分布式光伏應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)創(chuàng)新方向展望

一、我國(guó)分布式光伏發(fā)展態(tài)勢(shì)

光伏產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)的突出優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)水平和應(yīng)用規(guī)模連續(xù)多年領(lǐng)跑全球。在能源安全新戰(zhàn)略和“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，我國(guó)的光伏發(fā)電繼續(xù)保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，正逐步成為新型電力系統(tǒng)中的主體能源之一。

在成本快速下降和補(bǔ)貼政策的雙重作用下，用電側(cè)小規(guī)模分散式建設(shè)的分布式光伏電站發(fā)展迅速。自2017年起，全國(guó)新增光伏裝機(jī)由集中式電站占絕大多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺胶头植际诫娬静Ⅰ{齊驅(qū)。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，分布式光伏累計(jì)并網(wǎng)容量107.5吉瓦，占光伏總裝機(jī)容量的35%。特別是2021年以來(lái)，在整縣(市、區(qū))屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)等政策的刺激下，新增分布式光伏裝機(jī)首次超過(guò)集中式光伏。特別值得注意的是，戶(hù)用光伏裝機(jī)出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，2021年新增裝機(jī)21.5吉瓦，占比接近分布式光伏新增裝機(jī)的四分之三。分布式光伏在用戶(hù)側(cè)的市場(chǎng)活力和滲透力可見(jiàn)一斑。

2021年底，國(guó)資委印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)中央企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做好碳達(dá)峰碳中和工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》;國(guó)家能源局等三部門(mén)印發(fā)《加快農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型發(fā)展助力鄉(xiāng)村振興的實(shí)施意見(jiàn)》;工信部等五部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021-2025年)》。國(guó)家層面密集發(fā)文，大力引導(dǎo)、支持分布式光伏高質(zhì)量快速發(fā)展?？梢灶A(yù)見(jiàn)，我國(guó)的分布式光伏裝機(jī)規(guī)模將繼續(xù)保持迅猛的增長(zhǎng)勢(shì)頭，分布式光伏也將在科技創(chuàng)新的助力下與新型電力系統(tǒng)深度融合，為實(shí)現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用。

二、分布式光伏主要應(yīng)用場(chǎng)景

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量小，形式靈活多樣，在廣大的城鄉(xiāng)地區(qū)，便于與負(fù)荷中心和閑置空間結(jié)合;所發(fā)電力就地消納，可有效推動(dòng)各地區(qū)、各行業(yè)的可再生能源替代和“雙碳”進(jìn)程。目前，建筑、交通、設(shè)施農(nóng)業(yè)、通信等領(lǐng)域已成為分布式光伏的主要應(yīng)用場(chǎng)景，以“光伏+”的形式實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)與場(chǎng)地、設(shè)施的功能性融合，助力智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)協(xié)同發(fā)展，助力城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施補(bǔ)短板和更新改造。

(一)光伏+建筑

建筑上的分布式光伏系統(tǒng)有安裝式光伏電站(BAPV)和光伏建筑一體化電站(BIPV)兩種形式。應(yīng)用最廣泛的屋頂光伏電站屬于BAPV系統(tǒng);BIPV系統(tǒng)則指將光伏組件作為建材，成為建筑物本身的一部分，例如光伏幕墻、光伏遮陽(yáng)板、直接取代彩鋼瓦屋面的光伏屋面等。

建筑是最常見(jiàn)的負(fù)荷中心，光伏發(fā)電系統(tǒng)就地為建筑供電，自發(fā)自用，既可避免遠(yuǎn)距離輸電造成的電能損耗，又能夠?qū)崿F(xiàn)建筑用電的可再生能源替代，有效降低建筑系統(tǒng)的碳排放。此外，BIPV系統(tǒng)中的光伏構(gòu)件還承擔(dān)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、外觀(guān)裝飾等功能。

