太陽(yáng)能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)探究

原嘉

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于電力的需求也隨之增大，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的電力需求，對(duì)于電力系統(tǒng)的改革迫在眉睫，在電力需求快速增長(zhǎng)的同時(shí)，電網(wǎng)的規(guī)模也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。然而，電網(wǎng)的建設(shè)存在著建設(shè)成本高，操作難度大等諸多問題，同時(shí)電網(wǎng)在供電穩(wěn)定性上也存在著不足，微電網(wǎng)將負(fù)荷和微電源進(jìn)行組合，來(lái)提高供電的可靠性。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;光伏發(fā)電;微電網(wǎng)技術(shù)

一、微電網(wǎng)的概念和結(jié)構(gòu)

對(duì)于微電網(wǎng)而言，作為一項(xiàng)新興發(fā)展的技術(shù)，各國(guó)之間目前為止還沒有對(duì)微電網(wǎng)有著一個(gè)統(tǒng)一的定義。微電網(wǎng)的興起源于美國(guó)，作為微電網(wǎng)技術(shù)興起的國(guó)度，美國(guó)在微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展上一直處于世界領(lǐng)先地位，按照美國(guó)科學(xué)界所給出的專業(yè)說(shuō)法和解釋來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)技術(shù)就是一種各種負(fù)荷和多種微電源的集合。微電源在這一系統(tǒng)中有著重要的地位和作用，負(fù)責(zé)向負(fù)載提供電力和熱力的需求。微電網(wǎng)由多個(gè)重要組成成分組成，包含了分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、電力電子設(shè)備等，這些部分的協(xié)調(diào)工作使得微電網(wǎng)得以進(jìn)行正常的工作。其中分布式電源的組成頗為復(fù)雜，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃料電池以及太陽(yáng)能電池以及微型燃?xì)廨啓C(jī)組成，以上幾部分的共同之處也就是他們之間都需要電力電子設(shè)備與大電網(wǎng)之間相連。值得一提的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及微型燃?xì)廨啓C(jī)所使用的交流電，而為了能夠順利連接大電網(wǎng)，滿足使用的要求，事先需要交流電通過(guò)設(shè)備轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為直流電，再將直流電逆變成交流電并網(wǎng)，而燃料電池和太陽(yáng)能電池因?yàn)槠渥陨頌橹绷麟姡蚨鄙倭说谝徊降霓D(zhuǎn)化過(guò)程。

二、光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)的組成及各部分功能

（一）太陽(yáng)能電池組合方陣

我們都知道，太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的核心，太陽(yáng)能單體的工作電壓很小，約為0.5V，工作電流也不大，通常為22mA左右，所以必須將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)組裝后，組成太陽(yáng)能電池的組件，這時(shí)功率一般為幾瓦到幾十瓦不等，太陽(yáng)能電池不是最小“電源”，電池組才是，如果將電池組經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組裝就構(gòu)成了太陽(yáng)能電池方陣，多個(gè)太陽(yáng)能電池方陣組合就能滿足使用所需負(fù)載的輸出功率。

（二）儲(chǔ)能蓄電池

如果說(shuō)有了電源，可以利用其輸出功率，但光伏電站一般是在人群集中地使用，遇到陰雨天氣，會(huì)使其應(yīng)用受到影響，所以需要儲(chǔ)能蓄電池，能將轉(zhuǎn)換后的直流電再轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，必須要有儲(chǔ)蓄電池，儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)電能。太陽(yáng)能過(guò)大時(shí)可儲(chǔ)存電能，過(guò)少時(shí)可補(bǔ)充電能，以保持供電電壓的穩(wěn)定性。儲(chǔ)蓄電池是通過(guò)充電將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存，需要時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來(lái)的裝置，為使用方便，蓄電池的設(shè)計(jì)容量要盡量大一些，但由于技術(shù)的限制，所以一般為日常耗電的5～10倍。目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)配置的蓄電池多數(shù)為鉛酸蓄電池。

（三）充放電的控制器

蓄電池要在充電和放電過(guò)程中加以控制，不能頻繁的過(guò)充電和過(guò)放電，否則會(huì)影響電池的使用壽命，為了保護(hù)蓄電池不受過(guò)充電和過(guò)放電的損害，則必須要有一套控制系統(tǒng)來(lái)防止蓄電池的過(guò)充電和過(guò)放電，稱為充放電控制器?？刂破鞯墓ぷ髟硎峭ㄟ^(guò)檢查蓄電池的電壓值與其最大負(fù)荷值進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷是否達(dá)到過(guò)充點(diǎn)或過(guò)放點(diǎn)，并要設(shè)置開關(guān)，在過(guò)充點(diǎn)或過(guò)放電時(shí)自動(dòng)終止充電和放電。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的增加，用戶的要求也越來(lái)越高，安全性和合理性的設(shè)計(jì)也越來(lái)越重要，所以，近年來(lái)設(shè)計(jì)者在控制器上設(shè)置了更多的保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，目前的先進(jìn)技術(shù)甚至通過(guò)計(jì)算機(jī)將控制器與軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能控制。

