淺談光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)

翟建建 陸中奇

摘要：傳統(tǒng)的發(fā)電方式都存在能源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，而光伏發(fā)電能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，可以減少資源消耗與環(huán)境污染。而光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的關(guān)鍵，常用技術(shù)有太陽(yáng)能電池技術(shù)、光伏陣列最大功率跟蹤技術(shù)、太陽(yáng)能聚光光伏技術(shù)等，但是在應(yīng)用光伏發(fā)電與電網(wǎng)技術(shù)時(shí)需注意諧波問(wèn)題、電壓波動(dòng)問(wèn)題以及無(wú)功平衡問(wèn)題，提高技術(shù)應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;并網(wǎng)技術(shù);諧波問(wèn)題

前言：

光伏發(fā)電屬于新能源發(fā)電，不僅可以推動(dòng)電力行業(yè)的發(fā)展，也可以改善生態(tài)環(huán)境，但是當(dāng)前我國(guó)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)還不夠成熟，需加大技術(shù)研究力度并通過(guò)有效措施提高技術(shù)應(yīng)用效果。

1.光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的概念與優(yōu)勢(shì)

1.1概念

光伏發(fā)電即利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)【1】。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括控制器、逆變器以及太陽(yáng)能電池板。對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行串聯(lián)與封裝保護(hù)后，太陽(yáng)能電池就形成了太陽(yáng)能電池組件，再結(jié)合功率控制器等部件就可以構(gòu)成光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的原理是應(yīng)用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，當(dāng)光子照射到金屬上之后，金屬當(dāng)中的某個(gè)電子就會(huì)吸收光子中的能量，電子吸收了能量之后會(huì)形成光電子。相比于傳統(tǒng)的火力發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電具有較高的可靠性、安全性，不存在噪聲和污染，不需要消耗任何燃料也不需要架設(shè)輸電線(xiàn)路，同時(shí)光伏發(fā)電不存在枯竭風(fēng)險(xiǎn)，能源質(zhì)量相對(duì)較高，建設(shè)周期也比較短。但是生產(chǎn)太陽(yáng)能電池板會(huì)產(chǎn)生較大的污染，能耗也比較高，導(dǎo)致光伏發(fā)電成本較高，應(yīng)用范圍較小。

光伏發(fā)電是傳統(tǒng)發(fā)電的延伸和補(bǔ)充，近年來(lái)我國(guó)愈加注重環(huán)保，提高了對(duì)光伏發(fā)電的重視程度。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)有并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)這兩種類(lèi)型，其中并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的成本較低。因此，需要通過(guò)微網(wǎng)的方式將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入到大電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，因此并網(wǎng)技術(shù)指的是通過(guò)合理方式將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入到電網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)。

1.2優(yōu)勢(shì)

光伏發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而太?yáng)能屬于清潔能源，在進(jìn)行光伏發(fā)電時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此光伏發(fā)電具有綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)化效率較高，可以提高太陽(yáng)能資源的利用率，減少了資源浪費(fèi)，因此光伏發(fā)電也具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。再次，作為可再生能源，太陽(yáng)能廣泛分布，進(jìn)行光伏發(fā)電基本不存在地域限制。且太陽(yáng)能資源儲(chǔ)量豐富，不會(huì)突然出現(xiàn)資源減少甚至枯竭等情況。此外，光伏發(fā)電所應(yīng)用的設(shè)備相對(duì)較小，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單。

2.光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分析

2.1太陽(yáng)能電池技術(shù)

光伏電池是光伏發(fā)電技術(shù)的核心，影響著光伏發(fā)電的穩(wěn)定性。當(dāng)前，無(wú)論是石油還是煤炭等不可再生能源都頻繁出現(xiàn)能源緊缺等問(wèn)題，制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，導(dǎo)致很多國(guó)家開(kāi)始施行大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源的計(jì)劃，將目光放在了可再生能源上，擴(kuò)大了光伏發(fā)電的發(fā)展空間，使太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈【2】。在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中，光伏電池也不斷改變。最初光伏電池應(yīng)用的是硅原料，雖然在不斷完善技術(shù)，但依然無(wú)法有效降低光伏電池原料的成本。之后，利用非硅原料代替硅原料，達(dá)到了減少電能損耗、降低生產(chǎn)成本的目的，但仍存在不足。當(dāng)前，主要是利用繼晶體硅與薄膜電池設(shè)計(jì)光伏電池，有效提高了光伏轉(zhuǎn)換效率。從太陽(yáng)能電池材料的發(fā)展來(lái)看，太陽(yáng)能電池主要包括硅太陽(yáng)能電池、多晶體薄膜電池、有機(jī)聚合物電池、納米晶電池、有機(jī)薄膜電池、染料敏化電池以及塑料電池等類(lèi)型，不同類(lèi)型電池的能量轉(zhuǎn)換效率不同，成本也不同，會(huì)對(duì)電力企業(yè)的供電穩(wěn)定性以及生產(chǎn)成本產(chǎn)生一定影響，因此需科學(xué)選擇太陽(yáng)能電池。

