分布式光伏發(fā)電應(yīng)用與推廣分析

□ 福州 吳祥康

能源在人們的日常生活中隨處可見，人們在長期利用能源的過程中，使用煤炭、石油和天然氣等化石資源的時期極為短暫，但使用化石能源所產(chǎn)生各種有害物質(zhì)，使得地球出現(xiàn)了酸雨和溫室效應(yīng)，使得人類的生存環(huán)境進(jìn)一步惡化，甚至影響人們的日常學(xué)習(xí)生活。因此，使用可再生能源刻不容緩。太陽能是新能源且可再生能源中較為優(yōu)質(zhì)的資源，分布式光伏發(fā)電可以充分開發(fā)和利用太陽能資源。分布式光伏發(fā)電因其自身節(jié)能、安全和減排等優(yōu)勢，得到了國家的大力支持和推廣。

一、分布式光伏發(fā)電的概述

分布式光伏發(fā)電是一種集合發(fā)電和能源利用的新型方式，有著十分廣闊的發(fā)展前景，分布式光伏發(fā)電充分體現(xiàn)了就近作業(yè)的原則，有效解決了發(fā)電設(shè)備距離上的限制和問題，可以有效提升規(guī)模相同光伏電站的發(fā)電量，更能解決電力在升壓及長途運(yùn)輸中的損耗問題等，在一定限度上減少了相關(guān)企業(yè)在運(yùn)輸損耗上的資金投入。分布式光伏發(fā)電在我國應(yīng)用較為廣泛，最常見的便是建設(shè)在各建筑物屋頂?shù)墓夥l(fā)電項(xiàng)目，如太陽能熱水器和太陽能充電板等，在接入光伏發(fā)電項(xiàng)目時，相關(guān)政策要求所涉及的電路必須接入當(dāng)?shù)氐墓搽娋W(wǎng)，使該電路和公共電網(wǎng)一起為用戶提供電源，例如光伏發(fā)電項(xiàng)目沒有接入公共電網(wǎng)，便會導(dǎo)致用戶用電的可靠性及用電質(zhì)量失去保障，給用戶的用電安全帶來一定的影響。

二、分布式光伏發(fā)電的前景

太陽能能源因其自身的可再生性，已經(jīng)引起了各國政府的充分重視和大力支持，分布式光伏發(fā)電作為應(yīng)用太陽能能源的一種發(fā)電系統(tǒng)，更是得到了廣泛的關(guān)注和支持，許多國家都在積極地研究光伏發(fā)電系統(tǒng)，而且我國也出臺了一系列與分布式光伏發(fā)電相關(guān)的方針政策，為分布式光伏發(fā)電提供一定的資金支持，使得分布式光伏發(fā)電的發(fā)展前景十分可觀。

分布式光伏發(fā)電的發(fā)展和我國的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略有著較多的重合之處，分布式光伏發(fā)電所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，能夠大力推動我國鄉(xiāng)村的發(fā)展進(jìn)程。分布式光伏發(fā)電在鄉(xiāng)村中也有許多的實(shí)際應(yīng)用場所，建筑屋頂和農(nóng)業(yè)大棚上等都可以建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，這使得鄉(xiāng)村生活方式實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。隨著分布式光伏發(fā)電在鄉(xiāng)村中的發(fā)展和進(jìn)步，鄉(xiāng)村的電氣化質(zhì)量和水平大幅提升，從而大力推動了我國農(nóng)村電網(wǎng)的智能化改造進(jìn)程。我國分布式光伏發(fā)電迅速發(fā)展的重要原因之一便是我國分布式光伏發(fā)電的載體數(shù)量眾多。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在2019年我國分布式光伏發(fā)電的裝機(jī)量同比增長了24.2%，分布式光伏發(fā)電新增裝機(jī)量同比增長41.3%，且該數(shù)據(jù)處于逐漸增長的形式?？偟膩碚f，分布式光伏發(fā)電在我國的發(fā)展前景十分可觀，且分布式光伏發(fā)電有著巨大的潛力。

三、分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)

