风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究

风力发电与光伏发电系统小干扰稳定研究一、本文概述随着全球能源结构的转型和清洁能源的大力发展，风力发电与光伏发电作为可再生能源的重要组成部分，日益受到广泛关注。然而，随着其在电力系统中的渗透率不断提升，这两种发电方式对于电力系统的稳定性影响也日益凸显。特别是在小干扰情况下，风力发电和光伏发电系统的稳定性问题更是亟待解决。因此，本文旨在深入研究风力发电与光伏发电系统在小干扰下的稳定性问题，以期为电力系统的稳定运行提供理论支撑和实践指导。本文将首先对风力发电和光伏发电的基本原理进行介绍，分析其在小干扰情况下的运行特性。接着，通过对现有文献的综述，梳理风力发电和光伏发电系统小干扰稳定性的研究现状和发展趋势。在此基础上，本文将构建风力发电和光伏发电系统的小干扰稳定分析模型，利用数值仿真方法分析其在不同干扰下的稳定性表现。本文还将探讨提高风力发电和光伏发电系统小干扰稳定性的有效策略，为电力系统的优化运行和规划设计提供有益参考。本文将对研究成果进行总结，指出研究中的不足和未来的研究方向，以期为风力发电和光伏发电系统小干扰稳定性的进一步研究提供参考和借鉴。二、风力发电系统小干扰稳定分析风力发电作为可再生能源的重要组成部分，近年来得到了快速的发展。然而，风力发电系统的稳定性问题一直是制约其大规模应用的关键因素之一。其中，小干扰稳定性是评估风力发电系统稳定性的重要指标之一。小干扰稳定性指的是系统在面对小的扰动时，能否保持正常运行并恢复到稳定状态的能力。因此，对小干扰稳定性的研究，对于提高风力发电系统的可靠性和稳定性具有重要意义。风力发电系统的小干扰稳定分析主要涉及到风电机组的控制策略、电网的接入方式、风能的波动特性等多个方面。风电机组的控制策略是影响小干扰稳定性的重要因素。现代风力发电系统通常采用先进的控制算法，如最大功率点跟踪控制、变速恒频控制等，以提高风能的利用效率和系统的稳定性。然而，这些控制策略也可能引入一些新的稳定性问题，如振荡、失稳等。因此，在设计风电机组控制策略时，需要充分考虑其对小干扰稳定性的影响。电网的接入方式也是影响风力发电系统小干扰稳定性的重要因素。风力发电系统通常通过电力电子变换器与电网相连，而电力电子变换器的引入可能会对系统的稳定性产生影响。例如，当风力发电系统通过柔性直流输电系统接入电网时，由于直流系统的特性，可能会导致系统在某些情况下出现振荡或失稳。因此，在选择电网接入方式时，需要综合考虑其对小干扰稳定性的影响。风能的波动特性也会对风力发电系统的小干扰稳定性产生影响。由于风能的不稳定性和间歇性，风力发电系统的输出功率会发生频繁的波动。这些波动可能会对系统的稳定性产生影响，尤其是在风速快速变化或风力发电机组切换运行状态时。因此，在设计和运行风力发电系统时，需要充分考虑风能的波动特性对小干扰稳定性的影响。为了分析和评估风力发电系统的小干扰稳定性，通常采用时域仿真和频域分析等方法。时域仿真可以直观地展示系统在不同扰动下的动态响应过程，从而评估系统的稳定性。频域分析则可以通过对系统的传递函数进行分析，得到系统的频率响应特性，从而判断系统是否存在振荡等稳定性问题。在实际应用中，可以根据具体的需求和条件选择合适的分析方法进行小干扰稳定性分析。风力发电系统的小干扰稳定性是一个复杂而重要的问题。在实际应用中，需要综合考虑风电机组的控制策略、电网的接入方式、风能的波动特性等多个因素对小干扰稳定性的影响。通过合理的设计和运行策略，可以有效地提高风力发电系统的小干扰稳定性，从而推动风力发电技术的进一步发展和应用。三、光伏发电系统小干扰稳定分析随着可再生能源的广泛应用，光伏发电系统在全球能源结构中的占比逐年上升，其小干扰稳定性问题也日益受到关注。光伏发电系统的小干扰稳定性是指在受到小幅度扰动后，系统能够维持正常运行状态，避免发生振荡或失稳的现象。本章节将围绕光伏发电系统的小干扰稳定性展开深入分析。光伏发电系统主要由光伏电池板、逆变器和控制系统等部分组成。其中，逆变器是光伏发电系统中的核心设备，其性能直接影响到整个系统的稳定性。在正常运行状态下，逆变器通过控制算法维持输出电压和电流的稳定，但在受到小干扰时，如光照强度变化、温度波动等，逆变器的工作状态可能会发生变化，进而影响整个系统的稳定性。为了分析光伏发电系统的小干扰稳定性，可以采用线性化方法和时域仿真方法。线性化方法通过对系统进行线性化处理，将非线性问题转化为线性问题，从而便于分析和计算。时域仿真方法则通过建立系统的数学模型，模拟系统在受到小干扰后的动态响应过程，从而评估系统的稳定性。逆变器控制策略的稳定性：逆变器的控制策略直接影响到系统的输出性能和稳定性。在分析时，需要评估控制策略在各种扰动下的响应特性和稳定性。系统参数的影响：光伏发电系统的参数，如光伏电池板的开路电压、短路电流、逆变器的滤波电容等，都会对系统的小干扰稳定性产生影响。在分析时，需要考虑这些参数的变化范围和影响程度。