光伏并网发电系统存在的问题及关键技术
光伏发电系统可分为独立式、并网式和混合式3种运行方式。并网式光伏系统与独立式光伏系统相比，其可以利用电网中的输电线路实现电能的远距离传输，有电网电能支撑，基本不需要考虑负载特性。我国光伏并网发电系统呈现出“大规模开发、中高压接入”和“分散开发、低电压就地接入”两种发展方式，所以我国的光伏并网发电系统可以分为集中式和分布式两种类型。
1 分布式、集中式光伏并网发电系统的特点及存在的问题
1.1 分布式、集中式光伏系统的特点
分布式光伏并网发电系统位于用户侧，发电供给当地负荷，是智能电网和微电网的接口，具有占地面积小、运行方式灵活等优点，主要应用在房屋屋顶、建筑物、温室大棚、鱼塘水泵和路灯等场合。集中式光伏并网发电系统主要是指大型的光伏发电站，作为大容量的电源直接给高压输电系统进行送电，一般建设在沙漠之中，具有选址灵活，建设周期短，出力稳定，运行方式灵活，容易参加电网的调压、调频，运行成本低等优点。
1.2 分布式、集中式光伏系统存在的共性问题
目前，分布式、集中式光伏系统存在的共性问题如下：
(1)光伏阵列优化配置问题。安装光伏阵列前应该根据设计要求和周围环境等因素对组件选型、组件安装倾斜角、阵列拓扑结构等方面加以优化，从而提高光伏阵列的发电效率。
(2)光伏阵列的温升、失配和热斑现象。光伏阵列长期工作在室外露天场合，随着时间积累光伏组件表面会积下尘土，甚至有树叶、鸟类的排泄物，有时组件受到周围建筑物、树木等遮挡，遮挡下组件的温度会明显升高，随着组件温度的升高，其输出电压、功率会降低。这些情况都会导致光伏阵列处于失配运行状态，严重情况下发生热斑效应，降低了组件的使用寿命。
(3)光伏阵列的输出特性呈现多峰值特征。光伏阵列有时可能采用不同型号的光伏组件进行组合，或者即使组件型号相同，由于云层、尘土和老化等原因导致组件之间不匹配，使其输出特性呈现多峰值特征。为了提高光伏阵列的发电效率，研究具有全局寻优能力的MPPT算法显得尤为重要，这也是本论文研究的核心内容。
(4)光伏系统并网后引发电能质量的问题。由于光伏系统具有随机性、波动性和间歇性，同时使用了大量的功率开关器件，会给电网带来一系列的电能质量问题。比如电网潮流方向发生变化、电网电压波动和谐波污染等。所以研究光伏并网系统的电能质量问题将成为光伏发电技术新的研究热点。
1.3 集中式光伏系统存在特有的问题
目前，集中式光伏系统存在特有的问题如下：
(1)大面积光伏阵列的清理。光伏阵列长期工作在露天场地，组件表面会被鸟粪等杂质覆盖，造成组件的发电量严重下降，所以应该及时的清理光伏阵列表面的附着物。对于大型光伏电站有大面积的光伏阵列，靠人力来完成组件的清洗任务，效率太低、安全性较差。所以设计一套能够自动完成光伏组件清理的机器设备具有很强的现实意义。
(2)逆变器的非理想性特性。集中式大型光伏电站需要多台逆变器并联运行，由此产生的环流、谐波放大等现象，降低了逆变器的转换效率。
2 分布式、集中式光伏系统的关键技术
2.1 分布式、集中式光伏系统共有的关键技术
为保证分布式、集中式光伏系统安全、可靠的运行，其共同需要的关键技术如下：
(1)最大功率点跟踪技术。光伏电池的输出特性具有明显的非线性特征，在均匀光照下其P-U输出特性曲线存在唯一的最大功率点，为了提高光伏发电效率，运用MPPT技术使光伏系统工作在最大功率点处是非常必要的。
(2)全局最大功率点跟踪控制技术。光伏阵列在局部阴影下其P-U特性曲线呈现多峰值特征，为了提高光伏发电效率，需要全局MPPT技术实现全局寻优。
(3)光伏阵列热斑检测技术。针对热斑效应会对光伏电池产生严重的损害，需要热斑检测技术实现组件热斑检测和准确定位。
(4)光伏变换控制技术。主要包括逆变、并网控制和安全保护等技术，对于容量较小的光伏系统，如何提高逆变器的工作效率，减小能量损失是光伏变换控制技术的一个发展方向；对于大容量光伏系统的逆变器除了实现基本逆变、并网和保护等功能外，还要求其单体容量大、电压等级高，输出电能质量好，抗干扰能力强等特点。
(5)孤岛检测技术。具备孤岛保护功能是光伏系统能否并网的一个关键条件，要求孤岛检测技术具有较小的检测盲区和较强抗干扰能力。
2.2 集中式光伏系统特有的关键技术
集中式光伏系统特有的关键技术主要有：
(1)低电压穿越技术。对于大型光伏变电站，当光伏电站并网点电压跌落时，光伏电站并不立即退出运行，而是继续与电网相连，并对电网提供一定的支持，帮助电网电压恢复，具备低电压穿越能力将成为并网逆变器的核心技术。对于大型光伏电站必须有孤岛检测和低电压穿越功能，但是这两项功能相互之间具有一定的矛盾，如何共同实现这两项功能值得去研究。
(2)逆变器集群统一控制技术。通过对多台逆变器进行统一控制与协作以减小逆变器之间不利的影响，完成孤岛检测、低电压穿越、通信等功能。
2.3 光伏发电效率问题
通过上文分析可知，光伏系统普遍存在发电效率低的问题。影响光伏发电效率的因素有：光伏电池的光电转换效率、太阳光辐射的角度和光伏电池的工作点。其中，光伏电池的光电转换效率和太阳光追踪器本论文不进行研究。运用MPPT控制技术使光伏阵列工作在最大功率输出状态，可以显著提高光伏发电效率，是本论文研究的主要内容。
提高光伏发电效率面临的主要问题有：
(1)随着光伏发电技术的普遍应用，光伏阵列所处的环境也变得复杂。光伏阵列中某些组件可能会受到丛云、周围建筑物和树木的阴影；树木的落叶、鸟禽的排泄物和杂物可能会遮挡组件中某些光伏电池元。处于遮挡下的光伏电池反而要消耗其他正常光伏电池提供的能量，使其温度升高，输出功率严重下降，为了全面了解复杂阴影下光伏组件及阵列的工作状态，有必要对复杂阴影下的光伏发电效能进行研究。
(2)处于遮挡下的光伏电池不仅造成输出功率严重下降，还会使其温度升高，久而久之会发生热斑效应。为了保护光伏组件，在光伏电池元两端并联旁路二极管，虽然在一定程度上限制了热斑效应对组件的损坏，但是造成在局部阴影下光伏阵列的功率输出特性呈现多峰值特征，造成常规的MPPT算法可能会发生跟踪失效，因此需要研究具有全局寻优能力的MPPT算法对于提高光伏发电效率具有重要的现实意义。