1.分布式光伏發(fā)電工作原理。太陽能自身有著十分環(huán)保且來源充足的優(yōu)勢，分布式光伏發(fā)電則可以充分運(yùn)用太陽能，使得分布式光伏發(fā)電是一種有著遠(yuǎn)大發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)體系。分布式光伏發(fā)電的工作原理是通過半導(dǎo)體，把光能轉(zhuǎn)換為電能的一種環(huán)保性發(fā)電方式。分布式光伏發(fā)電的工作原理是光電效應(yīng)，不需要任何過渡便可以直接將太陽能轉(zhuǎn)化成電能。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)行電能輸出時不消耗能源，且不排放任何溫室氣體、廢水和廢氣，最大限度地減少了發(fā)電設(shè)備對空氣和環(huán)境的污染。分布式光伏發(fā)電的發(fā)電設(shè)備不單獨(dú)占用位置，它能安裝在建筑的頂部或是墻面，也可以安裝在荒漠地帶，不受地理位置的限制。

2.分布式光伏發(fā)電工作模式。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)由六種工作模式組成，分為系統(tǒng)待機(jī)、電網(wǎng)運(yùn)行情況監(jiān)控、系統(tǒng)啟動、系統(tǒng)運(yùn)行、故障退出和系統(tǒng)停機(jī)，且分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的每個工作模式可以進(jìn)行相互切換。對分布式光伏發(fā)電裝置進(jìn)行通電處理，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，將啟停按鈕轉(zhuǎn)動到啟動位置之后，分布式光伏發(fā)電裝置便會從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成待機(jī)狀態(tài)。通過電網(wǎng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控狀態(tài)，一旦檢測到分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)有故障，分布式光伏發(fā)電裝置便會退出電網(wǎng)監(jiān)控狀態(tài)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為分布式光伏發(fā)電裝置的故障狀態(tài)。當(dāng)分布式光伏發(fā)電裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，設(shè)備自身檢測便會對設(shè)備進(jìn)行自動檢測，如果檢測到分布式光伏發(fā)電裝置有故障，便會自行退出啟動狀態(tài)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成故障狀態(tài)。當(dāng)分布式光伏發(fā)電裝置處于運(yùn)行狀態(tài)時，在規(guī)定時間內(nèi)的實(shí)測功率如低于規(guī)定值，系統(tǒng)便會停止向電網(wǎng)輸送能量，且立刻跳開交流接觸器，將分布式光伏發(fā)電裝置轉(zhuǎn)換為待機(jī)狀態(tài)。

3.分布式光伏發(fā)電保護(hù)配置。分布式光伏發(fā)電的保護(hù)配置由三部分組成，分別是逆變裝置到電網(wǎng)之間的交流保護(hù)配置、逆變裝置的保護(hù)配置和光伏板到逆變裝置之間的直流保護(hù)配置。逆變裝置到電網(wǎng)之間的交流保護(hù)配置分為主保護(hù)和后備保護(hù)，且主保護(hù)具有一定的零秒速動性，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障便可快速將故障切除，光伏電站側(cè)一般只裝有主保護(hù)，不配置后備保護(hù)。在分布式光伏發(fā)電的保護(hù)裝置可以自行檢測電網(wǎng)系統(tǒng)的短路情況，當(dāng)檢測到電網(wǎng)系統(tǒng)短路發(fā)生短路情況時，應(yīng)將此時輸出的短路電電流嚴(yán)格控制在額定電流的2.5倍以下，從而起到分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)作用。分布式光伏發(fā)電中的逆變器裝置和太陽能光伏板之間有著一定的位置，此位置便用來裝置直流保護(hù)配置，用空氣開關(guān)來控制直流保護(hù)配置，只在光伏板附近裝置直流保護(hù)配置即可。

四、分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)的影響

分布式光伏發(fā)電在國內(nèi)的二十幾個省區(qū)市范圍內(nèi)都有配置，且隨著分布式光伏發(fā)電的普及，分布式光伏發(fā)電在電力能源供應(yīng)中的地位逐漸突出。但在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的同時，也帶來了各種程度的問題和不足，對于我國傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)要求更是與日俱增。光伏電源并網(wǎng)項(xiàng)目的逐漸增多，使得我國電力供應(yīng)十分緊張，對配電網(wǎng)也造成了不同程度的影響，下面將簡要分析分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)的影響。

