淺訴太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

張爾坤

在資源枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，發(fā)展清潔能源和可再生能源、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化已刻不容緩。光伏發(fā)電結(jié)合其自身的特點(diǎn)，已得到很多國(guó)家的重視并將成為各國(guó)競(jìng)向發(fā)展的熱點(diǎn)。

1.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類及構(gòu)成

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按與電力系統(tǒng)關(guān)系分類，通常分為獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電力系統(tǒng)連接在一起的光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般分為集中式和分散式兩種，集中式并網(wǎng)電站一般容量較大，通常在幾百千瓦到兆瓦級(jí)以上，而分散式并網(wǎng)系統(tǒng)一般容量較小，在幾千瓦到幾十千瓦。

在并網(wǎng)光伏電站中，太陽能通過太陽電池組成的光伏陣列轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)過三相逆變器（DC-AC）轉(zhuǎn)換成電壓較低的三相交流電，再通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換成符合公共電網(wǎng)電壓要求的交流電，并直接接入公共電網(wǎng)，供公共電網(wǎng)用電設(shè)備使用和遠(yuǎn)程調(diào)配。

在獨(dú)立光伏電站中，太陽能通過太陽電池組成的光伏陣列轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)過三相逆變器（DC-AC）轉(zhuǎn)換成電壓較低的三相交流電，再通過隔離變壓器轉(zhuǎn)換成用戶需要的三相交流電供用戶使用。

2.太陽能電池組件的選擇

目前太陽電池按基體材料主要分為：

（1）硅太陽電池：主要包括單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、微晶硅電池以及HIT電池等。

（2）化合物半導(dǎo)體太陽電池：主要包括單晶化合物電池如砷化鎵電池、多晶化合物電池如銅銦鎵硒電池、碲化鎘電池等、氧化物半導(dǎo)體電池如Cr2O3和Fe2O3等。

（3）有機(jī)半導(dǎo)體太陽電池：其中有機(jī)半導(dǎo)體主要有分子晶體、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、高聚物三類。

（4）薄膜太陽電池：主要有非晶硅薄膜電池（α-Si）、多晶硅薄膜太陽電池、化合物半導(dǎo)體薄膜太陽電池、納米晶薄膜電池等。

結(jié)合國(guó)內(nèi)太陽電池市場(chǎng)的的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和產(chǎn)能情況，市場(chǎng)主流依然還是晶硅類太陽電池，約占80%市場(chǎng)份額，非晶硅薄膜太陽電池所占市場(chǎng)份額較小。晶硅類電池中，多晶硅電池成熟度較高，效率穩(wěn)定，目前價(jià)格相對(duì)較低，太陽電池市場(chǎng)占有率最大，在國(guó)內(nèi)外均有較大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)例。

3.電池陣列的運(yùn)行方式

在光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，光伏組件方陣的運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)接收到的太陽總輻射量有很大的影響，從而影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。光伏組件的運(yùn)行方式有固定安裝式和自動(dòng)跟蹤式幾種型式。其中自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)包括單軸跟蹤系統(tǒng)和雙軸跟蹤系統(tǒng)。單軸跟蹤（水平單軸跟蹤和斜單軸跟蹤）系統(tǒng)以固定的傾角從東往西跟蹤太陽的軌跡，雙軸跟蹤系統(tǒng)（全跟蹤）可以隨著太陽軌跡的季節(jié)性位置的變換而改變方位角和傾角。

固定式與自動(dòng)跟蹤式各有優(yōu)缺點(diǎn)：固定式初始投資較低、且支架系統(tǒng)基本免維護(hù)；自動(dòng)跟蹤式初始投資較高、需要一定的維護(hù)，但發(fā)電量較固定式相比有較大的提高，假如不考慮后期維護(hù)工作增加的成本，采用自動(dòng)跟蹤式運(yùn)行的光伏電站單位電度發(fā)電成本將有所降低。若自動(dòng)跟蹤式支架造價(jià)能進(jìn)一步降低，則其發(fā)電量增加的優(yōu)勢(shì)將更加明顯；同時(shí)，若能較好解決陣列同步性及減少維護(hù)工作量，則自動(dòng)跟蹤式系統(tǒng)相較固定安裝式系統(tǒng)將更有競(jìng)爭(zhēng)力。

