太陽能光伏發(fā)電中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用

白文國

摘要：科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，促使越來越多的可再生能源被廣泛應(yīng)用，特別是太陽能這種新興的能源。太陽能在實(shí)際應(yīng)用過程中，不僅具有無限性的特征，而且還能夠方便快捷地將太陽能應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。針對(duì)太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并且結(jié)合實(shí)際情況，提出電氣自動(dòng)化在其中的具體應(yīng)用措施，為太陽能光伏發(fā)電的未來發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：太陽能;光伏發(fā)電;電氣自動(dòng)化;應(yīng)用措施

在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展的背景下，雖然我國各個(gè)領(lǐng)域的整體發(fā)展勢(shì)頭比較良好，但是資源、能源的過度消耗和使用，導(dǎo)致我國不可再生能源越來越少。與一次性的不可再生能源相比，太陽能的儲(chǔ)存量異常豐富。太陽能資源在我國現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展過程中具有非常重要的作用，不僅能夠?qū)ΜF(xiàn)代人的日常生活產(chǎn)生積極影響，而且還會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到良好的推動(dòng)效果。

1太陽能光伏發(fā)電

1.1發(fā)電原理

太陽能光伏發(fā)電的基本部件是光伏電池（太陽能電池）。其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體PN結(jié)，當(dāng)太陽光照射到PN結(jié)上時(shí)，大于禁帶寬度的光子能量被電子吸收，電子從價(jià)帶頂躍遷至導(dǎo)帶底，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下分離，載流子傳輸、被收集，形成電動(dòng)勢(shì)，通過電極連接外電路，產(chǎn)生電流，輸出功率。由于電池對(duì)陽光的反射、選擇吸收、發(fā)熱以及載流子的復(fù)合、陷阱等效應(yīng)而造成電子-空穴數(shù)目減少，因此電池的光電轉(zhuǎn)換效率和理論值尚有較大差距。

1.2光伏組件

單個(gè)電池片的電壓和電流很小，有必要把若干個(gè)電池片串并聯(lián)焊接起來，按一定方式裝配封裝在一塊較大面積的背板上，加上鋁合金邊框和引線，獲得較大的電壓和電流，稱作光伏電池板（電池組件）。封裝的好壞直接決定光伏組件工作的可靠性。光伏組件是光伏方陣的一個(gè)單元，其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，給蓄電池充電或推動(dòng)負(fù)載工作。

1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板（方陣）、充放電控制器、逆變器、蓄電池、太陽跟蹤控制器和交流配電柜等設(shè)備組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)之前，應(yīng)先預(yù)先規(guī)劃，進(jìn)行輸出電壓、電流和功率計(jì)算以及蓄電池容量設(shè)計(jì)，做好最大功率點(diǎn)追蹤控制和逆變控制。在光伏方陣?yán)?，注意監(jiān)測(cè)熱斑效應(yīng)，它有可能導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)癱瘓。充放電控制器是防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。通過控制蓄電池的充放電電壓和電流，合理對(duì)負(fù)載輸出電能。市面上有以單片機(jī)為核心的光伏充放電控制器出售，成本低，可靠性高，它對(duì)太陽能電池板電壓、蓄電池電壓、充電電流、環(huán)境溫度等參數(shù)檢測(cè)判斷，控制開關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)充放電控制和保護(hù)功能。

2.太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀

全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，全世界都在積極落實(shí)綠色環(huán)保理念，綠色能源在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用，受到了人們的廣泛關(guān)注和重視。與此同時(shí)，“低碳生活”方式的推出，對(duì)人們的環(huán)保意識(shí)和行為也產(chǎn)生了一定的積極影響。在西方一些發(fā)達(dá)國家，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)受到了相關(guān)部門、學(xué)者以及人們的重視和關(guān)注，各個(gè)國家的政府部門都出臺(tái)與太陽能光伏發(fā)電技術(shù)相關(guān)的政策，對(duì)其提供良好的支持。在這種大環(huán)境背景下，我國也逐漸意識(shí)到太陽能光伏發(fā)電的重要性，并且開始逐漸普及太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源科學(xué)合理的利用，而且還能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境起到良好的保護(hù)效果。

3.太陽能光伏發(fā)電中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用措施

3.1電氣自動(dòng)化在電力行業(yè)中的應(yīng)用

電氣工程在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，其基礎(chǔ)部分其實(shí)就是電氣自動(dòng)化技術(shù)科學(xué)合理的利用。電氣自動(dòng)化在實(shí)際應(yīng)用過程中，不僅能夠?yàn)楣I(yè)發(fā)展提供動(dòng)力支持，而且在電力行業(yè)當(dāng)中，該技術(shù)能夠保證電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的效率和質(zhì)量得到有效提升。在電氣工程的建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理的對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，這樣不僅有利于減少工作人員的工作強(qiáng)度，而且還能夠盡可能避免由于人為因素而導(dǎo)致的故障問題。在保證電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性得到有效提升的同時(shí)，能夠最大限度促使電氣工程在經(jīng)營時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益得到提升。