1.對短路電流的影響。當(dāng)光伏電源在配電網(wǎng)中所占比例過大時，會導(dǎo)致光伏電流的短路電流增加。從而導(dǎo)致配電網(wǎng)線路無法自動檢測故障，進(jìn)而導(dǎo)致配電線路發(fā)生短路故障。如果配電網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路故障，短路電流將會很大。光伏電源逆變器的控制輸出能力和儲能元件材料直接關(guān)系到發(fā)生短路故障時的短路電流峰值。如果逆變器本身缺乏一定的控制和輸出能力，將直接影響配電網(wǎng)的短路電流峰值。因此，需要確保光伏電源逆變器具有一定的控制和輸出能力，以保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。所以，分布式光伏發(fā)電給短路電流所帶來的影響無法忽視，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)采取一系列有效的措施，充分抑制分布式光伏發(fā)電給短路電流所帶來的影響。

2.對電壓的影響。用戶處的負(fù)荷側(cè)功率由光伏電源提供，如果降低配電網(wǎng)線路的傳輸功率，配電網(wǎng)線路中的節(jié)點(diǎn)電壓便會增加，導(dǎo)致分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體電壓上升。許多因素都會影響到配電網(wǎng)線路的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的升高區(qū)域，其中最為主要的便是光伏電源接入點(diǎn)的位置、數(shù)量和容量。因此，在對接入光伏電源進(jìn)行規(guī)劃時，應(yīng)充分考慮其對電壓的影響，當(dāng)接入光伏電源較大時，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分考慮光伏電源的接入位置和光伏電源的容量，從而將影響配電網(wǎng)電壓的因素合理控制在最低點(diǎn)。

3.對電網(wǎng)規(guī)劃的影響。電網(wǎng)規(guī)劃由兩部分組成，分別是電源的規(guī)劃和輸配網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃的重要依據(jù)之一便是地區(qū)負(fù)荷的供電可靠性及可行性。所以，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)增加高伏發(fā)電機(jī)的容量，降低光伏發(fā)電其他效率所占的比重，減少分布式光伏發(fā)電對電網(wǎng)規(guī)劃的影響。分布式光伏發(fā)電具有較大的波動性和隨機(jī)性，更是直接影響著地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測，極易受到各種環(huán)境因素的影響，如太陽光照強(qiáng)度、所處環(huán)境溫度和氣候條件的影響。分布式光伏發(fā)電所處的區(qū)域決定了提高負(fù)荷預(yù)測的難度，相關(guān)技術(shù)人員要準(zhǔn)確判斷出天氣因素，排除天氣因素對于電網(wǎng)規(guī)劃的影響，這也在無形中增加了負(fù)荷預(yù)測的難度。

五、分布式光伏發(fā)電的推廣分析

1.分布式光伏發(fā)電應(yīng)用推廣的“天時”。早在2012年我國便大力支持太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，在同年2月由國家工信部頒布并實(shí)施了《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，將太陽能發(fā)電裝機(jī)容量初始目標(biāo)擬定為5GW，且后續(xù)又將太陽能發(fā)電裝機(jī)容量依次上調(diào)到10GW和15GW，在2015年底的時候又將太陽能發(fā)電裝機(jī)容量的目標(biāo)提升到了40GW，可見分布式光伏發(fā)電在我國得到了極為廣泛的應(yīng)用。例如在2013年4月，河北省第一家分布式家用光伏電站在保定市正式并網(wǎng)成功，該光伏電站每年大約可以產(chǎn)生2.3萬度左右的綠色電力，使煤炭節(jié)約9噸左右，更是減少二氧化碳的排放高達(dá)24噸，該光伏電站在節(jié)約傳統(tǒng)能源、保護(hù)環(huán)境的同時，更是促進(jìn)了保定市居民社區(qū)分布式光伏電站的建設(shè)步伐，為構(gòu)建低碳環(huán)保的生態(tài)城市做出了極大的貢獻(xiàn)。隨著我國各項(xiàng)方案政策的推出，為分布式光伏發(fā)電的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我國多個地區(qū)更是積極遵守國家的方針政策，建立并不斷完善分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范區(qū)，可謂是分布式光伏發(fā)電的“天時”。

