關(guān)于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究

曾敏

摘要：本文主要從太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究方面進(jìn)行論述，介紹了并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理及其組成，也對并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題進(jìn)行了介紹，對其未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。希望能夠?qū)μ柲芄夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)作起到一定幫助作用。

關(guān)鍵詞：太陽能;光伏;并網(wǎng)發(fā)電

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）28-0256-02

太陽能具有沒有污染、清潔的重要特性，對太陽能技術(shù)的運(yùn)用，是現(xiàn)代新技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。通過對太陽能的利用，采用并網(wǎng)發(fā)電，已經(jīng)逐漸成熟，使并網(wǎng)發(fā)電的狀況得到了改善。近年來，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，將太陽能可再生的特點(diǎn)充分應(yīng)用，使光伏并網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)得到健全，完美展現(xiàn)了太陽能的實(shí)際價(jià)值。

1 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是指利用太陽能電池，實(shí)現(xiàn)對太陽輻射的轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是一個新型的發(fā)電系統(tǒng)，其主要是對太陽光進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?lián)網(wǎng)運(yùn)作及離網(wǎng)運(yùn)作是該系統(tǒng)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)方式[1]。在光伏電池的兩面將電極引出，并將負(fù)載接進(jìn)來，這樣光生電流就會通過外部的電路，從而獲取一定的輸出功率，讓太陽能轉(zhuǎn)變成電能得到有效實(shí)現(xiàn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種可再生資源配置，其通過對光伏電池方陣的利用，實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)變，并將這種能量存儲到蓄電池內(nèi)或是提供給負(fù)載運(yùn)用。具體的工作方式是：光伏電池組件在白天的時(shí)候把太陽能逐漸地轉(zhuǎn)變成電能，其中一些電能為交流或是直流負(fù)載提供，剩余的電能將會給蓄電池組充電。當(dāng)遇上雨天或是在傍晚的時(shí)候，光伏電池組件不能工作，蓄電池組就可以為交流或是直流負(fù)載提供電能。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.1 光伏電池板

作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元，當(dāng)電池陣列接收到太陽光時(shí)，光能被電池吸收，并產(chǎn)生光伏效應(yīng)，這時(shí)太陽光就可以順利地被轉(zhuǎn)變成電能。

2.2 太陽能控制器

非線性是光伏電池陣列的主要特點(diǎn)，為了在不同環(huán)境溫度與不同日照條件下都能夠保證將最大功率輸出，通常會將光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制引進(jìn)其中。

2.3 DC-AC變換裝置

通過對功率器件的關(guān)斷和導(dǎo)通進(jìn)行控制，使直流電由低壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏?，這樣就提供了一定條件給[DC-AC]逆變器[2]。這樣在直流輸入電壓變化較大的時(shí)候，可以讓平穩(wěn)高壓直流電的輸出得到保證，還能夠使最大功率跟蹤控制作用得以實(shí)現(xiàn)。

2.4 逆變器

其主要作用是對蓄電池與光伏電池板提供的電壓較低直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成220伏交流電，使其成為交流負(fù)載主要的電力來源。

2.5 儲能裝置

一些鉛酸蓄電池經(jīng)過并聯(lián)、串聯(lián)的形式組合形成蓄電池組，它的容量要和光伏電池陣列的容量相符合。其功能是儲存直流電，提供給負(fù)載運(yùn)用。

3 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)目前存在的問題

因?yàn)楣夥l(fā)電比較容易受到氣候因素的影響，并且能量密度相對比較低，并網(wǎng)發(fā)電后會影響維護(hù)投入成本和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3.1 存在諸多影響因素

并網(wǎng)發(fā)電會受到很多因素的影響，因此輸出功率不平穩(wěn)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)功率不但會受到諸如諧波、光伏電池板是否清潔、逆變器的效率等系統(tǒng)自身設(shè)施的影響。一些自然要素也會對其造成影響，如氣溫、氣候、濕度等。由于這些因素的影響，難以保證平穩(wěn)的電源輸送，也會影響電網(wǎng)電壓的平穩(wěn)。基于此點(diǎn)，供電系統(tǒng)需要將備用的發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)備好，這樣當(dāng)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不能提供電力時(shí)，可以保證電力的供應(yīng)。同時(shí)也要將電網(wǎng)發(fā)電波動記錄工作做到位。

3.2 孤島效應(yīng)

將光伏并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)用到實(shí)際中后，會有孤島效應(yīng)的情況發(fā)生，孤島效應(yīng)是指供電系統(tǒng)在停電發(fā)生之后依舊有電，這會威脅到相關(guān)工作人員的生命安全。另外，孤島效應(yīng)也會破壞用電設(shè)施。所以，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需要有一種能力，能夠檢測孤島效應(yīng)的發(fā)生，一旦孤島效應(yīng)被檢測到，就要將并網(wǎng)逆變器及時(shí)關(guān)閉。

3.3 沒有方向性保護(hù)

在將很多并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接到供電系統(tǒng)后，將會使短路電流變大，從而造成過流保護(hù)不能很好地配合。如果供電網(wǎng)絡(luò)沒有接進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其會呈現(xiàn)輻射狀，相應(yīng)地短路保護(hù)沒有方向性。并網(wǎng)系統(tǒng)的接進(jìn)，類似于充當(dāng)了電源的作用。所以，一定要將具有方向性功能的保護(hù)設(shè)施安裝上，然而過去的熔斷器都沒有方向性。伴隨著并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用，在設(shè)計(jì)有關(guān)系統(tǒng)的時(shí)候，也要進(jìn)行改變。

