2021年加卅光伏不稳定电源容量

​8月中旬，美国加州经历了19年来首次滚动停电。加州独立系统运营商发出警告， 由于电网吃紧，需要采取分区滚动式停电模式来防止电网崩溃。 消息一出，引发关注。正值美国大选之际，这一话题瞬间被政治化。据媒体报道，停电事件中，超过100万人失去了电力供应。

目前的初步原因汇总显示：停电是多种概率事件同时发生造成的，其中包括天然气机组的宕机；高温天气跨区联络线过热限流，部分老化线路容量不足；风电场宕机等等。系统调度与监管机构对于系统是否购置了足够充足的备用仍旧存在认定上的争论。

上一次加州下令滚动停电是在2001年能源危机期间。 从1月到5月，发生多次停电，其中一次影响150多万客户，其原因是能源短缺和能源批发商操纵市场合力发挥作用的结果。

加州州长纽森（Gavin Newsom）强调，加州电力短缺是“不可接受的”。他将电力短缺归因于加州从污染性的天然气过渡到太阳能、风力发电等“清洁”能源的结果，因为太阳下山之后或无风时，无法发电。他承诺释出更多能源，也将对电力短缺进行全面调查。纽森表示， 由于过去几天创纪录的高温，用电需求大增， 曝露 出可再生能源的不足。

光伏发电出力特性会给电网安全稳定运行造成巨大影响。截至2019年年底，美国加州光伏发电的装机容量为2740万千瓦，占美国光伏发电总装机容量比例约36%，居全美第一。光伏发电量通常情况下占加州总发电量的比例约为20%。

在高比例光伏发电接入的情况下，加州净负荷曲线为“鸭型”曲线，即负荷曲线在中午前后到达低点，在15时之后开始上升，负荷曲线峰谷差大，这为加州电力调度带来困难。

为此， 加州一直非常重视需求响应发展，通过相关激励手段调动负荷侧灵活资源积极性，以解决电力供需矛盾。 然而，此次罕见热浪袭击加州，加之疫情影响，居民大多居家，空调负荷等温度调节负荷激增，大大激化了原有的电力供需矛盾。

本次加州轮流停电事件一方面说明， 光伏发电、风电等电源出力具有波动性、反调峰性，对电网安全稳定运行造成的威胁不可忽视 。高比例新能源发电接入的情形下，亟须开展电力电子化电力系统稳定性基础分析、电力电子化电源的宽频带振荡特性等基础理论研究，完善电力系统稳定计算标准体系，突破海量超电磁暂态仿真技术瓶颈，提高电网仿真分析能力，支撑深度认知电网特性。

另一方面，本次加州轮流停电事件中，高比例光伏发电接入、罕见高温、疫情居家等多因素交织，充分表明在电网安全运行中，考虑单一因素具有一定的局限性，多种情景叠加则进一步考验电网供电能力。 电网企业需在规划、运行、营销乃至应急等环节充分考虑综合因素，确保供电可靠。

随着分布式电源、储能系统、新能源 汽车 等领域相关技术不断发展， 负荷侧灵活资源有着极大的开发利用空间 。我国经过多年摸索，在负荷侧灵活资源利用上取得了显著成效。据相关研究，我国负荷侧灵活资源超过2亿千瓦，通过相关政策、机制挖掘这些资源价值，意义重大。

电力服务具有普惠特点，涉及民生问题。本次加州轮流停电事件中，电力供需紧张在电力及上游能源市场上造成了一系列连锁影响。 电价快速上涨加重了防疫期间居民、企业的经济负担，对经济 社会 发展造成巨大影响。

反观国内，在防控新冠肺炎疫情期间，电网企业主动担当，坚决执行国家降低电价政策，有力支撑“六稳”“六保”目标实现，充分体现出我国的制度优势。可见，我国电网 健康 发展需要坚持制度自信，发挥“六个力量”，为经济 社会 发展和民生改善提供有力保障。

1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应(简称光伏现象)。

1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒(Se)的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池。

