太陽(yáng)能光伏電站系統(tǒng)接入方法研究

李煥偉

摘 要：太陽(yáng)能作為一種具有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉匆呀?jīng)開(kāi)始受到應(yīng)有的關(guān)注，但是在如何實(shí)現(xiàn)其最大的利用價(jià)值的問(wèn)題上還是存在著很多的技術(shù)難題。文章在總結(jié)近幾年來(lái)太陽(yáng)能利用中的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)在太陽(yáng)能利用過(guò)程中的光伏電站系統(tǒng)接入方法這一關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的組成、基本工作原理以及系統(tǒng)接入方法這幾方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，并且提出目前存在的系統(tǒng)接入方法存在的優(yōu)缺點(diǎn)，希望能為以后太陽(yáng)能光伏電站的改進(jìn)帶來(lái)一點(diǎn)啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏電站；系統(tǒng)接入；可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）12-0074-01

太陽(yáng)能發(fā)電是目前市場(chǎng)上最具潛力且是利用再生能源進(jìn)行發(fā)電的方式之一，對(duì)太陽(yáng)能多年的具體研究和應(yīng)用表明太陽(yáng)能是未來(lái)極具應(yīng)用潛力的能源。當(dāng)下太陽(yáng)能光伏電站的建立可以通過(guò)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能進(jìn)行儲(chǔ)存輸送得以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用。隨著能源的日漸消耗短缺和環(huán)境污染的加劇對(duì)清潔能源的需求呼聲漸高的現(xiàn)狀下，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站系統(tǒng)目前主要的接入方法的研究來(lái)探索在現(xiàn)存的技術(shù)條件下光伏電站系統(tǒng)中存在的缺陷以及今后的改進(jìn)方向是較為迫切的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及概述

根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中接入方式的差異可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)分成三種不同的系統(tǒng)：獨(dú)立、并網(wǎng)和分布式的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，在討論太陽(yáng)能光伏電站系統(tǒng)接入方法的研究中涉及的是并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。就目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，構(gòu)成太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的部件主要有三個(gè)主要部分。

電池組是組成光伏發(fā)電系統(tǒng)較為中心的元件，主要是太陽(yáng)能電池組和蓄電池。太陽(yáng)能光伏發(fā)電站中存在利用蓄電池對(duì)轉(zhuǎn)換的電能進(jìn)行收集儲(chǔ)存，隨著光伏電站系統(tǒng)的系統(tǒng)接入方法的應(yīng)用和大型光伏發(fā)電站的建立，目前的市場(chǎng)上這種采用蓄電池的獨(dú)立發(fā)電進(jìn)行收集的方式應(yīng)用開(kāi)始逐漸縮減，適用于較為小型的發(fā)電站的應(yīng)用。太陽(yáng)能電池主要有單晶硅和多晶硅兩種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池，單晶硅太陽(yáng)能電池相比較多晶硅太陽(yáng)能電池而言光電轉(zhuǎn)換效率高1%～3%，但由于其制作成本和性?xún)r(jià)比而言，市場(chǎng)上較為通用的還是多晶硅太陽(yáng)能電池。

逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成中占據(jù)核心地位，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能隨著太陽(yáng)入射角度逐漸發(fā)生變化，這個(gè)變化呈現(xiàn)出明顯的正態(tài)和負(fù)態(tài)分布，這個(gè)過(guò)程也導(dǎo)致電壓也隨之改變，逆變器在并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)中能夠減少電路中的沖擊，實(shí)現(xiàn)電壓與電網(wǎng)高度穩(wěn)定，起到非常重要的保護(hù)和轉(zhuǎn)換作用。

太陽(yáng)能控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它通過(guò)對(duì)蓄電池進(jìn)行蓄電保護(hù)、對(duì)溫差變化較大的地方對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)其功能，近年來(lái)，太陽(yáng)能控制器的功為滿足不同要求能增加了很多選項(xiàng)，如光控、時(shí)間控制開(kāi)關(guān)等，控制器的改進(jìn)逐步實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)智能控制。

光伏電站系統(tǒng)由于需要接入公共電網(wǎng)還需要配備直流和交流配電柜以及直流匯流箱，今年建造的比較大的光伏發(fā)電站中，大容量的變壓器以及與之配備的高壓電網(wǎng)也是必要的組成。

2 光伏發(fā)電站系統(tǒng)的工作原理及接入方法

2.1 光伏發(fā)電站系統(tǒng)工作原理

首先，太陽(yáng)能光伏發(fā)電站系統(tǒng)利用多晶硅等轉(zhuǎn)換效率較高的半導(dǎo)體界面進(jìn)行發(fā)電，在發(fā)電的過(guò)程利用界面上產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)工作。這種效應(yīng)實(shí)際上利用太陽(yáng)光照到多晶硅等半導(dǎo)體表面將光能轉(zhuǎn)化成電能，產(chǎn)生光致電變現(xiàn)象。數(shù)量較大的太陽(yáng)能電池通過(guò)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的光伏效應(yīng)從而產(chǎn)生數(shù)量較為客觀的電量。

其次，利用蓄電池將太陽(yáng)能電池所通過(guò)光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)換出的電能進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放。

