光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分析

王玄偉 徐振虎

摘 ? 要：伴隨我國電力及布網(wǎng)發(fā)展不斷提速，光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)作為現(xiàn)階段我國優(yōu)化電網(wǎng)布局及降低消耗的重要方式，其重要性不言而喻。通過近年來大多研究發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)性與創(chuàng)新性對降低電能消耗、優(yōu)化電量供應(yīng)影響頗大。本次研究將對光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析，為下一步工作開展提供依據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 ?并網(wǎng)技術(shù) ?優(yōu)化電量

中圖分類號：TM612 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0050-02

“并網(wǎng)技術(shù)”是當(dāng)下影響我國電力發(fā)展及能源轉(zhuǎn)換的重要模式之一，具有較大的意義和影響。然而現(xiàn)階段有關(guān)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)研究相對較少，基于該問題現(xiàn)狀，要求用行之有效的方法對其進(jìn)行分析研究，如光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)、用電負(fù)荷分析（以某寫字樓為實(shí)際案例）、光伏組件設(shè)計(jì)選型等，本次研究對光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析，有十分重要的理論意義。

1 ?光伏發(fā)電概述

隨著我國能源開發(fā)及節(jié)耗工作順利開展，電能作為當(dāng)下重要的清潔能源能源。對人們正常的工作學(xué)習(xí)、生活生產(chǎn)發(fā)揮著極為重要的作用。伴隨科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，“光伏發(fā)電”應(yīng)運(yùn)而生。光伏發(fā)電不是單一片面的簡單流程，而是需要對其進(jìn)行更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。光伏發(fā)電主要是指通過光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)過程。在該轉(zhuǎn)換過程中主要是通過光伏組件完成，其后通過逆變器進(jìn)行整流逆變，最后介入其電網(wǎng)、負(fù)荷當(dāng)中。其中，太陽能電池陳列在其作用發(fā)揮與功能體現(xiàn)方面較為明顯，也是該系統(tǒng)的主要能源核心元件之一。高效的逆變器將光伏電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)及電氣設(shè)備要求的交流電，MBBT的跟蹤應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了綜合轉(zhuǎn)化效率的最大化。控制器主要負(fù)責(zé)對整體系統(tǒng)進(jìn)行有效控制、調(diào)度等。蓄電池主要負(fù)責(zé)對電能進(jìn)行及時(shí)存儲，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行負(fù)載供電。因此，從光伏發(fā)電的原理及層面角度來看，各系統(tǒng)配置及組件間具有較好的協(xié)同及控制關(guān)系。通過分析后發(fā)現(xiàn)，光伏電池組件的輸出方式主要為非線性模式，具有一定的恒壓源特征[1]。

2 ?并網(wǎng)技術(shù)分析

經(jīng)過多年發(fā)展，并網(wǎng)技術(shù)主要有兩種分類方法，一種是分為有逆流并網(wǎng)和無逆流并網(wǎng)技術(shù)，另一種分為集中并網(wǎng)和分布式并網(wǎng)技術(shù)。

有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，該并網(wǎng)系統(tǒng)主要以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為主要核心，其并網(wǎng)方式下，當(dāng)其電能處于充裕情況下，可對其剩余電能進(jìn)行有效利用，將其并入到公共電網(wǎng)當(dāng)中，而當(dāng)其太陽能出現(xiàn)供電不足時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電能向負(fù)載供電方式轉(zhuǎn)變。

無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，該并網(wǎng)系統(tǒng)也是與上述系統(tǒng)不同之處在于其獨(dú)立性，通常不會向其公共電網(wǎng)進(jìn)行供電，而當(dāng)其太陽能光伏系統(tǒng)出現(xiàn)供電含量不足的情況后，公共電網(wǎng)會及時(shí)對其負(fù)載進(jìn)行供電。無逆流的光伏發(fā)電系統(tǒng)加裝了防逆流裝置，光伏系統(tǒng)發(fā)出來的電用戶自己用不完，只能選擇關(guān)掉一部分光伏發(fā)電裝置，多余的電不能上傳電網(wǎng)。但如果用戶的光伏發(fā)電供應(yīng)不足時(shí)，電網(wǎng)的電是可以隨時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來的，所以，這種方案的光伏并網(wǎng)在計(jì)算安裝多大功率時(shí)，是寧愿只安裝總負(fù)載的80%左右的功率。

