電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用

摘 要：光伏發(fā)電作為新興可再生能源技術，能夠在一定程度上緩解國家的能源緊缺問題。光伏系統(tǒng)能夠?qū)⑼饨珀柟廪D(zhuǎn)化為電能供給人們使用，而且能源生產(chǎn)過程中，并不會有資源損耗、空氣污染等破壞環(huán)保系統(tǒng)的弊端，所以能夠高效利用太陽能成為所有人關注的重點，而電氣自動化能夠有效提高太陽能利用效率，所以對電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用進行研究，符合我國新時期堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求。

關鍵詞：電氣自動化;太陽能;光伏發(fā)電;具體應用

1太陽能光伏發(fā)電的原理與特性

1.1太陽能光伏發(fā)電的原理

太陽能光伏發(fā)電的原理是太陽能電池具有光生伏打效應，這種效應可以把散射輻射、反射輻射和直接輻射等形式的太陽輻射能轉(zhuǎn)化成電能，從而完成發(fā)電。具體分析光生伏打效應就是物體內(nèi)的電荷在物體受到光照時會改變分布狀態(tài)，產(chǎn)生電流和電動勢。半導體的PN節(jié)在受到來自太陽光的刺激后能夠在兩側產(chǎn)生電壓中。

太陽能光伏系統(tǒng)的組成主要包括充放電控制器、蓄電池、逆變器、電池組件、監(jiān)測儀表和其他蓄能和輔助發(fā)電設備，根據(jù)使用的環(huán)境不同，主要可以分為三大類，分別應用在偏遠山區(qū)的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和十分靈活的混合系統(tǒng)。

1.2太陽能光伏發(fā)電的特性

太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點有很多：①太陽能是來自人類賴以生存的太陽，這種能源取之不盡、用之不竭，因此能源市場的變動對于太陽能光伏發(fā)電來說不會產(chǎn)生負面影響;②因為太陽能來自太陽，而世界各：地各個角落都會接受到太陽光的照射，這樣偏遠山區(qū)不再受地域限制，電能輸送過程中的損失能夠彌補且發(fā)電過程沒有燃料的成本;③太陽能光伏發(fā)電大部分的方式都是處于靜止狀態(tài)，不存在運動部件，因此設備的使用壽命很長且維修簡單;④太陽能光伏發(fā)電十分清潔，不會有噪音、有毒氣體和廢棄物出現(xiàn);⑤在我國大部分地區(qū)的太陽能發(fā)電板都是設置在屋頂，這有效減少了占地面積。

在太陽能光伏發(fā)電給人類帶來巨大便捷的同時也存在一-些使用缺點：①地球的公轉(zhuǎn)使得存在春夏秋冬四個季節(jié)，在這四個季節(jié)內(nèi)，地球表面接收到來自太陽光的輻射程度不同，會對發(fā)電量產(chǎn)生一-定的影響;②太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設成本是比較高的，要保證其安全性和穩(wěn)定性，投資較高也限制了其應用范圍的擴大。

2電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用

2.1電氣自動化在電力行業(yè)中的使用情況

隨著電氣自動化應用的不斷加深，電氣自動化的應用范圍也越來越廣。電氣自動化在電氣工程中也被廣泛使用，使電氣系統(tǒng)的工作效率得到了大幅度的提高，并且電氣自動化的應用使電力工程得到了進一步的發(fā)展，降低了太陽能光伏發(fā)電中工人的勞動強度，電力行業(yè)的生產(chǎn)變得更加的安全，對于人們生產(chǎn)與生活中用電提供了穩(wěn)定的支持，也使相關企業(yè)的經(jīng)濟收益得到了大大的提高。

2.2電氣自動化的實現(xiàn)方法

電力自動化系統(tǒng)的性能比較優(yōu)越，因此該系統(tǒng)被廣泛使用，其中包括：工業(yè)生產(chǎn)中、醫(yī)療衛(wèi)生上、商場安保、供暖系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安全監(jiān)測等。電氣自動化系統(tǒng)在應用的過程中，可以使用計算機進行相應的控制，通過使用網(wǎng)絡形式進行監(jiān)控，可以更好地對需要控制的設備進行控制，并且可以利用相應的網(wǎng)絡系統(tǒng)對被控制設備的情況進行計算，這樣就能進行時時檢測，并可以對檢測的結果進行記錄，通過這樣的方法就能及時的發(fā)現(xiàn)設備中存在的問題，進而可以對設備進行及時的維修，使設備的故障得以排除。