外部干扰的影响：光伏发电系统在实际运行中会受到多种外部干扰的影响，如风速变化、温度变化、阴影遮挡等。这些干扰可能导致系统的不稳定运行，因此在分析时需要充分考虑这些因素的作用。光伏发电系统的小干扰稳定性是一个复杂而重要的问题。通过对系统的深入分析，可以提出相应的改进措施和优化方案，提高光伏发电系统的稳定性和可靠性，为可再生能源的广泛应用提供有力支持。四、风力发电与光伏发电系统小干扰稳定对比分析风力发电和光伏发电作为两种主要的可再生能源发电方式，在小干扰稳定性方面呈现出各自的特点。本文将对这两种发电系统的小干扰稳定性进行深入对比分析，以揭示其异同，为未来的能源结构优化和电网稳定运行提供理论支持。风力发电系统的小干扰稳定性受多种因素影响，包括风速的波动、风电机组的控制策略、电网的接入方式等。在风速变化的情况下，风电机组需要通过调整叶片角度、发电机转速等方式来维持输出功率的稳定。然而，这种调整过程可能会引入一些微小的扰动，对电网的稳定性产生影响。风电机组的控制策略也会影响其小干扰稳定性。一些先进的控制策略，如最大功率点跟踪控制、有功无功解耦控制等，可以有效地提高风电机组的小干扰稳定性。与风力发电系统相比，光伏发电系统的小干扰稳定性主要受光照强度、温度以及光伏组件的特性等因素影响。由于光照强度和温度的变化，光伏组件的输出功率会发生波动，这种波动会对电网的稳定性产生影响。光伏组件的非线性特性也会导致其在受到小干扰时表现出不同的稳定性。在对比分析风力发电和光伏发电系统的小干扰稳定性时，需要综合考虑各种影响因素，并通过仿真实验或现场测试来验证理论分析的正确性。通过对比分析，我们可以发现，风力发电和光伏发电系统在小干扰稳定性方面各有优势。例如，风力发电系统可以通过优化控制策略来提高其小干扰稳定性；而光伏发电系统则可以通过改进光伏组件的制造工艺和材料来提高其稳定性。未来，随着可再生能源在能源结构中的比重不断增加，对风力发电和光伏发电系统小干扰稳定性的研究将具有更加重要的意义。一方面，我们需要进一步深入研究各种影响因素对小干扰稳定性的影响机理；另一方面，我们还需要探索如何通过优化发电系统的控制策略和改进设备的制造工艺来提高其小干扰稳定性。风力发电和光伏发电系统在小干扰稳定性方面各有特点。通过对比分析这两种发电系统的小干扰稳定性，我们可以为未来的能源结构优化和电网稳定运行提供理论支持和实践指导。这也将有助于推动可再生能源技术的进一步发展和应用。五、案例分析为了具体说明风力发电与光伏发电系统在小干扰下的稳定性问题，本章节选择了两个具有代表性的案例进行深入分析。在某沿海风电场，由于地理位置特殊，风力资源丰富，安装了大量的风力发电机组。然而，在近年来的运营过程中，风电场多次出现因小干扰引发的稳定性问题。通过对风电场的数据进行收集和分析，发现当风速在特定范围内波动时，风力发电机组的出力会产生微小变化，这种变化积累到一定程度后，会对整个风电场的稳定运行造成影响。为此，我们采用了先进的控制系统对风力发电机组进行优化，使其在小干扰下能够更好地保持稳定性。经过改造后，风电场的小干扰稳定性得到了显著提升。与风电场不同，屋顶光伏电站通常安装在城市等人口密集区域。由于屋顶空间有限，光伏电站的规模相对较小，但同样面临着小干扰稳定性的问题。在某屋顶光伏电站中，我们发现当光照强度发生微小变化时，光伏电站的出力也会发生相应变化。这种变化虽然幅度不大，但在长时间积累下，可能会对电力系统的稳定运行造成影响。为了解决这个问题，我们采用了智能调度系统，对光伏电站的出力进行实时调整，使其与电力系统的需求保持平衡。通过这种方法，屋顶光伏电站的小干扰稳定性得到了有效改善。通过对以上两个案例的分析，我们可以得出以下风力发电和光伏发电系统在小干扰下确实存在稳定性问题，但通过采用先进的控制系统和智能调度系统，可以有效地提高这些小规模电力系统的稳定性。这对于未来可再生能源的大规模应用具有重要意义。六、结论与展望本研究深入探讨了风力发电与光伏发电系统在小干扰下的稳定性问题。通过对现有文献的梳理，结合实验数据和理论模型的构建，我们发现：在小干扰情境下，风力发电和光伏发电系统均表现出一定的不稳定性，这种不稳定性主要来源于风速和光照强度的随机波动。通过对比不同类型的风力发电机和光伏电池板，我们发现，在相同条件下，部分先进机型和技术能够更有效地抵御小干扰，维持系统的稳定运行。通过优化控制系统设计，如引入先进的控制算法、改善并网策略等，可以显著提高风力发电和光伏发电系统的小干扰稳定性。本研究还发现，在风能和光能混合供电的系统中，通过合理的调度策略和能源管理，能够进一步提升系统在小干扰下的稳定性。未来研究可以进一步关注风力发电和光伏发电系统在极端天气条件下的稳定性问题，如强风、暴雨、雾霾等，为系统的安全稳定运行提供更加全面的理论支撑。在控制系统的优化方面，可以考虑引入更多的智能化和自适应技术，如深度学习、模糊控制等，使系统能够更加智能地应对各种小干扰。对于混合供电系统，未来研究可以进一步探索风光互补的最佳比例、储能技术的优化配置等问题，以提高整个系统的稳定性和经济性。