淺談太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

王昊宇

【摘要】：太陽能資源具有不對環(huán)境造成污染、儲量豐富、技術(shù)趨于成熟等優(yōu)勢，因此對太陽能光伏技術(shù)的研究具有重要意義。太陽能作為綠色、可再生能源，在能源利用追求高效、無污染的情況下，得到了廣泛研究和利用。文章對太陽能光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了研究，根據(jù)其應(yīng)用的情況提出假想，以期為該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供理論參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：太陽能；光伏發(fā)電；控制系統(tǒng)

1、導(dǎo)言

能源問題一直受到社會的普遍關(guān)注，因為這不僅關(guān)系到社會的發(fā)展，還對于自然環(huán)境產(chǎn)生重大的影響。而太陽能作為一種可再生的清潔能源，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越得到廣泛的運用，太陽能資源不但可以取代部分常規(guī)能源，可以預(yù)見的是太陽能資源將在世界能源消費結(jié)構(gòu)中獲得越來越重要的位置，并在將來成為世界能源的主要供應(yīng)方。

2、光伏發(fā)電原理敘述

太陽能資源是一種清潔能源，光伏發(fā)電技術(shù)不受地域限制，能夠大規(guī)模使用，可以獨立發(fā)電或聯(lián)合發(fā)電。光伏發(fā)電技術(shù)的主要原理是光生伏特效原理，運用這一原理，以太陽能電池為載體，將太陽光直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽光照耀半導(dǎo)體材料達(dá)到一定的時間長度后，光能輸入到電池，再經(jīng)由電池轉(zhuǎn)化為電能。它的產(chǎn)生主要有兩個進(jìn)程，分別是光波轉(zhuǎn)換為電子、光能量轉(zhuǎn)換為電能量的進(jìn)程和形成電壓的進(jìn)程，電壓的形成是電路回流形成的前提。

3、對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有效控制的措施

3.1 對太陽能電池組件合理配置

目前多采用太陽能電池組件一般為單晶和多晶硅太陽能電池。其基本上由鋼化玻璃、TPT等材料熱壓密封制成，具有堅固、抗寒、耐高溫、安裝簡便等優(yōu)點。在太陽能電池組件內(nèi)部封裝了多個電池單元，電池單元經(jīng)過串聯(lián)/并聯(lián)后能有效提供電池組件的輸出電流和電壓，便于實際使用，目前普遍采用60或72片封裝。

3.2 正確選擇太陽能光伏控制器

在太陽能光伏發(fā)電的控制器選擇中，要根據(jù)系統(tǒng)電壓的等級來進(jìn)行選擇，同時還需要詳細(xì)計算發(fā)電系統(tǒng)的容量以及組件串的并聯(lián)數(shù)量，來確定控制器的控制方式。例如，直流路燈的光源是30V，那么控制器應(yīng)該選擇30V。對于控制器是否具有蓄電池放電控制功能，這是根據(jù)負(fù)載特點來決定。對于用戶的其他需求而設(shè)置的一些功能，則需要根據(jù)相關(guān)的控制器產(chǎn)品型號經(jīng)過比較來選擇。

3.3 最大功率點的監(jiān)測

眾所周知，光伏發(fā)電系統(tǒng)受到太陽的光照強(qiáng)度以及周圍溫度的影響，導(dǎo)致電力輸出的變化很大，所以需要根據(jù)太陽能電池所能產(chǎn)生的電能輸出功率，找到最大功率的轉(zhuǎn)化效率，即最大功率點后，就可以在實踐中對太陽能發(fā)電更好地進(jìn)行利用。目前對于最大功率點的監(jiān)測方法就是利用恒壓跟蹤法以及自適應(yīng)算法等多種方法，有效監(jiān)測出太陽能光伏電池的輸出功率變化與陽光強(qiáng)度以及溫度的關(guān)系，找到功率輸出最大時的電壓。