三、微電網(wǎng)的控制技術(shù)

（一）基本的有功和無(wú)功功率控制

微電網(wǎng)中的微電源大多是電力電子型，因此微電網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)中的不同性質(zhì)的功率是分開調(diào)節(jié)的，例如逆變器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的控制，而通過(guò)逆變器的電壓以及網(wǎng)絡(luò)電壓的相角則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率的控制。

（二）基于調(diào)差的電壓調(diào)節(jié)

在一些規(guī)模較大的電網(wǎng)中，各個(gè)電源之間的阻抗較大，因此不會(huì)出現(xiàn)無(wú)功環(huán)流現(xiàn)象，但是微電網(wǎng)中的電壓整定值相對(duì)較小，如果微電網(wǎng)中有大量的微電源接入，而不能進(jìn)行就地電壓控制，則可能會(huì)產(chǎn)生電壓以及無(wú)功振蕩，對(duì)電壓進(jìn)行控制的要求就是要保證微電網(wǎng)中不會(huì)出現(xiàn)無(wú)功環(huán)流。

（三）快速負(fù)荷跟蹤和儲(chǔ)能

在一個(gè)規(guī)模較大的電網(wǎng)中，當(dāng)接入一個(gè)新的荷載時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)能量平衡，則主要是依賴于大型發(fā)電機(jī)的慣性，此時(shí)系統(tǒng)頻率略微降低，外界幾乎無(wú)法察覺，同時(shí)，由于微電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)的慣量相對(duì)較小，加上有的電源的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，因此當(dāng)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)之間接觸連接，分別獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)候，微電網(wǎng)必須要借助蓄電池、超級(jí)電容器、飛輪等儲(chǔ)能設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)的慣性進(jìn)行增加，才能確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

四、光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

中國(guó)的土地面積的廣闊和人口的眾多使得中國(guó)成為光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的使用大國(guó)，生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池占據(jù)全球市場(chǎng)份額的一半以上，但盡管出口量很多，但由于技術(shù)和資金的限制，使得中國(guó)光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的使用還處于初級(jí)階段，仍僅僅是通信、照明等一些運(yùn)用，還不能更大范圍地使用，但按照如今的發(fā)展趨勢(shì)，光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)有望成為代替使用不可再生資源發(fā)電的重要途徑，從而為節(jié)約能源、發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)提供更大的便利。

（1）通信和工業(yè)應(yīng)用：通信主要有微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信及電視接收系統(tǒng)、氣象和地震臺(tái)站等系統(tǒng)的應(yīng)用。

（2）農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用：一般農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)光伏發(fā)電的運(yùn)用表現(xiàn)在設(shè)有獨(dú)立光伏電站、太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能水泵、學(xué)校用電等。

（3）城市建設(shè)應(yīng)用：城市路邊的太陽(yáng)能路燈、草坪燈、太陽(yáng)能噴泉、太陽(yáng)能電動(dòng)汽車、小區(qū)暫時(shí)發(fā)電站等等。

（4）光伏發(fā)電建筑的應(yīng)用：即光伏一體化，運(yùn)用太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑結(jié)合，利用屋頂?shù)目臻g，安裝使用，以此來(lái)居民的日常用電需求，按照當(dāng)前的發(fā)展，目前的應(yīng)用主要以樓頂為主，且不能儲(chǔ)存過(guò)多能量和得到普及，只因在建設(shè)初期的成本費(fèi)用較高，但相信將來(lái)，這種光伏一體化的模式將會(huì)得到廣泛運(yùn)用，以此獲得更多的熱能和電能。

（5）光伏發(fā)電的應(yīng)用前景：這種技術(shù)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)環(huán)境破壞少，利用率較高，尤其是在太陽(yáng)能豐富的地域，這種發(fā)電技術(shù)對(duì)社會(huì)綠色發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，目前這種技術(shù)的應(yīng)用正在逐年增加，也一步步趨于成熟，更說(shuō)明了這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用潛力相當(dāng)巨大。

五、微電網(wǎng)的展望

微電網(wǎng)技術(shù)的推廣能夠更為豐富的滿足用戶的用電需求，提升用戶的用電質(zhì)量，同時(shí)，微電網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用使得電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，在成功和能源的利用率上也能夠得到提升，對(duì)于行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)有著積極的影響和促進(jìn)作用。微電網(wǎng)的使用對(duì)于大電網(wǎng)的建設(shè)來(lái)說(shuō)，是十分積極的補(bǔ)充，其能夠使得我國(guó)現(xiàn)行的電力系統(tǒng)在構(gòu)筑上更為的完善，同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)整合和技術(shù)的提升，讓電力系統(tǒng)的工作運(yùn)行更為的高效和合理，滿足更多用戶的用電需求。

結(jié)論

綜上所述，能源危機(jī)和環(huán)境問題促使我們要不斷開發(fā)新能源，分布式電源具有較大的空間和前景，但是分布式電源自身的限制決定了要對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善和調(diào)整。微電網(wǎng)是一種全新的電網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種荷載的電能供給，并且提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的過(guò)渡。

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