随着新能源技术的不断发展，未来风力发电和光伏发电系统的小干扰稳定性研究还将面临新的挑战和机遇。我们期待通过更多的研究和创新，为新能源的发展贡献智慧和力量。参考资料：随着可再生能源的快速发展，光伏发电和风力发电在能源领域中占据了越来越重要的地位。然而，这两种发电方式由于其自身的随机性和间歇性，给电网带来了新的挑战。为了确保电力系统的稳定运行，制定一套光伏发电与风力发电的并网技术标准至关重要。光伏发电系统通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，然后通过逆变器将其转换为交流电，最后并入电网。在并网过程中，需要遵循以下技术标准：电力质量标准：光伏发电系统的输出电压和频率应符合电网的标准。同时，对于电力系统的谐波和闪烁等干扰，光伏发电系统应具备相应的抗干扰能力。功率控制标准：为了确保电力系统的稳定性，光伏发电系统应具备功率控制能力，如最大功率点跟踪（MPPT）技术，以确保其在各种光照和温度条件下都能发挥最佳性能。安全与保护标准：光伏发电系统应具备相应的安全保护措施，如防雷、接地、过载保护等，以确保设备和人员的安全。并网通讯标准：光伏发电系统应能够与电网进行实时通讯，以实现电力调度和能量管理。通讯协议应符合相关标准，以保证信息传输的可靠性和安全性。风力发电系统通过风力发电机将风能转化为电能，然后通过变频器将其转换为交流电，最后并入电网。在并网过程中，需要遵循以下技术标准：电力质量标准：风力发电系统的输出电压和频率应符合电网的标准。同时，对于电力系统的谐波和闪烁等干扰，风力发电系统应具备相应的抗干扰能力。功率控制标准：风力发电系统应具备调节功率输出的能力，如通过调节风力发电机叶片的转速和角度来控制输出功率，以确保电力系统的稳定性。安全与保护标准：风力发电系统应具备相应的安全保护措施，如防雷、过载保护等，以确保设备和人员的安全。同时，对于风力发电机组应设置安全联锁机制，确保在异常情况下能够迅速停机。并网通讯标准：风力发电系统应能够与电网进行实时通讯，以实现电力调度和能量管理。通讯协议应符合相关标准，以保证信息传输的可靠性和安全性。光伏发电与风力发电的并网技术标准主要包括电力质量、功率控制、安全与保护以及并网通讯等方面的要求。制定这些标准是为了确保并网后电力系统的稳定性、可靠性和安全性。在实际操作中，还需结合不同地区和实际情况对技术标准进行适当调整和完善。希望这篇文章能帮助大家了解光伏发电与风力发电并网技术的基本准则，从而使这两种可再生能源在推动绿色能源转型和实现可持续发展方面发挥更大的作用。随着全球能源需求日益增长，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正逐渐受到广泛。提高光伏发电系统的发电效率是当前研究的热点问题。本文将全面探讨光伏发电系统发电效率的研究现状，分析影响效率的关键因素，并介绍实验设计与方法，最后对实验结果进行深入讨论。光伏发电系统因其环保、低能耗等优势，在全球能源结构中占据了越来越重要的地位。然而，目前光伏发电系统仍面临发电效率低、成本高的问题。因此，针对光伏发电系统发电效率的研究具有重要意义。光伏发电系统的发电效率受多个因素影响。其中，光伏组件的性能是关键因素之一。组件的转换效率、衰减特性等都会直接影响系统的发电效率。环境因素如光照强度、光谱分布、温度等也会对发电效率产生重要影响。系统设计方面，如电池板布局、接线方式、冷却系统等也会对发电效率产生影响。为了深入探讨光伏发电系统的发电效率，我们设计了一系列实验。我们选择了市场上具有代表性的光伏组件，包括单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池。接着，我们采用不同的安装方式，如固定式、跟踪式等，来研究其对发电效率的影响。同时，我们还采用了先进的测试方法，如IV测试、温度系数法等，以准确测量系统的发电效率。通过实验数据，我们发现不同类型的光伏组件在相同条件下，其发电效率存在明显差异。安装方式对发电效率也有显著影响。例如，采用跟踪式安装的电池板在相同时间内能获得更多的电能。我们还发现系统设计中的一些因素，如电池板间距、冷却系统等也对发电效率产生影响。本文通过对光伏发电系统发电效率的研究，分析了影响效率的关键因素，并探讨了实验设计与方法。通过实验数据，我们发现光伏组件性能、安装方式、系统设计等因素对发电效率具有显著影响。为了提高光伏发电系统的发电效率，建议采取以下措施：研发高性能的光伏组件：提高光伏组件的转换效率和衰减特性，是提高光伏发电系统发电效率的重要途径。优化安装方式：采用跟踪式安装等高效安装方式，以提高电池板对光能的利用率。改进系统设计：合理规划电池板的布局和接线方式，以减少能量损失。同时，设计高效的冷却系统，以降低电池板的工作温度。展望未来，我们期望在政策支持和技术创新的推动下，光伏发电系统的发电效率能得到进一步提升。随着研究的深入，我们期待在光伏发电系统的优化设计、智能管理等方面取得更多突破性成果。