3.2電氣自動(dòng)化的具體控制方式

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在構(gòu)建和具體使用過程中，由于其具有非常優(yōu)越的性能，所以被廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域當(dāng)中，比如公寓樓、或者是一些商場(chǎng)等，這些生活場(chǎng)所越來越離不開電氣自動(dòng)化系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)還被廣泛應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境保護(hù)當(dāng)中，同時(shí)在一些醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)等領(lǐng)域也被廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)在供暖、照明等方面能夠?qū)⒆约旱淖饔煤蛢r(jià)值充分發(fā)揮出來，這也是該系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的原因。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，人們可以直接通過遠(yuǎn)程控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)自己家用電器的有效控制，這樣有利于減少工作人員的工作負(fù)擔(dān)和壓力。

3.3電氣自動(dòng)化在光伏建筑、光伏水泵系統(tǒng)中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，被廣泛應(yīng)用到光伏建筑、光伏水泵系統(tǒng)當(dāng)中。由于現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，自動(dòng)化產(chǎn)品的數(shù)量和種類越來越多，但是在這些產(chǎn)品當(dāng)中，最重要的就是監(jiān)控軟件在實(shí)踐中的合理利用。無論是光伏發(fā)電站或者是光伏水泵系統(tǒng)，在針對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理的時(shí)候，都需要非常大的電能才能夠完成。如果是單純利用電能，將會(huì)耗費(fèi)非常大的電力資源，但是通過太陽能光伏發(fā)電，不僅能夠?qū)夥l(fā)電的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)督，而且還能夠結(jié)合實(shí)際情況，利用有效的監(jiān)控軟件對(duì)其進(jìn)行控制。在現(xiàn)階段比較常見的一些通信方式包括串口、通用分組無線服務(wù)技術(shù)等。

3.4在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)直流逆變控制中的應(yīng)用

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于其系統(tǒng)的性能非常強(qiáng)大，所以需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行合理利用。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以直接將太陽光能在很短的時(shí)間內(nèi)，將其直接轉(zhuǎn)變成為可以使用的電能。如果單純從光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)相互之間的關(guān)系進(jìn)行分析，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以分別以光伏系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)這兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。在其中還會(huì)涉及到一些零散的部件，比如光伏電池組建、電力轉(zhuǎn)換裝置等。在針對(duì)上述一些零部件、器件等進(jìn)行有效控制時(shí)，將電氣自動(dòng)化控制技術(shù)科學(xué)合理的應(yīng)用其中。這樣不僅有利于將直流光伏電能之間轉(zhuǎn)變成為交流電能，而且還能夠?qū)⑥D(zhuǎn)換完成的電流順利輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，為其提供良好的能源供給。

3.5在太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)在光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化，會(huì)根據(jù)不同的需要采用不同的發(fā)電模式，這就要求電自動(dòng)化技術(shù)能判定出不同的發(fā)電類型。根據(jù)發(fā)電特點(diǎn)，合理分配和使用光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式，減少在發(fā)電過程中給電網(wǎng)帶來的過大負(fù)荷和損壞。有了電氣自動(dòng)化技術(shù)，就可以對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中同期點(diǎn)兩側(cè)的電氣量進(jìn)行檢測(cè)，并分析和判斷所需的不同發(fā)電模式，根據(jù)彌補(bǔ)數(shù)據(jù)在傳輸過程中產(chǎn)生的時(shí)間差，對(duì)合閘頻率和時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行把控，有效減少系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，提高光伏發(fā)電效率。

3.6在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)無功補(bǔ)償控制中的應(yīng)用

光伏發(fā)電系統(tǒng)是一項(xiàng)高端技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)造和組成比較復(fù)雜，系統(tǒng)中常見的元器件通常是電子元器件，電子元器件的特點(diǎn)是在工作中會(huì)出現(xiàn)無功損耗及諧波，偶爾會(huì)出現(xiàn)電力不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)，一直無法控制在高質(zhì)量發(fā)電范圍內(nèi)。但是，通過應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以判定無功的實(shí)際需求量，控制無功損耗，將其調(diào)整到正常范圍內(nèi)，并根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際需求對(duì)無功進(jìn)行控制，有效緩解電壓不穩(wěn)的問題[4]。

3.7在太原能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備全壽命周期控制中的應(yīng)用

我國在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域雖然已經(jīng)成為佼佼者，但由于起步晚，發(fā)展過于迅速等，光伏發(fā)電管理方面存在一些不足。例如，很多單位通常是在光伏發(fā)電出現(xiàn)問題時(shí)，才開始對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，這不僅會(huì)影響發(fā)電效率和質(zhì)量，還會(huì)給日常用電帶來問題。利用電自動(dòng)化技術(shù)，能夠及時(shí)預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行全面監(jiān)控，以便檢修人員能及時(shí)制訂檢修計(jì)劃，延長設(shè)備的使用周期和使用質(zhì)量。

結(jié)語：

電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)也越來越成熟。將該技術(shù)應(yīng)用到太陽能光伏發(fā)電當(dāng)中，不僅能夠滿足人們的日常生活需求，而且還能夠推動(dòng)該技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁麗萍，帥傳敏，李文靜，等.基于SEM的公眾太陽能光伏發(fā)電認(rèn)知和采納意愿的實(shí)證研究[J].資源科學(xué)，2015，37（7）：1414-1423.

[2]趙加強(qiáng).中國太陽能光伏發(fā)電發(fā)展的法律政策問題———以政策工具優(yōu)化為視角[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2014，22（6）：26-34