2.3在光伏建筑及水泵系統(tǒng)中的應用

太陽能的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要一定的光伏建筑和水泵電力系統(tǒng)，利用電氣自動化技術可以在第一時間發(fā)現(xiàn)故障，保障系統(tǒng)的安全性。具體來說，在光伏建筑和水泵系統(tǒng)的通信手段和監(jiān)控軟件系統(tǒng)中，利用電氣自動化的故障識別優(yōu)勢，在集熱太陽能電池板發(fā)生異常狀況時，及時識別并做出反應，確保光伏發(fā)電的安全性。在太陽能光伏發(fā)電中，光伏建筑和水泵系統(tǒng)的通信方式主要包括串口、通用分組無線服務技術、北斗無線通信等。發(fā)電所需的太陽能電池板數(shù)量很多，電氣自動化技術可以對電池板的運行發(fā)電情況進行監(jiān)控，也能對通信系統(tǒng)的安全連接進行監(jiān)控管理，因此，電氣自動化能夠識別出其中存在的異常，并在故障發(fā)生的第一時間反饋信息，保障發(fā)電的基礎穩(wěn)定性。

2.4在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流逆變中的應用

為了適應現(xiàn)代化電力事業(yè)發(fā)展的需要，我國的光伏發(fā)電從直流電轉(zhuǎn)變成為交流電，通過電氣自動化技術來實現(xiàn)電流輸電方式的徹底轉(zhuǎn)變。太陽能光伏發(fā)電的核心是在特定的技術系統(tǒng)結構中將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，需要特定的光伏陣列、充電放點控制器以及蓄電池中的逆變器等來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，變成可以被輸電發(fā)送的電力能源。整個技術運行系統(tǒng)具有復雜性，因此，離不開電氣自動化技術，利用電氣自動化就可以確保各個器具、連接系統(tǒng)等實現(xiàn)高效運轉(zhuǎn)，在將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷耐瑫r，將電能高效、快速地輸送到各個電力電網(wǎng)系統(tǒng)中，真正實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的目標。

2.5在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的應用

太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能最終被社會生產(chǎn)、生活使用，并網(wǎng)系統(tǒng)是其中的關鍵形式。如果是獨立的光伏發(fā)電，那么除了要實現(xiàn)太陽能與電能的轉(zhuǎn)化以外，還需要進行電能的存儲，給整個系統(tǒng)帶來極大的負擔。因此，利用并網(wǎng)系統(tǒng)將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能輸送到我國的國家電網(wǎng)系統(tǒng)中，就是將光伏發(fā)電與國家電網(wǎng)之間實現(xiàn)“并網(wǎng)”。在并網(wǎng)系統(tǒng)中，只有采用科學、合理的分配發(fā)電模式，才能保證電能不會對電網(wǎng)造成破壞性的沖擊。利用電氣自動化技術可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動智能化發(fā)電，即在同期點兩側中的電氣量檢測中使用電氣自動化技術，并對同期并列的電氣量數(shù)值信息進行分析，能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的“時間差”進行判斷，從而自動控制光伏發(fā)電中的合閘頻率和時間，保證實現(xiàn)并網(wǎng)的同時，也不會對發(fā)電設備產(chǎn)生沖擊性影響。

2.6在光伏發(fā)電無功補償控制中的應用

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，設備一般屬于元器件，即電子元器件。在現(xiàn)有的技術水平下，電子元器件的特點是在設備系統(tǒng)啟動時產(chǎn)生一定的諧波，從而對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成沖擊，比如，造成電壓過高或電壓過低等問題，影響太陽能光伏發(fā)電的整體系統(tǒng)運行。此外，電子元器件還可能會產(chǎn)生無功率的損耗問題，也影響了電能的產(chǎn)出效率。利用電氣自動化技術可以解決該問題，即利用電氣自動化對無功需求量進行分析、判定，進而利用自動控制技術將功能損耗控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，就能有效保障電壓的穩(wěn)定性?？梢钥闯?，電氣自動化能夠?qū)崿F(xiàn)無功補償控制的功能，解決無功損耗的問題，維系光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3結語

綜上所述，當前電氣自動化技術在太陽能光伏發(fā)電中的應用效果已經(jīng)得到了充分的認可與肯定，相信伴隨著電氣自動化技術的不斷創(chuàng)新和升級，電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用范圍將會越來越廣泛，應用效果也會越來越理想。

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作者簡介：

魯夢蝶（1988.7.31—）女;北京人;漢族;本科;工業(yè)工程技術助理工程師;職務：審核管理處項目主管工程師;研究方向：電力與技術，光伏技術，電力行業(yè)運行管理;單位：中電聯(lián)（北京）檢測認證中心有限責任公司。

（中電聯(lián)（北京）科技發(fā)展有限公司，北京 100055）