此外，切換型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及帶儲能型光伏發(fā)電系統(tǒng)是在上述兩種并網(wǎng)類型基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性應(yīng)用。

集中并網(wǎng)技術(shù)，該并網(wǎng)技術(shù)是將所產(chǎn)生的電能直接被其電網(wǎng)進(jìn)行利用，大電網(wǎng)在對其用戶進(jìn)行供電過程中主要以統(tǒng)一協(xié)同為主。其特點(diǎn)為單向電力交換。集中并網(wǎng)技術(shù)主要適用于相對大型光伏電站的并網(wǎng)活動(dòng)，且離負(fù)荷點(diǎn)距離相對較遠(yuǎn)，通過分析該方式主要適用于容量相對較大的光伏電站并網(wǎng)采納?？紤]土地高效利用的因素，這類電站已大量應(yīng)用于荒漠、山地、平原、水面等場景。

分散并網(wǎng)技術(shù)，該該技術(shù)也稱其為“分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”。該技術(shù)是指將所產(chǎn)生及傳輸?shù)碾娔茉谟秒娯?fù)載上進(jìn)行直接配置、規(guī)劃，而對其不足及多余電量主要采用聯(lián)通大電網(wǎng)形式進(jìn)行有效調(diào)整。其特點(diǎn)為電力交換方式為雙向模式。且較為適用于小規(guī)模、且小范圍光伏發(fā)電系統(tǒng)。此類電站與電力用戶結(jié)合緊密，多應(yīng)用于工廠車間屋面，商業(yè)建筑外墻，互補(bǔ)農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等，具有創(chuàng)新性強(qiáng)、靈活簡單易于開發(fā)建設(shè)等特點(diǎn)。本文案例主要選擇分散并網(wǎng)技術(shù)。

3 ?分布式發(fā)電系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案

3.1 光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

通過對相關(guān)資料整理分析后發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為并網(wǎng)型、離網(wǎng)型兩種。其中，能夠與其公共電網(wǎng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的稱其為并網(wǎng)類型。其可以進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行并與其電網(wǎng)不發(fā)生關(guān)聯(lián)關(guān)系的為離網(wǎng)類型。離網(wǎng)類型系統(tǒng)主要適用于較為偏遠(yuǎn)地域、地區(qū)，且該地區(qū)范圍中必須不具備公共電網(wǎng)系統(tǒng)。離網(wǎng)類型系統(tǒng)對其儲能設(shè)備的要求相對較高。并網(wǎng)類型系統(tǒng)恰恰與離網(wǎng)類型系統(tǒng)相反，往往建設(shè)在離公共電網(wǎng)較近的地區(qū)，并公共電網(wǎng)具有一定的依賴性。并網(wǎng)類型系統(tǒng)的最大功能是可以實(shí)現(xiàn)其光能的轉(zhuǎn)變及并入，將光伏電能并入到電網(wǎng)中去，使公共電網(wǎng)系統(tǒng)可以獲取大量電能。且對存儲系統(tǒng)的依賴性相對較低。該系統(tǒng)主要選擇并網(wǎng)類型光伏發(fā)電設(shè)備，其具體運(yùn)行模式如下：第一、該系統(tǒng)白天可以通過太陽能電池板進(jìn)行快速發(fā)電，為周邊建筑及區(qū)域進(jìn)行及時(shí)供電。當(dāng)其供電量過剩或充裕時(shí)，進(jìn)行自主型充電，主要以蓄電池組充電為主。待其蓄電池組充滿后將其剩余電能進(jìn)行電網(wǎng)輸送。待其天氣不好，如陰雨、無光等情況下在有其蓄電池組進(jìn)行電能供應(yīng)，一旦出現(xiàn)不足情況則由電網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)供電。第二、在夜間無光情況下，太陽能板無法進(jìn)行運(yùn)行工作，此時(shí)則由蓄電池組進(jìn)行相應(yīng)供電，如不足后則由公共電網(wǎng)進(jìn)行供電[2]。