2.2光伏陣列最大功率跟蹤技術(shù)

光伏陣列最大功率跟蹤技術(shù)是利用非線(xiàn)性傳導(dǎo)模式進(jìn)行功率輸出的，與環(huán)境、負(fù)載以及光照等情況都有一定的關(guān)系。光伏陣列最大功率點(diǎn)是光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，需加強(qiáng)跟蹤，因此出現(xiàn)了很多跟蹤技術(shù)，例如MPP跟蹤技術(shù)與MPPT方法等。但是，這些技術(shù)較為復(fù)雜，其應(yīng)用的傳感器、硬件設(shè)施都不同，需根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際情況選擇合適的跟蹤技術(shù)。

2.3孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，

孤島效應(yīng)指的是若電網(wǎng)系統(tǒng)存在故障，供電就會(huì)中斷，但光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仍然在運(yùn)行當(dāng)中，且是在負(fù)載電壓的狀態(tài)中供電，就會(huì)形成自給自足的孤島模式。若不及時(shí)檢測(cè)孤島效應(yīng)，就無(wú)法控制供電系統(tǒng)的電壓與電頻，會(huì)對(duì)電力設(shè)備造成一定的損壞，甚至?xí){到工作人員的人身安全。若電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，技術(shù)人員可以利用反孤島保護(hù)手段停止光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行，避免光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在負(fù)載電壓的狀態(tài)中運(yùn)行，減少對(duì)設(shè)備的破壞。

2.4太陽(yáng)能聚光光伏技術(shù)

太陽(yáng)光照射地球表面會(huì)產(chǎn)生能源損耗，而利用太陽(yáng)能聚光光伏技術(shù)可以減少太陽(yáng)光照射中的能量損耗，增強(qiáng)太陽(yáng)能資源利用的高效性。太陽(yáng)能聚光光伏技術(shù)可以聚集太陽(yáng)光并利用聚光電池收集太陽(yáng)光，提升太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。太陽(yáng)能聚光光伏技術(shù)的應(yīng)用依賴(lài)于聚光器這一設(shè)備，聚光器可以充分加熱太陽(yáng)能，當(dāng)太陽(yáng)能的溫度達(dá)標(biāo)之后將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣鉄崮?，再將光熱能輸送至太?yáng)能電池上，從而將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?】。

2.5太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)電流控制技術(shù)

在并網(wǎng)技術(shù)當(dāng)中，逆變器發(fā)揮著控制作用，使直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?。安裝逆變器的主要目的是降低系統(tǒng)當(dāng)中的電力諧波，提高電壓供應(yīng)效率，使電流輸入與輸出更加安全穩(wěn)定。光伏發(fā)電并網(wǎng)電流控制技術(shù)的作用是控制和減少電力永諧波的失真率，而變換器控制系統(tǒng)的運(yùn)行又會(huì)受到電流控制策略的影響，因此與科學(xué)選擇電流控制策略。

2.6光伏發(fā)電與并網(wǎng)施工技術(shù)