3.4 產(chǎn)生諧波，影響電能質(zhì)量

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是通過逆變器接進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)中的，具有分散電源的作用。在光伏組件的作用下，太陽光被轉(zhuǎn)換為直流電能，再通過逆變器的作用，對直流電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換[3]，使其同電力網(wǎng)絡(luò)的相位與頻率一樣。但是這個過程中，會產(chǎn)生很多諧波，影響電能的質(zhì)量。在太陽能接進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)之后，需要檢測諧波電流，使其達(dá)到國家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，如果達(dá)不到要求，就要將相應(yīng)的濾波裝置安裝在電力網(wǎng)絡(luò)中。

3.5 硅材料冶煉技術(shù)不高

冶煉相應(yīng)的硅材料有一定難度，雖然最近幾年新型光伏電池技術(shù)方面逐漸提高，但是建立光伏電池對硅片的精度要求很高。因此，就要有很高地冶煉硅片的技術(shù)，這就造成了相應(yīng)方面的成本投入很高。要想減少并網(wǎng)系統(tǒng)的投入成本，就要使光伏電池板材料方面的問題得到解決。

4 未來光伏并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展趨勢及重點(diǎn)

4.1 提高光伏電池性能，降低電池芯片生產(chǎn)投入

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部件是太陽能光伏電池，其主要作用是將太陽光進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其變?yōu)殡娔堋８魇焦桦姵厥悄壳肮夥姵氐闹饕问?。在生產(chǎn)加工硅晶體的過程中，會消耗很多的能源，不但使生產(chǎn)投入變得更高，也一定程度影響了環(huán)境的保護(hù)。衡量光伏電池性能的一個主要標(biāo)準(zhǔn)是光電轉(zhuǎn)換率。從當(dāng)前的情況來說，具有最高光電轉(zhuǎn)換率的是單晶硅電池，但是其需要較高地生產(chǎn)投入，多晶硅電池的性能與成本投入相對偏低。對于非晶硅薄膜電池而言，其穩(wěn)定性相對偏差，技術(shù)方面還不成熟。最近幾年，聚光光伏系統(tǒng)迅速發(fā)展，這種技術(shù)主要是通過聚集大面積太陽光的方式，將其聚集到很小的面積上，再利用對應(yīng)性能較高光伏電池的作用，提升光電轉(zhuǎn)換率。但是因?yàn)槌杀就度胼^高，因此，一直未被普遍應(yīng)用。要想使光伏發(fā)電的功能得到切實(shí)發(fā)揮，讓光伏電池性能得到一定提升，就要解決相應(yīng)的市場推廣問題。

4.2 弱化孤島效應(yīng)，保障電網(wǎng)運(yùn)行安全

因?yàn)楣夥l(fā)電網(wǎng)絡(luò)的一些特點(diǎn)，在其進(jìn)行并網(wǎng)之后，會產(chǎn)生孤島效應(yīng)，從而影響電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)作。對于這種情況，需要對光伏系統(tǒng)中逆變器的控制與檢測作用進(jìn)行增強(qiáng)，使異常狀況可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)給出相應(yīng)的反應(yīng)，從而最大限度地減少負(fù)面影響。當(dāng)前逆變器存在一定的不足之處，主要是不能將意外停電與正常地計(jì)劃停電分辨出來，這樣就造成不能有效實(shí)施后面的工作。因此，需要更深入的是逆變器的檢測本領(lǐng)提升，通過對頻率與電壓進(jìn)行控制，將光伏發(fā)電網(wǎng)絡(luò)同主網(wǎng)并網(wǎng)后的影響減到最低，使電網(wǎng)的安全運(yùn)作得到保障。

4.3 人工智能與并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)合

在并網(wǎng)系統(tǒng)中運(yùn)用智能技術(shù)是有一定局限性的，并網(wǎng)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)具有十分復(fù)雜的特性。當(dāng)并網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障的時(shí)候，通常是依賴各線路診斷相應(yīng)地故障，這對規(guī)模較大呈分散形式的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言，是極為不利的。但是當(dāng)前人工智能迅速發(fā)展起來，將人機(jī)進(jìn)行結(jié)合是一個很好的選擇，將計(jì)算機(jī)效率高的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，再結(jié)合相關(guān)專業(yè)人士的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)自動控制。將人工智能技術(shù)運(yùn)用到并網(wǎng)系統(tǒng)中，可以將并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中電力方面的故障有效排除，再有問題出現(xiàn)，就可以直接進(jìn)行應(yīng)對解決，讓維修效率得到提升，使維護(hù)投入成本得到減少，從而使電網(wǎng)運(yùn)作的平穩(wěn)性得到提高。

5 結(jié)束語

對于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，正在進(jìn)行逐漸地研究、運(yùn)用中，通過對太陽能的有效運(yùn)用，結(jié)合光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，將太陽能能源進(jìn)行合理配置，使過去電能供應(yīng)的壓力得到減少。運(yùn)用光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，需要對太陽能的長遠(yuǎn)發(fā)展提高重視，使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用環(huán)境得到改善，從而保證其電力供應(yīng)的正常運(yùn)作。

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