(二)光伏+交通

隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，光儲(chǔ)充一體式車(chē)棚成為熱門(mén)的分布式光伏應(yīng)用形式。光伏系統(tǒng)就地為電動(dòng)汽車(chē)充電，余電上網(wǎng)，還可利用分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行能量時(shí)移，平抑光伏發(fā)電波動(dòng)和負(fù)荷波動(dòng)。

公共道路體系中，光伏路燈是應(yīng)用最早、最廣泛的分布式光伏形式。近幾年，光伏公交站臺(tái)、光伏加油站、道路護(hù)坡光伏電站等也大量涌現(xiàn)，還出現(xiàn)了光伏地磚、光伏公路等探索性的應(yīng)用。

(三)光伏+通信

隨著我國(guó)通信服務(wù)覆蓋面的擴(kuò)大和通信技術(shù)更新?lián)Q代，偏遠(yuǎn)地區(qū)通信基站供電不便和基站設(shè)備功耗劇增的狀況越發(fā)突出。因此，為通信基站配套分布式光伏電站，就地供電，可有效降低供電成本，提高供電保障能力。

(四)光伏+設(shè)施農(nóng)業(yè)

在日光溫室、玻璃溫室等種植設(shè)施和牛棚、雞舍等養(yǎng)殖設(shè)施上安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以就地為供暖、供液、照明補(bǔ)光設(shè)備供電，不僅能夠降低用電成本，還能利用余電上網(wǎng)為農(nóng)村帶來(lái)發(fā)電收益，同時(shí)有助于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的碳排放。

(五)分布式光伏的其他應(yīng)用場(chǎng)景

近年來(lái)，各路廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)了形形色色的光伏應(yīng)用產(chǎn)品，例如光伏地?zé)?、光伏智能垃圾箱、光伏帳篷、光伏背包等，以日用、展示、?yīng)急等用途為主。很多共享單車(chē)也安裝了光伏組件，用于給智能車(chē)鎖供電。光伏技術(shù)的日常應(yīng)用已相當(dāng)成熟、普及，未來(lái)還將有更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景被發(fā)掘、拓展。

三、分布式光伏關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方向

(一)分布式光伏系統(tǒng)設(shè)備創(chuàng)新方向

分布式光伏系統(tǒng)通常安裝在建筑上，或與各類(lèi)設(shè)備設(shè)施相結(jié)合，其應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的特性提出了如下需求：

1.作為小規(guī)模、大數(shù)量、高度分散的工程項(xiàng)目，分布式光伏電站的設(shè)計(jì)、建造應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化;

2.靠近生產(chǎn)生活設(shè)施的分布式光伏電站應(yīng)保證安全性;

3.分布式電站的光伏組件常受到周邊建筑和設(shè)施的遮擋，陰影易導(dǎo)致組件產(chǎn)生熱斑，甚至損毀，也會(huì)造成組串內(nèi)各塊組件工作電流差異大，產(chǎn)生“短板效應(yīng)”，顯著降低發(fā)電量，需要從設(shè)計(jì)和設(shè)備兩端充分考慮陰影遮擋的影響，盡可能提高發(fā)電量。

為提高分布式光伏電站，特別是小型戶(hù)用光伏電站的設(shè)計(jì)、施工的標(biāo)準(zhǔn)化程度，即插即用式系統(tǒng)是一種有效的解決方案。將光伏組件、逆變器、小型儲(chǔ)能設(shè)備和電纜、夾具等配件高度集成，并改進(jìn)電氣連接方式，使安裝操作簡(jiǎn)化為直接插接或壓接，不僅能大幅提高施工效率，還能提高安全性。即插即用式系統(tǒng)解決方案的推廣可行性，很大程度上決定了集成系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村住宅和小型建筑物的適用性。