3.2 用電負(fù)荷分析以某寫字樓為實(shí)際案例

在用電負(fù)荷分析方面，以某寫字樓為實(shí)際案例。通過對案例進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，某寫字樓負(fù)荷大致可概括5大類，主要包括：日常照明、辦公電腦、室內(nèi)加熱、運(yùn)行空調(diào)、相關(guān)設(shè)備應(yīng)用等。且每個(gè)獨(dú)立的辦公室具備12個(gè)60W類型電燈。且每日工作運(yùn)行時(shí)間為14h。該辦公環(huán)境中共40臺180W電腦設(shè)備，且每日工作運(yùn)行8h。同時(shí)，每個(gè)樓層具備4臺10kW加熱水器，且每日工運(yùn)行作4h。另外，每個(gè)辦公室內(nèi)還1臺，為2kW。在其夏季6～8月中每日運(yùn)行工作時(shí)間為12h。其他相關(guān)設(shè)備6kW，且每日運(yùn)行工作2h。通過對該寫字樓統(tǒng)計(jì)后得出，其每層樓總計(jì)為50間辦公室，其總共層數(shù)為7層。根據(jù)實(shí)際情況對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)該寫字樓日常照明及工作用電，其最大負(fù)荷為98kW，統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，其日最大消耗用電量為1160kWh?；诖爽F(xiàn)狀，本次研究主要采用90kW負(fù)荷、且日均用電量為900kWh當(dāng)做本次研究參照，即發(fā)電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。

3.3 光伏組件設(shè)計(jì)選型

經(jīng)過全面分析后，對控制成本及優(yōu)化效率等方面進(jìn)行綜合考量，根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際需求與情況，對屋頂光伏系統(tǒng)選擇用戶側(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4]。從有效規(guī)避光伏組件之間可能出現(xiàn)相互遮擋角度出發(fā)。在對其方陣設(shè)計(jì)中一定要計(jì)算方陣之間存在的最小距離值。該項(xiàng)目寫字樓房屋頂部頂為水平面結(jié)構(gòu)模式，其設(shè)計(jì)方陣主要為正南方向，在安裝方式選擇中主要以“固定式支架傾斜”為主[3]。通過對最佳傾角進(jìn)行計(jì)算后，其設(shè)計(jì)傾角數(shù)值為40°。且該光伏組件平面的輻射量最大值為1830kWh/m4。且按照最佳距離對其進(jìn)行計(jì)算，得出其組件長度數(shù)值為1750mm，且最佳傾角值為40°。通過對周邊區(qū)域調(diào)查分析后，發(fā)現(xiàn)周圍無相關(guān)建筑物遮擋情況，根據(jù)最小間距計(jì)算步驟，其方陣間距設(shè)置為3.6m。

同時(shí)，按照該寫字樓實(shí)際需求，將其安裝光伏陣列具體位置主要分為A、B、C、D，即4區(qū)域劃分。且適用于光伏陣列安裝總面積為350m2。結(jié)合4區(qū)域劃分的具體寬度與最小間距，且A、B、C三個(gè)區(qū)域都可以安裝4排每排28個(gè)共82個(gè)光伏組件方陣[5]。而D區(qū)域安裝設(shè)計(jì)為4排每排35個(gè)共120個(gè)光伏組件。同時(shí)，該并網(wǎng)光伏逆變器設(shè)計(jì)額定容量在與光伏發(fā)電體系的總裝機(jī)容量，即二者之間的并網(wǎng)之比稱其為“額定容量比”，該范圍應(yīng)設(shè)置為0.9～1.4之間。這樣才能保證更為科學(xué)的匹配度，進(jìn)而減少了逆變所產(chǎn)生的損失。在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，選擇組串逆變設(shè)計(jì)方法。且屋頂A、B、C光伏方陣相同，并裝機(jī)容量數(shù)值設(shè)計(jì)為36.15kWh，選擇15臺小型組串并網(wǎng)逆變器。且該項(xiàng)目屋頂中的D區(qū)域裝機(jī)容量設(shè)置為46.4kWh，并選擇10臺并網(wǎng)逆變器[6]。

4 ?結(jié)語

綜上所述，通過對光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析，主要包括：光伏發(fā)電概述、分布式發(fā)電系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案，其包括光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)、用電負(fù)荷分析以某寫字樓為實(shí)際案例、光伏組件設(shè)計(jì)選型等，從多方面、多角度對光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行闡明，為下一步工作開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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