淺談太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

裴春娥

摘 要：經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使能源消耗量不斷增加，目前全球能源都面臨著非常緊張的態(tài)勢，在這種情況下，利用新能源可以有效的緩解當(dāng)前能源緊張的局面。近年來，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得以越來越廣泛的應(yīng)用，而且其技術(shù)也日益成熟，其作為新源應(yīng)用技術(shù)的一種，為緩解當(dāng)前電力的緊缺情況發(fā)揮了極其重要的作用。文中從光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計入手，對采用光伏并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)考慮的問題進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；并網(wǎng)技術(shù)；設(shè)計；問題；發(fā)電量

前言

太陽能光伏發(fā)電是利用太陽電池組成光伏板，太陽電池由半導(dǎo)體材料組成，可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，而利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)又可以將由太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電與電網(wǎng)耦合。近年來太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在廣泛的應(yīng)用過程中已日益成熟，而且其運行方式也開始向多樣化的方向發(fā)展，不僅可以獨立運行，而且還可以并網(wǎng)運行，為當(dāng)前電力市場注入了新鮮的生命力，在保護(hù)環(huán)境的同時，也確保了充足的電能供應(yīng)。

1 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計

1.1 子系統(tǒng)組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由光伏模塊子系統(tǒng)、直流配電監(jiān)測系統(tǒng)和逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)三部分組成，通過并網(wǎng)逆變器把所產(chǎn)生的三相交流電接到升壓變電器上，然后再將其接入電網(wǎng)中。

1.2 主設(shè)備選型

逆變器作為光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)中的主要設(shè)備之一，通常所選擇的單臺逆變器的容量越大，反而單位造價越低，但大容易的單臺逆變器一旦發(fā)生故障，則會給整個系統(tǒng)帶來較大的沖擊。因此在對并網(wǎng)逆變器進(jìn)行選擇時，通常都是會根據(jù)光伏系統(tǒng)的實際情況來進(jìn)行，選擇額定容量相適合的逆變器，而且還要具有相關(guān)的保護(hù)功能。另外還需要直流配電監(jiān)測裝置，其將光伏電池組件直接與逆變器相連，實現(xiàn)對光伏電池內(nèi)電流的監(jiān)測，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，而且并網(wǎng)的逆變器也可以分散成獨立并網(wǎng)的形式存在。

1.3 升壓系統(tǒng)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的是380V交流電，其需要通過變壓器升壓后才能入網(wǎng)，所以需要選擇升壓變壓器，升壓變壓器的選擇由光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量決定，通常以箱型干式變壓器作為其選擇的標(biāo)準(zhǔn)。升壓變電站通常分上、下兩層進(jìn)行設(shè)置，上層作為逆變室，將逆變器監(jiān)控屏設(shè)置在內(nèi)，而將下層作為配電室。升壓變電站內(nèi)還需要高低壓進(jìn)線柜，在選擇時以中置式空氣絕緣和低壓抽出式開關(guān)柜為主，同時還要有計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過對升壓變電站的運行狀況進(jìn)行有效的監(jiān)測，不僅對發(fā)電量及電壓、電流及鐵心和線圈的溫度信息進(jìn)行監(jiān)測，同時還可以使多路逆變器在內(nèi)部群控器的控制下進(jìn)行同步運行，實現(xiàn)對多臺逆變器的投切進(jìn)行控制器，可以有效的提高逆變器的使用壽命，降低低載損耗。

1.4 保護(hù)措施

在高溫情況下，升壓變壓器可以進(jìn)行跳閘保護(hù)，在發(fā)生過電流和過電壓時高壓和低壓開關(guān)柜內(nèi)的測控保護(hù)裝置則可以進(jìn)行自動保護(hù)。而對于電壓過高、不足，頻率不穩(wěn)等情況時，電容器開關(guān)柜內(nèi)的測控保護(hù)裝置則會充分發(fā)揮作用。同時在低壓進(jìn)線開關(guān)處還設(shè)有過流跳閘功能。當(dāng)發(fā)生極性反接、孤島效應(yīng)及負(fù)載過重時，在太陽能光伏系統(tǒng)中逆變器可以實現(xiàn)自動脫離，避免系統(tǒng)受到損毀。

1.5 防雷接地

雷電作為一種自然現(xiàn)象，為了有效的避免發(fā)生雷擊的可能性，則應(yīng)在升壓變電站的屋頂及光伏電池組件上安裝環(huán)形避雷帶，通過獨立引下線來完成。同時還要在電氣設(shè)備上進(jìn)行接地裝置的安裝，做好設(shè)備外殼的接地，這樣不僅有效的保證了設(shè)備的安全，而且也保護(hù)了操作人員工作的安全。