分布式光伏系統(tǒng)作為電氣系統(tǒng)，存在漏電、起火等事故風(fēng)險(xiǎn)。因此，組串級(jí)甚至組件級(jí)的關(guān)斷器有必要推廣應(yīng)用。目前，關(guān)斷器的成本較高，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用規(guī)模較小;統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，降低成本，應(yīng)是重點(diǎn)攻關(guān)方向。BIPV系統(tǒng)相較于常規(guī)的屋頂電站，更靠近于建筑內(nèi)的人員財(cái)物，安全性至關(guān)重要;除電氣安全外，結(jié)構(gòu)安全性、材料環(huán)保性等也應(yīng)是進(jìn)一步研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化的核心關(guān)注點(diǎn)。

由于組串內(nèi)各塊組件的額定電氣參數(shù)有微小差異，受到的陰影遮擋、污穢遮擋等情況也不同，使得輸出電流失配，造成功率損失。而微型逆變器和組件級(jí)優(yōu)化器能使每塊組件工作在最大功率點(diǎn)上，盡可能地減少損失。對(duì)于微型逆變器和組件優(yōu)化器，當(dāng)前的研發(fā)重點(diǎn)包括優(yōu)化最大功率點(diǎn)追蹤算法、提高器件可靠性、降低自身功率損耗、降低成本等。此外，與常規(guī)逆變器類(lèi)似的是，微型逆變器和組件優(yōu)化器也需提高智能化程度。

(二)分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)創(chuàng)新方向

分布式光伏電站地理位置分散，業(yè)主往往不具備光伏專(zhuān)業(yè)知識(shí)，運(yùn)維工作亟需提高自動(dòng)化、智能化、集約化水平，以降低運(yùn)維成本，提升工作效率。

基于逆變器等系統(tǒng)設(shè)備，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通信等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)大量分布式光伏電站進(jìn)行集中統(tǒng)一的監(jiān)控，是最具可行性的技術(shù)路線(xiàn)。監(jiān)控系統(tǒng)不僅實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)發(fā)電量，計(jì)算收益，預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)電走勢(shì);發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，定位故障點(diǎn)，診斷故障類(lèi)型和程度，從而為人員派遣、檢修事項(xiàng)等運(yùn)維工作安排提供輔助決策。同時(shí)，隨著分布式光伏大規(guī)模、高比例接入配電網(wǎng)，為保障電網(wǎng)電能質(zhì)量、運(yùn)行安全，其通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)參與電網(wǎng)智能化調(diào)度也將成為必然趨勢(shì)。

此外，運(yùn)維平臺(tái)移動(dòng)終端、智能清洗機(jī)器人、自動(dòng)化檢測(cè)工具等運(yùn)維設(shè)備也是分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù)創(chuàng)新的重要突破口。

(三)分布式光伏與多種能源的耦合

在建筑級(jí)和園區(qū)級(jí)的微網(wǎng)中，分布式光伏是最常見(jiàn)、最重要的能源之一，與電化學(xué)儲(chǔ)能、供熱/冷、蓄熱/冷及其他負(fù)荷等由能量管理系統(tǒng)集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度管理。分布式光伏作為微網(wǎng)中清潔電能的主要來(lái)源，其隨機(jī)性、波動(dòng)性經(jīng)能量管理系統(tǒng)的控制，由儲(chǔ)能系統(tǒng)予以平抑，其發(fā)電曲線(xiàn)與負(fù)荷曲線(xiàn)的不匹配也由儲(chǔ)能系統(tǒng)予以緩和。通過(guò)這種多能耦合的方式，可實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，助力建筑和園區(qū)的碳減排。

為提高分布式光伏與微網(wǎng)中其他能源和負(fù)荷的匹配性，改善電能質(zhì)量和供電可靠性，降低用電成本，需開(kāi)發(fā)智能化程度更高的能量管理系統(tǒng)，基于氣象數(shù)據(jù)和光伏出力、負(fù)荷等歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行光伏發(fā)電和負(fù)荷功率預(yù)測(cè)，開(kāi)展多時(shí)間尺度的源、荷、儲(chǔ)能量匹配優(yōu)化調(diào)度管理。