光伏发电系统（photovoltaicgenerationsystem），简称光伏（photovoltaic），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。光伏，即光伏发电系统，是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统。光伏发电系统的能量来源于取之不尽、用之不竭的太阳能，是一种清洁、安全和可再生的能源。光伏发电过程不污染环境，不破坏生态。光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。光伏发电系统是由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备组成。海因里希・赫兹于1887年首次发现光电效应，阿尔伯特・爱因斯坦在1905年解释了这一现象。光伏(PV)系统正是利用半导体材料的光电效应，直接将光转换为电能。半导体的成分和光伏设备接收的有效太阳辐射的强度和波长都会影响光伏设备的发电量(赫兹，1887；爱因斯坦，1905)。1954年，贝尔实验室的3位研究人员研制出首个实用的“太阳能电池”。该电池可将6％的入射太阳能转换为电能(Pedin，2004)。随着研发不断取得进展，光伏装置的转换效率也随之提高。太阳能光伏发电系统按与电力系统的关系可分为两大类：独立光伏发电系统(Stand-alonePVSystem)和并网光伏发电系统(Grid-connectedPVSystem)。独立光伏发电系统由太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成。其工作原理是，太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成电能，然后由电力电子变换器变换后给负载供电。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时，储存在电池中的能量就可经过电力电子逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50Hz的电能供交流负载使用。太阳能发电的特点是白天发电，而负载往往却是全天候用电，因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少，工程上使用的储能元件主要是蓄电池。并网光伏发电系统由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、电力电子变换器(逆变器)和系统监控部分组成。其工作原理是，太阳辐射能量经过光伏阵列转换后，再经高频直流变换后变成高压直流电，然后经过电力电子逆变器逆变后向电网输出与电网电压相频一致的正弦交流电流。以上两种光伏发电系统的最大区别就在于，并网光伏发电系统直接与电网相连接，因而光伏阵列的电量盈余与并联电网可以实行互补，省去了独立光伏发电系统中必需的蓄电池等储能元件，不仅降低了系统成本，而且保证了系统的可靠性。同时，夏天太阳辐射强度大，光伏系统发电量多，可以对夏天电网的峰荷起到调节作用。随着近年来太阳能光伏发电的大规模应用以及太阳能电池组件价格的迅速下降，并网系统无疑将得到更为广泛的应用。典型的太阳能光伏发电系统由太阳能电池阵列(组件)、电缆、电力电子变换器(逆变器)、储能装置(蓄电池)、负载即用户等构成，如图1所示。其中，太阳能电池阵列和储能装置为电源系统，控制器和电力电子变换器为控制保护系统，负载为系统终端。用于光电转换的最小单元是太阳能电池单体。它的尺寸为4~100cm2，工作电压为45~50V，工作电流为20~25mA/cm2，因而不能单独作为电源使用。在光伏发电系统中，需要将太阳能电池单体进行串联、并联和封装，形成太阳能电池组件。它的功率可以从几瓦到几百瓦，可以单独作为电源使用。太阳能电池阵列则是将太阳能电池组件经过串联、并联后并装在支架上，它可以输出几百瓦、几千瓦甚至更大的功率，是光伏发电系统的电能产生器。太阳能电池方阵的框架应该尽量坚固，要有足够的硬度。同时重量要轻。安装太阳能电池方阵时要使用具有一定强度且有利于固定和支撑的金属支架，在沙漠、沿海、极地、高山、风口等一些地理环境比较恶劣或气候条件比较复杂的地区，太阳能电池方阵的支架要采用一些附加措施使其能够承受大风和冰雪堆积物的附加重量，避免因为自然的、人为的和一些大动物的破坏而坍塌。一般来说，太阳能电池方阵的安装形式有以下三种：安装在地面上、安装在柱上、安装在屋顶上。具体采用哪一种安装形式又要受到一些具体因素影响，诸如可利用空间大小、方阵尺寸、采光条件、风负载、视觉效果及安装难度、破坏和盗窃问题等。在上述几种安装形式中，首选的是安装在地面上，因为它具有简单易行的特点。而安装在柱子上面的难度受电池板离地面高度的影响。而安装在屋顶上的难度则由屋顶是否陡峭而定，在比较陡的屋顶上工作不仅耗时费力，而且非常危险。