高效屋頂光伏發(fā)電及其并網(wǎng)系統(tǒng)研究

才青林（大唐山東清潔能源開(kāi)發(fā)有限公司，山東 青島 266061）

高效屋頂光伏發(fā)電及其并網(wǎng)系統(tǒng)研究

才青林
（大唐山東清潔能源開(kāi)發(fā)有限公司，山東 青島 266061）

隨著社會(huì)發(fā)展，各種新型環(huán)保能源技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)，給我國(guó)的環(huán)保能源事業(yè)做出了極大的貢獻(xiàn)，尤其是我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，且具有清潔無(wú)污染等特點(diǎn)，需要我們進(jìn)行大力推廣。目前，我國(guó)建筑屋頂對(duì)于太陽(yáng)能資源的利用開(kāi)發(fā)程度較低，借此，本文就高效屋頂光伏發(fā)電及其并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單剖析，其中針對(duì)屋頂光伏發(fā)電及并網(wǎng)在建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中的問(wèn)題以及電力變換器進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面和原理方面的介紹，對(duì)其最大功率跟蹤和單位功率并網(wǎng)問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)探討，希望給相關(guān)人士一些參考。

高效；屋頂光伏發(fā)電；并網(wǎng)系統(tǒng)；研究

0　引言

隨著不可再生資源的消耗，人們對(duì)于能源危機(jī)的關(guān)注度越來(lái)越高，因此人們迫切的需要一種環(huán)保可再生能源作為人們?nèi)粘Ｉ钆c工作消耗能源，光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，使得太陽(yáng)能資源的利用與開(kāi)發(fā)有了實(shí)際上的意義，是目前緩解能源稀缺和保護(hù)環(huán)境的有效方法，但是，就目前而言，光伏發(fā)電的效率普遍較低，而且光伏發(fā)電由于隨天氣變化而變化的不穩(wěn)定性使得在并入電網(wǎng)時(shí)難度系數(shù)較大，需要我們對(duì)其進(jìn)行相關(guān)技術(shù)方面的優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)高效屋頂光伏發(fā)電及其并網(wǎng)系統(tǒng)的在實(shí)際中的應(yīng)用。

1　光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中存在的問(wèn)題

就目前而言，我國(guó)并沒(méi)有進(jìn)行大面積的展開(kāi)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)，只是在部分高校和單位展開(kāi)了光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究工作，現(xiàn)今光伏發(fā)電系統(tǒng)存在造價(jià)較高，發(fā)電效率偏低，并網(wǎng)難度系數(shù)大的特點(diǎn)，需要我們對(duì)其進(jìn)行逐步的研究，將其中存在的問(wèn)題進(jìn)行清楚地認(rèn)識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行逐步的解決。目前，在光伏發(fā)電中應(yīng)用最廣為MPPT技術(shù)，其中包含了固定電壓法、擾動(dòng)觀察法等技術(shù)，而將固定電壓法與擾動(dòng)觀察法相融合來(lái)對(duì)不同光照條件下其光伏發(fā)電功率變化跟蹤有著較好的效果。其次，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整照射版的角度而實(shí)現(xiàn)最大輻射量的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置可以有效提高光伏電池的發(fā)電效率，但在實(shí)際的實(shí)施工作中具有較大的難度。光伏發(fā)電由于利用太陽(yáng)能發(fā)電，對(duì)天氣變化具有較高的敏感度，一旦天氣出現(xiàn)變化，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率會(huì)隨之發(fā)生波動(dòng)，這種不穩(wěn)定性使得光伏發(fā)電系統(tǒng)在并入電網(wǎng)時(shí)存在很大的難度，這種光伏發(fā)電間歇性發(fā)電的特點(diǎn)會(huì)給電網(wǎng)造成電壓波動(dòng)，使得電網(wǎng)在穩(wěn)定裕度方面大大減少，而不穩(wěn)定的輸出功率很容易造成電壓閃變問(wèn)題，在三相逆變控制過(guò)程中所采用的PI控制器在一定程度上引入了電壓前饋而增加了整個(gè)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，但是由于光伏發(fā)電并沒(méi)有準(zhǔn)確的積分功能，導(dǎo)致其在穩(wěn)定誤差方面仍然存在很大的缺陷。利用D-Q軸同步的旋轉(zhuǎn)式坐標(biāo)系包含電壓前饋的PI聯(lián)比例控制電路的提出對(duì)其進(jìn)行了很好的解決，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)過(guò)程中電流的實(shí)時(shí)跟蹤，對(duì)于特定諧波分量有著明顯的控制效果。