3.4 對蓄電池電壓的有效控制

在整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要想進(jìn)行有效的控制主要就是對充電器和逆變器的控制?？刂破饕?fù)責(zé)對整個發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點進(jìn)行監(jiān)測，使得整個系統(tǒng)發(fā)揮到最大的功效，并且還要對蓄電池的充放電進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，防止蓄電池過度充電以及快速放電而受到損害，影響使用壽命。目前對于蓄電池的電壓檢測一般對于整個充電系統(tǒng)的外環(huán)電壓進(jìn)行監(jiān)測，采用在線式電壓檢測方法，當(dāng)監(jiān)測的電壓結(jié)果達(dá)到最大值的時候就證明電池已經(jīng)充滿。由于蓄電池端電壓在充電停止后電壓會出現(xiàn)變化，不能發(fā)揮最大功效，所以需要采用一種離線式的檢測方法。同時，對于蓄電池的自放電問題，可以采取設(shè)置放電自鎖功能進(jìn)行有效應(yīng)對。在具體的運用中就是利用集成運算電路的電壓反饋特性。當(dāng)達(dá)到下限電壓，出現(xiàn)信號反饋到下限自鎖功能的時候就會出現(xiàn)自動關(guān)閉，停止放電。當(dāng)蓄電池充滿后，就可以重新將蓄電池打開，繼續(xù)供電，這樣就可以確保蓄電池的高效運行。

3.5 對逆變器的合理選擇

在整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器作為一個不可或缺的部件，也會需要消耗一定的電能來維持自身的運行。因此，它的輸入功率要比輸出功率大，所以對于整個逆變器的效率而言，就是輸入功率與輸出功率之間的比較。在整個發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器就是需要將太陽能的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，對于太陽能電池的效率發(fā)揮具有關(guān)鍵的作用，所以要想對于太陽能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行高效運行，就必須要選擇高效率的逆變器，確保整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮到最佳狀態(tài)。一般情況下，逆變器還具有自動調(diào)壓和手動調(diào)壓等功能，可以在具體的運行過程中進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，確保光伏發(fā)電的供電效率。

3.6 進(jìn)行有效的并網(wǎng)發(fā)電控制

光伏逆變器能夠?qū)㈦姵亟M件發(fā)出的直流電逆變?yōu)榕c電網(wǎng)頻率相同，滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電，從而讓光伏發(fā)電系統(tǒng)能與公共電網(wǎng)連接。但是由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有一定的獨立性，當(dāng)國家電網(wǎng)需要維護(hù)和檢修的過程時，就會處于斷電狀態(tài)，而這時如果太陽能發(fā)電系統(tǒng)依然處于運行狀態(tài)，就會形成孤島效應(yīng)。這就容易對維修保養(yǎng)的工作人員先造成危害，而且也會因自身的負(fù)載過大，導(dǎo)致電力和電壓的不穩(wěn)定，損害整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)。對于這個問題，為了對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，就需要在逆變器具備有自動偵測功能，即防孤島保護(hù)。一般這種偵測分為主動和被動兩類，主動偵測就是逆變器主動釋放一個信號，觀察電網(wǎng)是否正常運行；被動檢測就是當(dāng)電網(wǎng)的功率和電壓出現(xiàn)異常情況，而導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓、相位等情況發(fā)生改變，而做出的判斷。同時還有一種特殊的情況，就是國家電網(wǎng)突然跳閘斷電，也會對太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響，一般這種情況比較少見，但是也需要注意監(jiān)測。

結(jié)論

綜上所述，與發(fā)達(dá)國家相比，我國太陽能光伏發(fā)電還有很多需要完善的地方，需要政府及相關(guān)部門予以政策和資金上的支持，以保證新能源和可再生能源得以良好地發(fā)展。相關(guān)能源工作人員做好本職工作，在實踐中不斷進(jìn)步，推動我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)朝著健康、有序、蓬勃的方向發(fā)展。未來將逐漸擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，提高我國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率，借助太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從而提高我國的國際競爭力和綜合國力。

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