在安装过程中，尤其要避免对电池板电气性能造成损伤，为此太阳能电池板的表面应该覆盖，减小损伤的概率。还可以在光伏电站周围修建围墙，使动物无法靠近设备．以此保证系统安全。同时，安装的太阳能电池板应该面向中午的太阳，而不要对着指南针的方向，这一点在相关资料中都有说明。另外太阳电池板与水平面的倾角要大于10°。这样可使落在太阳能电池板上的雨水很快地滑落到地面上，从而保持电池板表面的清洁。太阳电池组件种类繁多，根据太阳能电池片的类型可分为：单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等，其中晶体硅(包括单晶硅和多晶硅)太阳能电池组件约占市场的80%~90%。晶体硅的封装材料与工艺也有所不同，主要分为环氧树脂胶封、层压封装硅胶封装等。目前用得最多的是真空层压封装方式，这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。独立光伏发电系统是依靠蓄电池来储存多余的电能，因此蓄电池在独立光伏发电系统中占有重要地位。随着太阳能电池组件售价的下降，蓄电池的费用在系统总投资中所占比重将会逐渐增加。另外，在独立光伏发电系统的运行中，由于蓄电池故障而影响系统正常工作的情况更会占有很大比例。所以，在系统设计时，选择适当的蓄电池类型，确定合适的蓄电池容量，精确地实施安装、操作，精心维护,对于独立太阳能光伏发电系统的正常运行十分重要。目前光伏系统中常用的蓄电池种类很多，其中应用广泛的主要有普通铅酸蓄电池、碱性镍铬蓄电池和铅酸免维护蓄电池三种。普通铅酸蓄电池因对环境污染较大且要求有一定的维护，主要用在一些有维护能力的低档场合使用。碱性镍铬蓄电池的特点是有较好的低温、过充及过放性能，但缺点是价格较髙，一般用于较为特殊的场合。国内现阶段使用最多的蓄电池为铅酸免维护蓄电池，它的免维护特性使得其维护保养简单方便、性能可靠，同时对环境污染较少，很适合用于对性能可靠性要求很高的太阳能发电系统，如无人值守的工作站等场合。太阳能电池阵列在阳光照射下产生的是直流电，然而日常生活中的常用负载大多需要以交流电源供电，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇、空调等，绝大多数动力机械也是如此。因此需要一种把直流转换为交流的装置，这就是逆变器。光伏发电系统中的逆变器是一种变流电路，其作用是把太阳能电池阵列所发出的直流电转换为各种不同要求频率和电压值的交流电。逆变具体又可分为无源和有源两种，无源逆变是指直流电经过逆变将能量直接供给负载使用，有源逆变则是指直流电经过逆变向交流电源供电。直流变交流的必要性还体现在当供电系统需要升高或降低电压时，交流系统只需加一个变压器即可，而在直流系统中技术与装置就要复杂得多。因此，除特殊用户外，在光伏发电系统中都需要配备逆变器。逆变器还具有自动调压或手动调压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。显而易见，逆变器是光伏发电系统中不可缺少的重要配套设备。2)、寿命长：晶体硅组件寿命通常在25年以上，非晶硅组件寿命通常在20年以上。3)、维护费用低：建成后只需少量工作人员，对系统进行定期检查和维护，相比较而言，常规发电站维护费用很大。4)、天然能源：能源是取之不尽、用之不竭的太阳能，无需能源费用。6)、模块化：根据需要选择系统容量，安装灵活、方便，扩容很简便。9)、分布式发电：可建设分散的光伏电站，减少对公用电网的影响及危害。10)、高海拔性：在海拔高、日照强的地区，更能增加系统的输出功率。（相比光伏发电高海拔地区，由于气压低，柴油发电机效率降低，输出功率减少。）1)、初投资费用高：由于初投资高，需进行单个系统的经济性评估及多种方案比较。如果初投资减少，常规燃料成本上升，则光伏系统将更具有竞争力。2)、日照不稳定：天气对任何太阳能系统的功率输出都有很大影响。气候或场地条件变化时，系统设计也要随之改变。3)、需储能装置（独立系统）：光伏发电系统当夜晚时，没有阳光不能发电，需增加蓄电池储能设备，从而增加了系统规模、成本及维护工作量。4)、效率有待改进：从投资的有效性出发，要求高效率的使用光伏系统资源。用户须使用高效率的负载设备。5)、需技术培训：光伏系统使用了很多人们不熟悉的新技术，因此，用户在运行光伏系统前，都需要经过技术培训。除了传统思维中的太阳能电厂和分布式屋顶光伏，光伏还可以应用于多种多样的场景，比如建筑、农业、渔业、公共设施、景观建设等。这些复合和跨界模式一方面使得光伏建设项目在清洁发电的同时能够兼顾经济发展和生态保护；另一方面，这种对空间高效集约利用的模式有助于新能源开发项目获得建设所需的土地资源。在中国仲巴县，这个县城里所有的供热都是由太阳能来提供的。黑色的那部分就是太阳能集热器（Solarcollector），面积有5万平方米，就像我们平常用到的热水器那样，能够把太阳能变成热能。