2 采用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)考慮的問題

2.1 電壓波動問題

光照強(qiáng)度影響著光伏發(fā)電裝置的輸出功率。光照強(qiáng)度受日照、季節(jié)、天氣等自然因素的影響會導(dǎo)致輸出功率不穩(wěn)定。《電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定》中明確電壓允許偏差值范圍是-7%～+7%。在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需考慮瞬間從電網(wǎng)中脫離對系統(tǒng)電壓的影響。

2.2 諧波問題

利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電時，其所產(chǎn)生的電能為直流電，而且將直流電轉(zhuǎn)化了交流電的過程中，則會有大量諧波產(chǎn)生，因此為了有效的控制好畸變率，則需要進(jìn)行必要的檢測。利用光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)時，將其產(chǎn)生的直流電并入電網(wǎng)時，則會導(dǎo)致電壓畸變率產(chǎn)生，但這時所產(chǎn)生的電壓畸變率還處于國家電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，不存在超標(biāo)的問題。但在電壓變?nèi)腚娏鬟^程中由于在接入點會有大量的諧波疊加在一起，這時就極易導(dǎo)致畸變率超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，所以進(jìn)行實際檢測是必須進(jìn)行的一個環(huán)節(jié)。

2.3 無功平衡問題

光伏發(fā)電系統(tǒng)在安裝適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償裝置后，能達(dá)到較高的電力功率因數(shù)，基本在0.98以上，接近純有功輸出。假如光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過逆變器并網(wǎng)升壓至10kv入網(wǎng)，要求系統(tǒng)入網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92～0.98，光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)按裝機(jī)容量的60%配置無功補(bǔ)償裝置。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電量

3.1 光伏電池安裝方向

在利用光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電時，其發(fā)電量的高低受到光伏電池朝向的限制，根據(jù)在實踐工作中的經(jīng)驗表明，安裝在向南傾斜緯度角的光伏電池其所產(chǎn)生的發(fā)電量處于最高的水平，而安裝于其他方向的光伏電池其發(fā)電量則有不同程度的降低，所以在對光伏電池進(jìn)行安裝時，需要對其安裝方向進(jìn)行注意，確保實現(xiàn)發(fā)電量的最高。

3.2 光伏電池的溫升

光伏電池通常都是由晶體硅構(gòu)成的，這種材料的電池在溫度超過27℃時，則溫度如果再繼續(xù)升高，則會導(dǎo)致功率發(fā)生一定的損失，而且每升高1℃，功率的損失則會增加。這就需要確保光伏電池在安裝過程中需要對其所處的環(huán)境進(jìn)行考慮，確保其具有良好的通風(fēng)，盡量避免導(dǎo)致溫度升高的因素發(fā)生，確保發(fā)電功率處于最佳水平。

3.3 輻射量

光伏電池的輻射量受到太陽光子分布的影響較大，在不同時段內(nèi)太陽光子分布也不確定，所以必然導(dǎo)致太陽輻射量的不同，所以為了獲取使光伏電池組能夠最大程度的獲取太陽輻射量，則需要利用氣象臺提供的太陽輻射量，再根據(jù)光伏電池組的傾斜角度來對太陽輻射量進(jìn)行估算。

3.4 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的效率

光伏電池組效率。光伏電池組在1kW/m2光輻強(qiáng)度下，直流實際輸出功率與理論輸出功率之比。光伏電池組在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失主要受光伏電池組串并聯(lián)損耗、溫度、連接電纜線損等影響。其中光伏電池組串并聯(lián)損耗約為4%，連接電纜線損約為3%，光伏電池對太陽光反射損耗約為6%。

逆變器的轉(zhuǎn)換效率。即交流輸出功率與直流輸入功率之比，約為90%。

入網(wǎng)傳輸效率。入網(wǎng)傳輸效率指系統(tǒng)輸送至電網(wǎng)的傳輸效率，主要受升壓變壓器性能影響。

4 結(jié)束語

近年來，對新能源的開發(fā)和研究力度在不斷加大，由于全球能源陷入緊缺的局面，對新能源的尋找變得更為迫切，而通過利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)可以有效的緩解當(dāng)前電能緊張的狀況，隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的成熟，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)和高效的運行，這對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，滿足社會能源的消耗需求都將起到極其重要的作用。

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