然后，逆變器將轉(zhuǎn)換生成的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，使之初步能夠進(jìn)入電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)電流輸送。在并網(wǎng)過(guò)程中逆變器通過(guò)控制以輸出符合電網(wǎng)要求的波形，通過(guò)輸出側(cè)接入電網(wǎng)。

2.2 光伏發(fā)電站系統(tǒng)接入方法研究

光伏發(fā)電站系統(tǒng)在接入的過(guò)程中，按照市場(chǎng)較為普遍工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)一般設(shè)定為一期完成，在這種情況下，接入系統(tǒng)需要考慮到以下幾個(gè)方面以防止后期使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。在發(fā)電系統(tǒng)接入中，設(shè)計(jì)初期和施工過(guò)程中需要前期需要利用GIS對(duì)施工的地形、人口密度、電網(wǎng)分布、主要交通線路以及施工期內(nèi)的氣象情況進(jìn)行綜合的分析和必要的實(shí)地考察，能夠最大程度上就近接入電網(wǎng)并且盡量避免在輸出過(guò)程中不必要的工程建設(shè)，以減少后期因地形和鋪設(shè)遠(yuǎn)距離的電流輸出工程的建設(shè)施工難題。與此同時(shí)，利用GIS進(jìn)行分析評(píng)估，估算出一定的范圍內(nèi)電量消耗的上限進(jìn)行電網(wǎng)的接入，在特定的范圍內(nèi)將電站輸送的電量進(jìn)行消納，避免在電網(wǎng)中因?yàn)殚L(zhǎng)距離的傳輸而導(dǎo)致的損耗。

在光伏發(fā)電站系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)首先通過(guò)太陽(yáng)能電池的光伏效應(yīng)發(fā)出電能，經(jīng)由逆變器將產(chǎn)生的直流電逆變經(jīng)輸出端為交流電，對(duì)未能符合電壓要求的交流電進(jìn)行升壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行并網(wǎng)。在發(fā)電站的系統(tǒng)接入中需要解決的問(wèn)題是電能的質(zhì)量以及在并網(wǎng)的過(guò)程中進(jìn)行的保護(hù)措施。依據(jù)《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》中的要求，接入時(shí)需要設(shè)置必要的保護(hù)裝置并且與公共電網(wǎng)之間要有足夠明顯的節(jié)點(diǎn)分界。

依據(jù)上述并網(wǎng)接接入的具體情況，光伏發(fā)電站在接入的過(guò)程中，需要根據(jù)電壓等級(jí)的差異進(jìn)行分級(jí)。在電站系統(tǒng)并網(wǎng)接入中進(jìn)行電離平衡，考慮到電能的去向隨時(shí)間而產(chǎn)生的差異，日常的電能可能在某些情況下會(huì)出現(xiàn)無(wú)法消納或不足的情況，不排除突發(fā)情況而產(chǎn)生的電能不穩(wěn)定，需要考慮補(bǔ)償裝置和電能

儲(chǔ)蓄裝置。

3 當(dāng)前光伏發(fā)電站系統(tǒng)接入方法的優(yōu)勢(shì)及建議

3.1 優(yōu) 勢(shì)

當(dāng)前光伏發(fā)電站系統(tǒng)接入的方法能夠基本上使電站產(chǎn)生的電能穩(wěn)定地進(jìn)入公共電網(wǎng)，保證整個(gè)電網(wǎng)的安全，減少了較大不穩(wěn)定電流進(jìn)入電網(wǎng)的威脅。

3.2 不 足

但是由于太陽(yáng)能自身的性質(zhì)，和水能、核能等差異較大，它變化的周期比較短，人為不可控。因此在并網(wǎng)接入中與公共電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同步需要系統(tǒng)中需要利用控制器和逆變器等進(jìn)行多重保護(hù)。

3.3 建 議

近年來(lái)光伏電站產(chǎn)生的電能對(duì)公共電網(wǎng)的影響有逐漸加大的趨勢(shì)，一旦在并網(wǎng)接入的環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障還是存在較大的問(wèn)題，因此在與公共電網(wǎng)進(jìn)行電壓平衡保護(hù)的問(wèn)題是關(guān)系整個(gè)電網(wǎng)安全的至關(guān)重要的問(wèn)題。對(duì)系統(tǒng)并網(wǎng)接入過(guò)程中需要進(jìn)行多重的保護(hù)和穩(wěn)定裝置的控制，在光伏電站系統(tǒng)接入中常見(jiàn)的短路問(wèn)題、設(shè)備過(guò)熱隱患、組件的承壓能力問(wèn)題，以及設(shè)備檢修施工人員在進(jìn)行作業(yè)時(shí)的人身安全問(wèn)題都可以通過(guò)在系統(tǒng)中逆變器的自動(dòng)控制的保護(hù)以及控制器的設(shè)置進(jìn)行二重保護(hù)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全與電網(wǎng)整體的安全設(shè)置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著近來(lái)對(duì)太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)認(rèn)識(shí)的逐漸加深，未來(lái)對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)會(huì)逐漸呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，大型的太陽(yáng)能光伏電站會(huì)逐年建立，在并網(wǎng)接入的過(guò)程中如何維持公共電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全成為當(dāng)下亟待解決的難題，需要在不斷積累并網(wǎng)接入經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)不斷總結(jié)和思考，這也是關(guān)系到太陽(yáng)能否得到大規(guī)模應(yīng)用的重要問(wèn)題。

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