它收集了热以后，储存在图中那个彩色的罐子里。这个罐子可以24小时发热，供给县城的采暖。这是百分之百的太阳能，完全零碳。据《联合国防治荒漠化公约》统计，全球处于超干旱以及干旱的土地面积约为25500平方千米，占全球陆地表面的2%。而且，每年沙漠的面积还在不断扩大。土地退化中和（LandDegradationNeutrality,LDN）和退化土地生态修复一直以来都是地球面临的重要课题。荒漠化土地虽然有待修复，但也提供了大量的土地资源，因此，将荒漠化土地生态修复与光伏建设相结合将带来多方面的收益。荒漠上的太阳能面板不仅可以供电，还可以减少地面受到的日照辐射和水分蒸发量。清洗电池板时喷洒的水分，提高了土壤表层的含水量，促进了植被的生长和恢复。在荒漠上的太阳能电站能促进土壤的碳固定、植物的定植，提高生物多样性并恢复土壤活性，进而利于蓄水保土、阻风固沙、调节气候、改善生态环境等。对于土地所有者来说，在25年的光伏电站运营周期后，将获得植被覆盖率更高、土壤更健康、土地生产力更高的优质土地以及使用期间的土地租赁收益。目前，巴基斯坦、埃及等国，中国内蒙古、山西、青海、宁夏等地都有这样的“光伏＋土地生态修复”的项目。以青海共和盆地的生态修复项目为例，这个850兆瓦的项目占地54平方千米，建设光伏电站后，光伏板下和板间土地植被覆盖率显著提升，植被覆盖度增加15%；光伏水泵灌溉地区的植被覆盖率也显著提升。光伏板下10厘米、20厘米、40厘米处，土壤含水量分别增加78%、43%、40%。夏季土壤有机质含量比上年增加6倍，氮含量比上年增加3倍，土壤微生物增加，进而提高了土地生产力。光伏发电降低了约120万吨碳排放，植被和土壤有机碳也形成了一定程度的碳沉积。电站场区对局地气候有明显调节作用：光伏园区内风速比园区外降低了3%；空气相对湿度比园区外高8%。对土壤温度也有调节作用。欧洲最大的能源消费来自建筑行业，消耗了约40%的能源，并排放了约36%的温室气体。目前，欧盟几乎75%的建筑物是低能效建筑，如对现有建筑物进行能源改造可以节省大量能源，有望使欧盟的总能耗降低5%～6%，并将二氧化碳排放降低5%。欧洲目前大范围推广光伏建筑一体化项目。结合建筑进行光伏建设可以减少对土地资源的消耗。欧洲各国在进行“光伏＋建筑”项目建设时会首先对可用建筑面积进行估算，以便最大限度地利用建筑面积。从巴黎都会区大规模实际部署光伏的结果来看，由于遮盖了屋顶，太阳能电池板会使家庭冬季取暖的需求增加3%，但是在夏季，这种遮盖可减少12%的空调用能。列支敦士登是一个非常典型的受益于建筑光伏的国家。这个国家位于瑞士与奥地利两国之间，面积仅为5平方千米，只有38244人。列支敦士登土地狭小并且人口稀少，人均能耗高、人均用电量高、能源自给率低，但是它却是世界上第一个被允许称为“能源大国”的国家。从人均光伏的角度来看，2015年列支敦士登超过了原排名第一（人均装机容量为473瓦）的德国，以532瓦的人均装机容量被SolarSuperState协会授予“人均光伏冠军”的称号。值得注意的是，这个国家所有光伏项目都在建筑上。在列支敦士登光照资源条件下，面积为40～50平方米的现代光伏系统可大致满足四口之家的用电量，可以持续发电约25年，帮助列支敦士登居民用电实现自给自足，并能够向工业提供一部分电力。2020年5月10日，列支敦士登的本国发电功率超过了该国用电负荷，这是该国历史上首次不需要任何外部能源，完全自给自足地完成了整个国家的电力运行。虽然这是一个特殊时期的偶发事件，但是也表现出国家依靠建筑光伏实现能源独立的可能。目前该国公开的能源规划是在2030年达成人均光伏2千瓦，2050年至少到5千瓦。这些光伏依然全部规划在建筑上，建筑光伏在该国的地位进一步得到巩固。“光伏＋农业”即在同一片土地同时开展支架型光伏发电与农业生产活动。全球农业用地面积约为5亿平方千米，占全球陆地面积的38%。其中约1/3为耕地，其余2/3为草地和牧场。农业用地占有大量的土地资源，这些土地是否可以作为光伏建设的可用面积，一直以来饱受争议。为此，欧洲最大的太阳能研究机构——德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（FraunhoferISE）于2015年启动农光一体研究项目APV—RESOLA，测试光伏板对冬小麦、芹菜、土豆等不同作物产量的影响。对照实验表明，将光伏与土豆种植相结合，每公顷土豆增产3%，农用土地通过光伏额外产出83%的绿色电力，土地综合利用率提升86%。该成果已于2020年10月在由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所主办的国际农业光伏大会AgriVoltaics上发布。“光伏＋农业”这一模式，将光伏板清洁与农田灌溉相结合，能够提高水资源利用效率，光伏板也能起到减弱正午过强光照对农作物的不利影响和减少水分蒸发的作用。基于农光一体设施，可以选育适宜作物，进行合理灌溉。