2.分布式光伏發(fā)電應(yīng)用推廣的“地利”。分布式光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)方案十分靈活，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境來設(shè)計(jì)各種施工方案，不論是公共基礎(chǔ)設(shè)施空間，還是城鄉(xiāng)建筑的屋頂和墻面，都可以建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。與大型的地面光伏電站和風(fēng)電場相比較，分布式光伏發(fā)電的電源不用再建設(shè)與發(fā)電設(shè)施相關(guān)的升壓站和長距離電線等相關(guān)設(shè)施，在節(jié)約發(fā)電站資金投入的同時，也有效降低了線路的損耗，使發(fā)電機(jī)的發(fā)電效能 整體提升5%甚至更多。且分布式光伏發(fā)電所發(fā)電能不需要在進(jìn)行任何形式的轉(zhuǎn)換，有效降低了電網(wǎng)調(diào)度的等級，可謂是分布式光伏發(fā)電的“地利”。

3.分布式光伏發(fā)電應(yīng)用推廣的“人和”。因國家大力支持分布式光伏發(fā)電事業(yè)，與分布式光伏發(fā)電相關(guān)的設(shè)備材料的價格十分優(yōu)惠，且國家大力培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)的人才，為應(yīng)用和推廣分布式光伏發(fā)電提供源源不斷的專業(yè)型人才，從而促進(jìn)了分布式光伏發(fā)電在我國的發(fā)展進(jìn)程。建設(shè)分布式光伏發(fā)電所需的光伏電池板組件目前的價格大概是在4元/W，應(yīng)用在分布式光伏發(fā)電當(dāng)中每平方米的造價大概是200元～300元，該價格甚至低于中端建筑幕墻的造價，且應(yīng)用分布式光伏發(fā)電技術(shù)，可以與載體之間進(jìn)行嫁接，實(shí)現(xiàn)材料物質(zhì)的可循環(huán)使用，大大減少了企業(yè)在組件材料上的資金投入。健康環(huán)保且可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)今時代的核心目標(biāo)，光伏發(fā)電因其節(jié)能減排的效應(yīng)已經(jīng)得到了廣泛的重視和推廣，而分布式光伏發(fā)電作為光伏發(fā)電的重要形式之一，其在新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)中更是受到了廣大專家學(xué)者的一致好評，可謂是分布式光伏發(fā)電的“人和”。

4.分布式光伏發(fā)電應(yīng)用推廣要素分析。分布式光伏發(fā)電應(yīng)用推廣要素可以分為三大要素，第一要素是業(yè)態(tài)選擇，第二要素是技術(shù)方案，第三要素是區(qū)域選擇，要想有效應(yīng)用并推廣分布式光伏發(fā)電，這三大要素缺一不可。科學(xué)合理的業(yè)態(tài)選擇是應(yīng)用推廣分布式光伏發(fā)電的首要前提，例如：相同的技術(shù)條件和設(shè)備型號下的兩種生產(chǎn)項(xiàng)目，但一方的用電價格較高，最佳方案便是選擇耗能較高的生產(chǎn)項(xiàng)目來作為實(shí)施的對象，分布式光伏發(fā)電更有利于電力的消納。充分有效的技術(shù)方案則可以使分布式光伏發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益最大化。

六、結(jié)語

分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用和推廣工作是一項(xiàng)具有重大環(huán)保意義的工作，離不開廣大相關(guān)工作人員的不斷付出和共同努力。通過對分布式光伏發(fā)電的全面應(yīng)用，可以減少各種有害物質(zhì)的排放，構(gòu)建環(huán)保健康的生活環(huán)境，全面提升我國電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，從而盡快實(shí)現(xiàn)我國環(huán)保安全的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。