小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)研究

【摘要】隨著新興能源的開(kāi)發(fā)與發(fā)展，其引起了人們的廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能是一種新興能源，這種能源可以再生，具有清潔性能，符合低碳經(jīng)濟(jì)以及綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，太陽(yáng)能具備的這些特征引起世界的關(guān)注與探究。本文主要先分析小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的結(jié)構(gòu)特征，接著對(duì)于太陽(yáng)能電池與電力系統(tǒng)的電網(wǎng)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題以及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，再對(duì)于小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中的核心技術(shù)進(jìn)行分析與探究，最后對(duì)世界與我國(guó)國(guó)內(nèi)的光伏發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行有關(guān)介紹。

【關(guān)鍵詞】小功率；太陽(yáng)能光伏；并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)

引言

隨著綠色能源、低碳能源理念的提出，人們對(duì)于綠色能源、可再生能源的關(guān)注熱情不減，尤其是在當(dāng)今環(huán)境污染嚴(yán)重的情況下，綠色能源更是受到人們的親睞。在多種綠色能源中，太陽(yáng)能是一種具備可以再生，具有清潔性能，符合低碳經(jīng)濟(jì)以及綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求的能源。光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展也在較大程度上解決了一些通信領(lǐng)域以及偏遠(yuǎn)地區(qū)等特殊領(lǐng)域的用電需求，也使得太陽(yáng)能的應(yīng)用性更加廣泛，太陽(yáng)能逐漸受到人們的親睞。

1.小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的結(jié)構(gòu)特征

小光率的太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的結(jié)構(gòu)主要包括：太陽(yáng)能光伏電池、光伏并網(wǎng)逆變器以及控制器。光伏并網(wǎng)逆變器主要分為前級(jí)與后級(jí)，前級(jí)是DC/DC變換器，后級(jí)是DC/AC變換器。光伏電池是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，光伏電池主要是用以接受太陽(yáng)光的輻射來(lái)蓄積能量，其對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率具有重要的影響。所說(shuō)的控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，控制器在發(fā)電系統(tǒng)中具有核心作用，對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行管理、保護(hù)以及控制，保障發(fā)電系統(tǒng)可以運(yùn)行穩(wěn)定與安全。光伏并網(wǎng)逆變器的前級(jí)DC/DC變換器主要的功能是將光伏電池中的低壓電變換到可以滿足負(fù)載要求的等級(jí)，與此同時(shí)對(duì)最大功率進(jìn)行跟蹤。光伏并網(wǎng)逆變器的后級(jí)DC/AC變換器是光伏系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換器，主要的作用是將直流電變換成交流電的方式，這樣可以方便供給公共電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，也可以提供于交流負(fù)載的用戶(hù)使用。詳細(xì)如圖1所示[1]。

圖1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.探析小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的缺點(diǎn)

小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在：首先，發(fā)電效率較低，這是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。其次，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的成本在造價(jià)上是較高的，前期投入成本大。再次，系統(tǒng)在發(fā)電時(shí)的運(yùn)行工作會(huì)受到環(huán)境影響大。

2.2 小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：首先，并網(wǎng)逆變器具有最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，進(jìn)而較大程度上提高了發(fā)電效率。其次，太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能直接通過(guò)逆變器與大電網(wǎng)連接，這樣可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)的電力，減少了通過(guò)蓄電池放電方式的能量損耗。最為重要的一點(diǎn)是，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于公用的電網(wǎng)在高峰用電期可以起到重要的洪峰調(diào)節(jié)作用[2]。

3.小功率太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中的核心技術(shù)

3.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略

在實(shí)踐應(yīng)用中主要采用的控制策略有：滯環(huán)控制策略、雙環(huán)控制策略以及空間矢量PWM控制的策略等多種控制策略。滯環(huán)控制策略主要的優(yōu)點(diǎn)是電流的響應(yīng)很快，系統(tǒng)輸出的電壓的電流波形不含有一種特定的次諧波。滯環(huán)控制策略主要的缺點(diǎn)是由于系統(tǒng)的功率器件的開(kāi)關(guān)在頻率上不穩(wěn)定，這不穩(wěn)定因素大大增加了光伏系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)上的難度。雙環(huán)控制策略對(duì)于電流的調(diào)節(jié)作用明顯，這種策略采用的主要是電壓以及電流環(huán)的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用。另外雙環(huán)控制是具備固定的開(kāi)關(guān)頻率的，但如果開(kāi)關(guān)頻率不足夠高的話，電流響應(yīng)就會(huì)較慢?？臻g矢量PWM控制的策略是一種較為新穎的控制策略，主要是根據(jù)光伏系統(tǒng)的逆變器的空間電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于逆變器的控制，這種策略可以大大提高直流電壓的應(yīng)用效率。