包含分布式光伏系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)或交直流混合微電網(wǎng)是建筑級(jí)和園區(qū)級(jí)新能源綜合利用的典型形式。對(duì)于有大量直流負(fù)荷的應(yīng)用場(chǎng)景，采用直流配電系統(tǒng)，能夠更便利地接入分布式光伏和儲(chǔ)能，并且簡(jiǎn)化變換環(huán)節(jié)，減少電能損耗。在電力電子技術(shù)提升、儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)模拓展和能量管理系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，這種“光儲(chǔ)直柔”模式將有效促進(jìn)分布式光伏與用電側(cè)的深度融合。

四、對(duì)推動(dòng)分布式光伏技術(shù)創(chuàng)新的建議

分布式光伏在我國(guó)已獲得了廣泛的應(yīng)用，且隨著“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程推進(jìn)，應(yīng)用規(guī)模還將持續(xù)擴(kuò)大。為有效解決隨之而來(lái)的消納、運(yùn)維等過(guò)程中的問(wèn)題，需從多方面入手促進(jìn)科技創(chuàng)新，大幅提高分布式光伏系統(tǒng)的智能化水平，切實(shí)提升分布式光伏發(fā)電的效率和安全性，從而確保分布式光伏在新型電力系統(tǒng)中能夠大規(guī)模參與平衡，為用電側(cè)提供有力支撐。

(一)政策引導(dǎo)鼓勵(lì)科技創(chuàng)新應(yīng)用

一是國(guó)家政策和地方政策應(yīng)形成上下協(xié)同的體系，在《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021-2025年)》等文件發(fā)布后，地方政策需緊跟國(guó)家導(dǎo)向，積極響應(yīng)，引導(dǎo)落實(shí);二是光伏行業(yè)相關(guān)的各部門(mén)應(yīng)相互協(xié)調(diào)，在支持政策引領(lǐng)下相互配合;三是對(duì)分布式光伏新產(chǎn)品和新技術(shù)的研發(fā)可予以獎(jiǎng)勵(lì)、補(bǔ)貼、減稅等財(cái)政支持，通過(guò)設(shè)立研發(fā)平臺(tái)、建設(shè)示范項(xiàng)目等多種措施，加大鼓勵(lì)力度。

(二)完善標(biāo)準(zhǔn)體系，統(tǒng)一技術(shù)口徑

對(duì)于不斷推出的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新設(shè)計(jì)、新做法，要加快標(biāo)準(zhǔn)制定的速度，保證創(chuàng)新的工程應(yīng)用有據(jù)可依。對(duì)于研發(fā)程度已較為成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)層面盡可能統(tǒng)一技術(shù)口徑，從而引導(dǎo)新技術(shù)和新產(chǎn)品具備較強(qiáng)的普適性，降低從創(chuàng)新研發(fā)到大規(guī)模應(yīng)用過(guò)程中的行業(yè)磨合成本。此外，鼓勵(lì)我國(guó)光伏從業(yè)人員積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，為我國(guó)光伏領(lǐng)域研發(fā)創(chuàng)新成果在國(guó)際上的推廣應(yīng)用爭(zhēng)取更廣闊的空間。

(三)發(fā)揮實(shí)證作用，確保安全可行

因靠近用戶(hù)，項(xiàng)目小而分散，分布式光伏電站的安全性和易用性至關(guān)重要。因此，有必要建設(shè)可提供各種氣候環(huán)境條件和應(yīng)用需求條件的實(shí)證平臺(tái)，在創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品大規(guī)模推廣之前，充分試用，以確保其安全、可行、易用。

(四)凝聚行業(yè)力量，集中火力攻關(guān)

應(yīng)發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、聯(lián)盟等行業(yè)組織的作用，群策群力，在分布式光伏技術(shù)創(chuàng)新的方向和內(nèi)容上達(dá)成一定的共識(shí)，從而引導(dǎo)行業(yè)內(nèi)集中火力在亟需攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)上，盡快取得突破。