1883年美国发明家charlesFritts描述了第一块硒太阳能电池的原理。

1904年Hallwachs发现铜与氧化亚铜(Cu/Cu2O)结合在一起具有光敏特性德国物理学家爱因斯坦(AlbertEinstein)发表关于光电效应的论文。

1918年波兰科学家Czochralski发展生长单晶硅的提拉法工艺。

1921年德国物理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔(Nobel)物理奖。

1930年B.Lang研究氧化亚铜/铜太阳能电池，发表“新型光伏电池”论文W.Schottky发表“新型氧化亚铜光电池”论文。

1932年Audobert和Stora发现硫化镉(CdS)的光伏现象。

1933年L.O.Grondahl发表“铜-氧化亚铜整流器和光电池”论文。

1941年奥尔在硅上发现光伏效应。

1951年生长p-n结，实现制备单晶锗电池。

1953年Wayne州立大学DanTrivich博士完成基于太阳光普的具有不同带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。

1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象，(RCA:RadioCorporationofAmerica，美国无线电公司)。

贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson报道4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现，几个月后效率达到6%。(贝尔实验室三位科学家关于单晶硅太阳电池的研制成功)

1955年西部电工(WesternElectric)开始出售硅光伏技术商业专利，在亚利桑那大学召开国际太阳能会议，Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品，电池为14mW/片，25美元/片，相当于1785USD/W。

1956年P.Pappaport，J.J.Loferski和E.G.Linder发表“锗和硅p-n结电子电流效应”的文章。

1957年Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%D.M.Chapin，C.S.Fuller和G.L.Pearson获得“太阳能转换器件”专利权。

1958年美国信号部队的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，这对太空电池很重要Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%第一个光伏电池供电的卫星先锋1号发射，光伏电池100c㎡，0.1W，为一备用的5mW话筒供电。

1959年Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%，并通过用网栅电极来显著减少光伏电池串联电阻卫星探险家6号发射，共用9600片太阳能电池列阵，每片2c㎡，共20W。

1960年Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。

1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳能电池功率14W。

1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳能电池功率14W。

1962年第一个商业通讯卫星Telstar发射，所用的太阳能电池功率14W。

1963年Sharp公司成功生产光伏电池组件日本在一个灯塔安装242W光伏电池阵列，在当时是世界最大的光伏电池阵列。

1964年宇宙飞船“光轮发射”，安装470W的光伏阵列。

1965年PeterGlaser和A.D.Little提出卫星太阳能电站构思。

1966年带有1000W光伏阵列大轨道天文观察站发射。

1972年法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电。

1973年美国特拉华大学建成世界第一个光伏住宅。

1974年日本推出光伏发电的“阳光计划”Tyco实验室生长第一块EFG晶体硅带，25mm宽，457mm长(EFG:EdgedefinedFilmFed-Growth，定边喂膜生长)。

1977年世界光伏电池超过500KWD.E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.Spear的1975年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池。

1979年世界太阳能电池安装总量达到1MW。

1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试。

1981年名为SolarChallenger的光伏动力飞机飞行成功。

1982年世界太阳能电池年产量超过9.3MW。

1983年世界太阳能电池年产量超过21.3MW名为SolarTrek的1KW光伏动力汽车穿越澳大利亚，20天内行程达到4000Km.

1984年面积为929c㎡的商品化非晶硅太阳能电池组件问世。

1985年单晶硅太阳能电池售价10USD/W澳大利亚新南威尔土大学MartinGreen研制单晶硅的太阳能电池效率达到20%。

1986年6月，ARCOSolar发布G-4000———世界首例商用薄膜电池“动力组件”。

1987年11月，在3100Km穿越澳大利亚的PentaxWorldSolarChallengePV-动力汽车竞赛上，GMSunraycer获胜，平均时速约为71km/h。

1990年世界太阳能电池年产量超过46.5MW。

1991年世界太阳能电池年产量超过55.3MW瑞士Gratzel教授研制的纳米TiO2染料敏化太阳能电池效率达到7%。

1992年世界太阳能电池年产量超过57.9MW。

1993年世界太阳能电池年产量超过60.1MW。

1994年世界太阳能电池年产量超过69.4MW。

1995年世界太阳能电池年产量超过77.7MW光伏电池安装总量达到500MW。

1996年世界太阳能电池年产量超过88.6MW。

1997年世界太阳能电池年产量超过125.8MW。

1998年世界太阳能电池年产量超过151.7MW多晶硅太阳能电池产量首次超过单晶硅太阳能电池。

1999年世界太阳能电池年产量超过201.3MW美国NREL的M.A.Contreras等报道铜铟锡(CIS)太阳能电池效率达到18.8%非晶硅太阳能电池占市场份额12.3%。