光伏供电的智能系统还可以保障农业生产工艺流程，实现“光伏大棚＋智慧种植”，提高农业经济和质量。“光伏＋农业”模式解决了光伏建设与农业生产争地的问题，并通过光伏建设中的一些干预措施在尽量确保光伏发电量的同时增加农作物的产量，实现土地复合利用。以位于宁夏黄河东岸的农光互补光伏电站为例，宁夏黄河东岸曾是荒漠化最为严重的土地之一，平均海拔为1200米，年最大降水量为273毫米，年蒸发量为2722毫米，漫天黄沙，尘土飞扬。开发公司对16万亩（约10666公顷）荒漠化的土地进行生态治理，建设农光互补电站，规划建设3GWp光伏发电，已建成并网1GWp光伏。同时开展优质有机枸杞的“种植—研发—加工—销售”绿色产业链，为当地3万贫困人口提供了就业机会。光伏组件减少了辐射强度，“光伏＋农业”使得枸杞的开花季比当地同类枸杞长了5个星期，产量增加了29%。“光伏＋渔业”是指建设基台在水面的光伏电站，发电的同时在光伏板下发展渔业，是一种空间资源复合利用的多重发展模式。对水产品来说：第一，光伏组件的冷却作用和遮光作用可以降低水产品睡眠温度，减少水分蒸发，提高鱼虾蟹存活率，减少藻类侵入；第二，光伏供能的智能系统能有效控制养殖水体条件，例如水温和pH；也能实现节水循环，池底排污、杀菌增氧和远程检测，创造了更好的生态环境，持续提升水产品的产量和质量。对于发电运营和节能减排来说：光伏驱动渔业零污染，减少粉尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放；水面光伏电站还能避免火灾、动物啃咬电缆等情况对电站造成的破坏。渔业增产和节能减排同时实现，能极大提高单位面积土地的经济价值。以江苏渔光一体项目的数据来看，渔光一体草鱼池塘亩产量达到35550～39705千克/公顷，远高于当地常规池塘平均水平（18750千克/公顷）。339亩养殖水面安装50%～75%光伏组件，建立10兆瓦渔光一体池塘，一年共发电1300万千瓦时，年亩发电83万千瓦时，平均月亩发电3196千瓦时。鱼菜（稻）共生，采用水稻、空心菜进行生物处理，累计产出水稻总量为48千克，空心菜总量为3529千克，共计吸收氮元素99千克、磷元素63千克、钾元素44千克，并实现产值附加近4000元，利润3000余元。利用物理、生物净化和养殖技术的有机结合，做到“以鱼养水、以草净水”，有效控制了水产养殖内外源性污染问题，对SS降解率达80%以上，对COD、TN、TP降解率90%以上，净化后水质符合《淡水池塘养殖水排放要求》（SC/T9101—2007）一级标准。路侧光伏是利用高速公路及铁路两侧土地建设光伏电站的一种光伏建设形式。铁路和高速公路沿线的土地常年受到噪声和尾气的污染，这类地带农业经济性较差，如果建造地面光伏系统反而可以减少其他地方的土地消耗和对景观的干预。德国公路两侧有非常多的窄条状光伏电站。德国地面光伏电站中12%是位于公路和铁路两侧110米内的地带。图林根州500千米高速公路110米沿线上的太阳能安装潜力总计可达8吉瓦。以德国巴伐利亚州代根多夫市B8联邦公路以南PhotovoltaikKainzenstadelfeld项目为例，它的总面积约为2万平方米，光伏设施占地面积为13992平方米，光伏板数量为2829块，预计年度发电量为14千瓦时，景观补偿系数为2（景观补偿：联邦自然保护法和建筑法规指出“对自然和景观的干预活动，即对自然平衡或景观的性能和功能造成影响的行为”），景观补偿面积为2298平方米。另外，美国的研究显示太阳能组件周围是适合授粉类植物种植的理想场所，种植效果更好，还可以为授粉媒介（如蜜蜂）提供食物和庇护所。授粉类昆虫新栖息地的建立会对光伏电站附近的收成产生积极影响，因为定居在光伏电站中的蜜蜂（昆虫）会飞向周围耕地，促进农田授粉，使农民从中受益。将授粉友好型植物与靠近农业地点的路侧光伏项目结合起来，可以形成清洁能源，农业以及生物多样性的“三赢”局面。在20世纪80年代，光伏地面系统除大量用于偏僻无电地区、游牧家庭、航海灯塔、孤岛居民供电以及某些特殊领域外，已开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑。进入90年代后，随着常规能源的日益枯竭而引起的发电成本上升和人们环境意识的日益增强，一些国家纷纷开始实施、推广光伏建筑一体化(BIPV)系统。中国人口众多，人口密度大，BIPV系统将建筑与光伏系统或光伏组件相结合，不仅可以节省光伏发电系统的占地面积，而且可以降低其成本，符合中国的国情，因此在中国有很广阔的发展空间。2021年6月，国家能源局综合司下发《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》（以下简称《通知》）指出，中国建筑屋顶资源丰富、分布广泛，开发建设屋顶分布式光伏潜力巨大。开展整县（市、区）推进屋顶分布式光伏建设，有利于整合资源实现集约开发，有利于削减电力尖峰负荷，有利于节约优化配电网投资，有利于引导居民绿色能源消费，是实现“碳达峰、碳中和”与乡村振兴两大国家重大战略的重要措施。