太阳能资源丰富地区，利用沙漠、戈壁及无耕种价值的闲置土地，建设若干座大型光伏发电站，结合资源和电网条件，探索水光互补、风光互补的利用新模式。”
日前，国内最大风光互补沙漠并网示范电站――吐鲁番100MW国家级示范电站，于2013年12月19日成功并网发电。该项目选址位于新疆天山南麓塔里木盆地北缘吐鲁番盆地西部，处于“三十里风区”的下游，风能资源比较丰富，同时属于我国日照资源二类地区，太阳能资源也较为丰富。鉴于风能和太阳能在季节上具有较强的互补性，春季风资源最丰富，也即风电春季出力最大，光伏发电则在夏季最大，夏、冬季基本上为新疆用电负荷高峰季节，风电和光伏发电的这种出力在季节上的特点可以互补单一电源在季节上的出力不均等问题。同时充分利用空间，实现地面和高空的合理利用，发挥风、光资源的互补优势，实现两种资源最大程度的整合；共用一套送变电设备，降低工程造价。将风力发电与太阳能发电技术加以综合利用，从而构成一种互补的新型能源，将是本世纪能源结构中一个新的增长点。
大型风光互补并网示范电站的建成投运，为绿色能源的探索、开发、发展、创新提供了有利条件。其充分发挥资源优势，极大丰富新能源开发的资源构成，增强新能源开发体系的资源输出能力，提高系统稳定性。
结束语：风光互补发电系统作为利用风能和太阳能资源的互补性的一种新型能源发电系统，以其良好的经济收益和社会效益，在工程实践中得到了越来越广泛的应用。随着绿色清洁能源在能源产业中的占比不断增加，风光互补发电系统必将扮演更加重要的角色。