2000年世界太阳能电池年产量超过399MWWuX.，DhereR.G.，AibinD.S.等报道碲化镉(CdTe)太阳能电池效率达到16.4%单晶硅太阳能电池售价约为3USD/W。

2002年世界太阳能电池年产量超过540MW多晶硅太阳能电池售价约为2.2USD/W。

2003年世界太阳能电池年产量超过760MW德国FraunhoferISE的LFC(Laserfired-contact)晶体硅太阳能电池效率达到20%。

2004年世界太阳能电池年产量超过1200MW德国FraunhoferISE多晶硅太阳能电池效率达到20.3%非晶硅太阳能电池占市场份额4.4%，降为1999年的1/3，CdTe占1.1%而CIS占0.4%。

2005年世界太阳能电池年产量1759MW。

中国太阳能发电发展历史

中国作为新的世界经济发动机，光伏业业呈现出前所未有的活力。大量光伏企业应运而生，现在光伏产量已经达到世界领先水平。现在OFweek太阳能光伏网带大家来回顾下中国太阳能发展历史：

1958，中国研制出了首块硅单晶

1968年至1969年底，半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中，研究人员发现，P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射，造成电池衰减，使电池无法长时间在空间运行。

1969年，半导体所停止了硅太阳电池研发，随后，天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。

1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。

1998年，中国政府开始关注太阳能发电，拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。

2001年，无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功，2002年9月，尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。

2003到2005年，在欧洲特别是德国市场拉动下，尚德和保定英利持续扩产，其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产迅速增长。

2004年，洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉，以此为基础，2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产，从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。

2007，中国成为生产太阳电池最多的国家，产量从2006年的400MW一跃达到1088MW。

2008年，中国太阳电池产量达到2600MW。

2009年，中国太阳电池产量达到4000MW。

2006年世界太阳能电池年产量2500MW。

2007年世界太阳能电池年产量4450MW。

2008年世界太阳能电池年产量7900MW。

2009年世界太阳能电池年产量10700MW。

2010年世界太阳能电池年产量将达15200MW。

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40min照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源，而且太阳能发电绝对干净，不产生公害，所以太阳能被誉为理想的能源。

（1）太阳能发电的优点

从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：

①无枯竭危险。

②绝对干净（无公害）。

③不受资源分布地域的限制。

④可在用电处就近发电。

⑤能源质量高。

⑥使用者从感情上容易接受。

⑦获取能源花费的时间短。

不足之处是：

①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积。

②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

（2）太阳能发电存在的问题

太阳能光伏发电还存在一些有待攻克的“弱点”。它的主要问题有以下几个方面。

①光电转化率很低。根据太阳能发电的基本原理，太阳光电池主要功能是将光能转换成电能，称之为光伏效应。这就使得我们在选取太阳能电池板原材料的时候，必须充分了解太阳光谱成分及其能量分布状况，必须考虑到材料的光导效应及如何产生内部电场，不仅要考虑材料的吸光效果，还要考虑它的光导效果。从目前太阳能发电的情况来看，即使采用目前最高效的材料进行光电转换，效率仍然很低，材料的选取仍旧是个有待提高的突破点。目前太阳能电池光电转化效率一般为10%～15%，因此，如何提高太阳能光伏发电的转换效率是我国及世界有关研究组织一直以来科技攻关的难题。

②光伏电池生产过程中存在高污染。从目前的实际状况来看，以单晶硅或多晶硅为主要原料的太阳能电池板正越来越多地点缀于城市建筑的屋顶、墙壁，成为一座座所谓“清洁无污染”的太阳能电站。然而，在这种被称为“绿色电站”的身后，却“隐藏”着一系列高能耗、高污染的生产过程。即使作为第三代太阳能电池的染料敏化电池来说，虽然它最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据科学家估算，它的成本仅相当于硅电池板的1/10。但是此类电池的效率随面积放大而降低。这一点又与太阳能发电需要充足的日照和广域的面积相矛盾。

③所需光照受天气影响较大。太阳能发电所需的必要条件是光照指数，如果在阳光不太充足的多云天气或雨雪天气里，太阳光伏效应转换的效率会大幅度降低，难以满足向用电系统连续供电。

④光伏发电成本过高。在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但其成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。最近，SunPower（美国加州）公司研制的太阳能电池板效率达到22%，尽管其光电转化效率非常可观，但由于受原料价格和提纯工艺的限制，发电成本过高。所以太阳能发电系统仍需要人们不断地探索与完善。