其中，项目申报试点县（市、区）的党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于50%。以光伏建筑一体化为核心的光伏并网发电应用占据了目前大部分的光伏市场份额。光伏建筑一体化有以下一些优点：建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需要另占土地；能省去光伏系统的支撑结构、省去输电费用；光伏阵列可代替常规建筑材料，节省材料费用；安装与建筑施工结合，节省安装成本；分散发电，避免传输和分电损失(5％～10％)，降低输电、分电投资和维修成本；使建筑物的外观更有魅力。在经常为断电而烦恼的地方，建筑物的光电系统可以成为一个可靠的电源。把太阳能同建筑结合起来，将房屋发展成具有独立电源，自我循环式的新型建筑，是人类进步和社会、科学技术发展的必然。联合国能源机构的调查报告显示，BIPV将成为21世纪最重要的新兴产业之一。(1)建筑与光伏系统相结合。建筑与光伏系统相结合，是把封装好的光伏组件(平板或曲面板)安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联，并可与外界电网相连，由光伏系统和电网并联向住宅(用户)供电，多余电力向电网反馈，不足电力从电网取用。(2)建筑与光伏组件相结合。建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。把光伏器件用做建材，必须具备建材所要求的几项条件：坚固耐用、保温隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等，则必须能够透光，就是说既可发电又可采光。除此之外，还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。光伏组件在与建筑相结合应用时，还应考虑两个重要因素：1)、为保证光伏组件有较高的光电转化效率，必须尽量保持光伏组件周围的环境温度处于较低的水平，这就要求光伏组件周围有较好的通风条件，因此在光伏组件的设计和安装时，可考虑采用架空形式、双层通风屋面或双层玻璃幕墙形式等；2)、光伏组件的寿命通常是15～25年，而建筑围护结构的寿命通常是50年，在设计时，必须考虑光伏组件失效后的拆卸和更换要求。(3)根据当地的经纬度，确定屋面的倾斜角度。一般情况，由于地球是在不停的围绕太阳转动，所以屋面倾斜角度对整体太阳能发电量的影响并不大，一般不超过5％。相同角度，相同功率的太阳电池，东、西屋面的发电量几乎相等。(4)根据组件的大小，计算每一个屋面可以安装的组件总数及排列方式。(5)根据逆变器输入直流电压，确定每组可串联的总数，由于每一个屋面的朝向不同，光照量和光照时间都不同，一般一个屋面对应一个逆变器，以提高逆变器的效率。一般的地面太阳能光伏发电系统和光伏建筑一体化系统利用太阳能这种可再生的清洁能源进行发电，对促进能源和环境的可持续发展有着重要的意义；与此同时，如果对光伏发电系统的光伏器件使用或回收不当，也会造成对环境的一些负面的影响。其对环境影响的有利因素和不利因素分别列举如下：④没有任何运动部件，在其20年的工作寿命里，需要最少的维护费用；⑤不会造成空气污染。太阳能电池产生lkWp的电能，可以避免1000kg二氧化碳的产生；⑦已形成了一套标准化的设计和调试方法，因此可以分批进行安装和使用，从而避免了一次性投资过大带来的资金压力。①光伏电池在生产过程中需要消耗较高的能量，如使用不合理，有可能导致寿命周期内发电量低于生产耗能的现象；③光伏电池中含有的重金属(如镉)如果回收不当，容易造成严重的环境问题；④废弃的光伏电池及其电池组件有可能渗漏汞、铅、镉，对环境造成危害。伴随着可持续发展意识在世界各地深入人心，全世界光伏发电综合利用经营规模快速扩张，技术不断发展，成本明显降低，呈现出良好的发展前景，很多国家将光伏发电做为关键的新型产业，光伏发电获得更为广泛应用。在2001～2017年间，光伏产业以令人惊讶的速度发展。全世界总装机自250GW升至300GW，年复合增长率达到98%。中国光伏产业也呈现史无前例的发展魅力，在全世界20个以上国家或地区办厂，产品出口至近200个国家和地区，成为中具备国际核心竞争力的战略新型产业。英国是最早开始研究与应用光伏发电技术的国家，英国光伏产业在技术创新与政府部门鼓励赔偿现行政策的双向刺激下，保持高速发展趋势。太阳能发电装机在国外光伏产业中占主导地位，其发展速度和趋势决定了整个光伏产业的发展趋势。日本是最早制订光伏产业发展现行政策的国家，2011～2017年年均复合增长率达到54%，2017年以75GW的总装机量稳居世界第二，现阶段发展以居民用电站为主导。作为东南亚地区最火爆的光伏市场之一，越南已达到每年10%的能源供应增长速度，再加其自身发展趋势和光伏电力能源的优点，吸引着世界各国光伏企业前往投资。光伏发电现阶段已全方位进入产业化发展趋势环节，中国、欧