在施工過(guò)程中，施工人員應(yīng)做好施工準(zhǔn)備工作、光伏屋面清理工作以及調(diào)試并網(wǎng)工作。第一，準(zhǔn)備工作。施工人員需根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行定位放線(xiàn)，明確施工流程，即先科學(xué)焊接支架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行電池板支架與太陽(yáng)能電池板等設(shè)備的安裝，之后安裝電氣工程。第二，光伏屋面清理工作。在進(jìn)行施工之前，施工人員應(yīng)全面清理光伏屋面，確保施工現(xiàn)場(chǎng)用電的安全。之后根據(jù)施工圖紙進(jìn)行設(shè)備安裝，增強(qiáng)操作的規(guī)范性。在進(jìn)行太陽(yáng)能電池板的安裝前應(yīng)全面檢測(cè)太陽(yáng)能電池板，保障其質(zhì)量符合要求，并檢測(cè)其開(kāi)路電壓。在安裝匯流箱時(shí)，施工人員應(yīng)加大檢查力度，在安裝過(guò)程中增強(qiáng)安裝穩(wěn)定性。在安裝橋架之前也應(yīng)全面檢測(cè)橋架，利用螺栓固定橋架。第三，調(diào)試并網(wǎng)。施工人員先檢測(cè)系統(tǒng)性能，明確設(shè)備是否能夠正常運(yùn)行，并利用監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，在完成調(diào)試工作之后再進(jìn)行并網(wǎng)。

3.光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題

3.1諧波問(wèn)題

利用光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能向電能的轉(zhuǎn)化，且可以將電能接入到電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中。但是，在進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)，技術(shù)人員需要保持并網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的電壓、相位以及頻率都與電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓、相位以及頻率相同。但是，并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)仍然會(huì)相互影響，就可能會(huì)產(chǎn)生諧波問(wèn)題。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)諧波問(wèn)題有明確規(guī)定，在應(yīng)用并網(wǎng)技術(shù)時(shí)需要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估實(shí)際產(chǎn)生的的諧波危害性。在進(jìn)行并網(wǎng)之前，也需要檢測(cè)諧波電流，若諧波干擾明顯就需要通過(guò)安裝濾波器等設(shè)備消除諧波。

3.2電壓波動(dòng)問(wèn)題

相比于其他電力系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)的輸出功率更容易受到光照強(qiáng)度的影響，且二者之間呈正比關(guān)系。若光照強(qiáng)烈，則輸出功率大，若光照弱，則輸出功率小，甚至存在無(wú)功率的情況。同時(shí)，光伏系統(tǒng)的輸出功率也會(huì)受到設(shè)備故障、天氣等因素的影響，就可能會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)的情況。因此，技術(shù)人員在進(jìn)行光伏系統(tǒng)切機(jī)中計(jì)算電壓影響時(shí)需增強(qiáng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，并詳細(xì)記錄電壓波動(dòng)情況【4】。在補(bǔ)償處理過(guò)程中，也需要根據(jù)電壓波動(dòng)的情況控制電壓波動(dòng)值。

3.3無(wú)功平衡問(wèn)題

若光伏系統(tǒng)的功率因素大于0.98就證明光伏系統(tǒng)處于純有功輸出狀態(tài)。但是從光伏系統(tǒng)中分層分區(qū)就地平衡原則來(lái)看，光伏系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這樣才能夠滿(mǎn)足公共電網(wǎng)的要求，并減少線(xiàn)損。因此，需綜合分析公共電壓的實(shí)際情況，并在實(shí)際用電負(fù)荷的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)功平衡設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)：

光伏發(fā)電具有節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，且太陽(yáng)能屬于可再生能源，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要的推動(dòng)作用。電力企業(yè)應(yīng)加大對(duì)光伏發(fā)電與電網(wǎng)技術(shù)的研究力度，充分發(fā)揮太陽(yáng)能電池技術(shù)、光伏陣列最大功率跟蹤技術(shù)、太陽(yáng)能聚光光伏技術(shù)、孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)等技術(shù)的作用，并減少諧波、電壓波動(dòng)與無(wú)功平衡等問(wèn)題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]尹雁和， 陳俊杜， 江賽標(biāo)，等. 分布式光伏發(fā)電非專(zhuān)線(xiàn)并網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 電工電氣， 2019， No.253（01）：76-77.

[2]范紅裝. 淺議光伏發(fā)電并網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 百科論壇電子雜志， 2019， 001（001）：253-254.

[3]尹雁和， 陳俊杜， 江賽標(biāo)，等. 分布式光伏發(fā)電非專(zhuān)線(xiàn)并網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 電氣化鐵道， 2019， 011（001）：72-73.

[4]張麗， 陳碩翼. 光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 科技中國(guó)， 2020， No.269（02）：24-27.