2　新型技術(shù)在高效屋頂光伏發(fā)電及并網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的應(yīng)用

在光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要運(yùn)用到許多新型技術(shù)，下面就具體的新型技術(shù)的具體應(yīng)用做出簡(jiǎn)單介紹。雙級(jí)變換器在屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)中具有較多的應(yīng)用。

通過(guò)上圖我們可以看出雙級(jí)電力轉(zhuǎn)換器是由光伏電池，升降壓斬波電路，單位功率因數(shù)逆變電路，蓄能電池，家用負(fù)載以及配電網(wǎng)等部分組成，一般而言，升降壓斬波電路是采用BOOST-BUCK型結(jié)構(gòu)，可以給蓄能電池進(jìn)行蓄能，圖中的C1與C2是為了穩(wěn)定圖中電壓而設(shè)置的穩(wěn)定電容。單位功率因數(shù)逆變器是三相半橋式電路。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)上述雙級(jí)電力轉(zhuǎn)換器可以將其電力優(yōu)先供應(yīng)家庭負(fù)載，剩余的額外電力可以存儲(chǔ)在蓄能電池中也可以將電力反饋給電網(wǎng)系統(tǒng)。其次，在外界光照條件不是很好的情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)不足以支撐家庭負(fù)載的用電要求時(shí)，蓄電池內(nèi)的電力砸在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換后為家庭負(fù)載供電，當(dāng)電池內(nèi)的電量存在不足時(shí)就要由電網(wǎng)進(jìn)行供電，當(dāng)電池電量過(guò)低時(shí)，電網(wǎng)會(huì)給電池進(jìn)行供電，將滿足充電要求后在進(jìn)行電網(wǎng)給家庭負(fù)載供電，已免在電網(wǎng)停電后家庭沒(méi)有備用電源進(jìn)行供電。

在該系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，電網(wǎng)的穩(wěn)定性是關(guān)鍵，而屋頂光伏電系統(tǒng)在發(fā)電系統(tǒng)中具有不均衡的特點(diǎn)，隨著光照條件變換其發(fā)電功率也存在不同，為了將發(fā)電系統(tǒng)在每一個(gè)時(shí)間階段獲得最大的發(fā)電功率，采用雙環(huán)最大功率跟蹤技術(shù)（DL-MPPT）是比較有效的解決方案。

在雙環(huán)最大功率跟蹤技術(shù)中，內(nèi)環(huán)采用爬山比較法，通過(guò)對(duì)不同角度的發(fā)電功率的比較來(lái)推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，以滿足于尋找最大發(fā)電功率所適合的角度，其次，通過(guò)齒輪結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行光伏電池板的傾斜角度的調(diào)整。在外環(huán)控制中主要通過(guò)計(jì)算公式進(jìn)行各個(gè)階段的發(fā)電量比較，采取更有效的采光角度。最大功率的保持可以在并網(wǎng)中起到較好的穩(wěn)定作用。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述觀點(diǎn)的分析，我們可以了解到，我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，隨著不可再生能源的消耗，將不可避免的出現(xiàn)能源危機(jī)，而利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展剛好可以解決該問(wèn)題，但是由于技術(shù)的不成熟化需要我們對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與發(fā)展，其中，本文提出的太陽(yáng)光最大輻射量自動(dòng)跟蹤裝置可以將太陽(yáng)能最大程度上的利用，利用DL-MPPT控制器，將光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)在不同時(shí)間點(diǎn)的發(fā)電功率得到進(jìn)行一步的提升，而雙向逆變器的可以有效解決光伏發(fā)電并網(wǎng)與電池儲(chǔ)電的問(wèn)題，將該發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步的提升，是光伏發(fā)電在其建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中得到更多的發(fā)展。

［1］肖華鋒，楊晨，謝少軍.基于改進(jìn)型全橋電路的非隔離光伏并網(wǎng)逆變器［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011（03）.

［2］詹天文，文武松，張穎超，錢(qián)希森.一種基于混合儲(chǔ)能的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)［J］.電源技術(shù)，2015（02）.

［3］張純杰.光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及辨識(shí)建模［D］.蘭州交通大學(xué)，2015.

［4］徐暉.構(gòu)建光伏與社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展新格局——2015中國(guó)光伏大會(huì)暨展覽會(huì)成功召開(kāi)［J］.電器工業(yè)，2015（11）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.160