3.2 MPPT控制

在國(guó)外很多的關(guān)于MPPT控制的研究主要集中在獨(dú)立的光伏電站上的MPPT控制上，并且取得了較多的研究成果。相較于國(guó)外的研究成果，我國(guó)在MPPT控制的有關(guān)研究還是較少的，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要是由逆變器以及光伏的列陣兩部分組成，光伏并網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)主要是通過(guò)DC-DC將直流變換器以及DC-AC逆變器這兩級(jí)的控制系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列的MPPT控制[3]。

3.3 對(duì)于最大功率點(diǎn)的跟蹤電路的控制

由于太陽(yáng)能電池是光伏系統(tǒng)中最為主要的是組成部分，對(duì)于光伏系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)其中有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是太陽(yáng)能電池中的最大功率點(diǎn)跟蹤。所謂的太陽(yáng)能的電池的最大功率點(diǎn)跟蹤主要是指太陽(yáng)能中的電池總是在太陽(yáng)光照最為強(qiáng)烈的時(shí)候輸出最大電能，這樣可以大大提高對(duì)于太陽(yáng)能的利用效率。由于太陽(yáng)能主要是通過(guò)太陽(yáng)能電板來(lái)吸收太陽(yáng)的光熱，太陽(yáng)能電池對(duì)于太陽(yáng)能工作效率具有重要的影響力，當(dāng)太陽(yáng)能的工作時(shí)的電壓不同時(shí)，太陽(yáng)能輸出的功率也將是大大不同的?，F(xiàn)階段較為常見(jiàn)的對(duì)于太陽(yáng)能的最大功率點(diǎn)跟蹤電路的方法是：增量電導(dǎo)法、固定的電壓法以及擾動(dòng)的觀察法。

4.世界與國(guó)內(nèi)的光伏發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 世界的光伏發(fā)展現(xiàn)狀

隨著低碳經(jīng)濟(jì)以及綠色能源理念的提出就受到世界上的各界人士的關(guān)注于研究，在各國(guó)研究界以及政府的推動(dòng)，太陽(yáng)能這種新能源得到較快的發(fā)展以及獲得較為普遍的推廣。對(duì)于重要組成部分的太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)產(chǎn)量也急劇增加，太陽(yáng)能電池的增加幅度較大，尤其是隨著太陽(yáng)能新型市場(chǎng)需求量的推動(dòng)更是加快了太陽(yáng)能電池的增長(zhǎng)幅度。太陽(yáng)能的新興市場(chǎng)主要是指中國(guó)、印度、美國(guó)等市場(chǎng)，太陽(yáng)能發(fā)展較早的國(guó)家是德國(guó)、法國(guó)、意大利等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家。隨著世界太陽(yáng)能市場(chǎng)的不斷拓展，太陽(yáng)能各方面的技術(shù)獲得巨大的進(jìn)步，太陽(yáng)能的安裝成本也較大程度的降低。世界上的光伏產(chǎn)業(yè)總體上起步較早，技術(shù)研究較多并且應(yīng)用到實(shí)踐中進(jìn)行推廣使用，發(fā)展較快，光伏市場(chǎng)發(fā)展較為成熟與穩(wěn)定。

4.2 我國(guó)的光伏發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的官府產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展速度很快。尤其是太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度很快，在2007年我國(guó)的太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量已經(jīng)居于世界第一位，我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于太陽(yáng)能電池的需求量也很大。光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大大推動(dòng)了我國(guó)的太陽(yáng)能新能源的發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)的政府部門(mén)對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)支持力度也較大，我國(guó)的新興能源在政府支持下以及居民能源理念的更新獲得較大的進(jìn)步與發(fā)展。太陽(yáng)能主要的組成部件是太陽(yáng)能多晶硅片，在2008年我國(guó)在江西建立了世界上最大的對(duì)晶硅片的生產(chǎn)企業(yè)。我國(guó)的地域位置廣闊多樣，對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供較大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，我國(guó)也充分利用地域優(yōu)勢(shì)以及光熱優(yōu)勢(shì)促進(jìn)我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的探究我們可以預(yù)見(jiàn)光伏發(fā)電在未來(lái)能源市場(chǎng)的廣闊前景，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以在一定程度上緩解我國(guó)的能源危機(jī)，我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，對(duì)于能源的需求量大，我國(guó)仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，在國(guó)家發(fā)展的過(guò)程中各行各業(yè)對(duì)于能源的需求量也逐漸增多，能源輸出壓力較大，新能源的發(fā)展可以緩解我國(guó)的能源緊張現(xiàn)狀，值得進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]余運(yùn)江，李武華，鄧焰，等.光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析與性能比較[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，21（1）：13-18.

[2]張立，李海濤，劉菊青，等.基于靜止坐標(biāo)系空間電壓矢量三電平逆變器的控制策略[J].低壓電器，2010（15）：30-34.

作者簡(jiǎn)介：李建春（1978—），男，云南昆明人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：電子技術(shù)。