4.電池陣列最佳傾角的計(jì)算

電池陣列的安裝傾角對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率影響較大，對(duì)于固定式電池列陣最佳傾角即光伏發(fā)電系統(tǒng)全年發(fā)電量最大時(shí)的傾角。

計(jì)算傾斜面上的太陽輻射量，通常采用Klein計(jì)算方法。利用RETScreen軟件，采用所選工程代表年的太陽輻射資料，計(jì)算不同角度傾斜面上各月日平均太陽輻射量，數(shù)據(jù)分析后并作出不同傾斜面上日平均太陽輻射量變化曲線圖，從圖中可以得出最佳傾角。

5.逆變器的選擇

作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備之一，其選型對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和可靠性具有重要作用。逆變器的選型主要考慮以下技術(shù)指標(biāo)。

（1）轉(zhuǎn)換效率高逆變器轉(zhuǎn)換效率越高，則光伏發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率越高，系統(tǒng)總發(fā)電量損失越小，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性也越高。

（2）直流輸入電壓范圍寬太陽電池組件的端電壓隨日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度變化，逆變器的直流輸入電壓范圍寬，可以將日出前和日落后太陽輻照度較小的時(shí)間段的發(fā)電量加以利用，從而延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間，增加發(fā)電量。

（3）最大功率點(diǎn)跟蹤太陽電池組件的輸出功率隨時(shí)變化，因此逆變器的輸入終端電阻應(yīng)能自適應(yīng)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特性，隨時(shí)準(zhǔn)確跟蹤最大功率點(diǎn)，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

（4）輸出電流諧波含量低，功率因數(shù)高。

（5）具有低電壓耐受能力。

（6）系統(tǒng)頻率異常響應(yīng)。

（7）具有保護(hù)功能根據(jù)電網(wǎng)對(duì)光伏電站運(yùn)行方式的要求，逆變器應(yīng)具有交流過壓、欠壓保護(hù)，超頻、欠頻保護(hù)，防孤島保護(hù)，短路保護(hù)，交流及直流的過流保護(hù)，過載保護(hù)，反極性保護(hù)，高溫保護(hù)等保護(hù)功能。

（8）監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集逆變器應(yīng)有多種通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并發(fā)送到主控室，其控制器還應(yīng)有模擬輸入端口與外部傳感器相連，測(cè)量日照和溫度等數(shù)據(jù)，便于電站數(shù)據(jù)處理分析。

6.太陽電池方陣接線原則

每個(gè)光伏發(fā)電單元由太陽電池組串、匯流設(shè)備、逆變?cè)O(shè)備及升壓設(shè)備構(gòu)成。

（1）太陽電池組件串聯(lián)形成的組串，其輸出電壓的變化范圍必須在逆變器正常工作的允許輸入電壓范圍內(nèi)。

（2）每個(gè)逆變器直流輸入側(cè)連接的太陽電池組件的總功率應(yīng)大于該逆變器的額定輸入功率，且不應(yīng)超過逆變器的最大允許輸入功率。

（3）太陽電池組件串聯(lián)后，其最高輸出電壓不允許超過太陽電池組件自身最高允許系統(tǒng)電壓及逆變器最大允許的直流電壓。

（4）各太陽電池組件至逆變器的直流部分電纜通路應(yīng)盡可能短，以減少直流損耗。

7.輔助技術(shù)方案

光伏電站內(nèi)應(yīng)配置一套環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等參數(shù)。

電池組件很容易積塵，影響發(fā)電效率。必須對(duì)電池組件進(jìn)行清洗，保證電池組件的發(fā)電效率。

8.結(jié)語

本文對(duì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，建設(shè)太陽能光伏電站對(duì)節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)有重大意義；目前尚需解決光伏組件轉(zhuǎn)換效率低、影響地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定等問題。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定，2011，5.

[2]相關(guān)工程資料.