太陽能光伏電站系統(tǒng)接入方法研究

李煥偉

摘 要：太陽能作為一種具有發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉匆呀?jīng)開始受到應有的關注，但是在如何實現(xiàn)其最大的利用價值的問題上還是存在著很多的技術難題。文章在總結近幾年來太陽能利用中的經(jīng)驗基礎上，針對在太陽能利用過程中的光伏電站系統(tǒng)接入方法這一關鍵性問題進行研究，對太陽能光伏系統(tǒng)的組成、基本工作原理以及系統(tǒng)接入方法這幾方面進行簡單的闡述，并且提出目前存在的系統(tǒng)接入方法存在的優(yōu)缺點，希望能為以后太陽能光伏電站的改進帶來一點啟發(fā)。

關鍵詞：太陽能光伏電站；系統(tǒng)接入；可持續(xù)發(fā)展應用

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）12-0074-01

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

1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及概述

根據(jù)太陽能發(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)：獨立、并網(wǎng)和分布式的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，在討論太陽能光伏電站系統(tǒng)接入方法的研究中涉及的是并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。就目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計而言，構成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的部件主要有三個主要部分。

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

逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成中占據(jù)核心地位，太陽能轉(zhuǎn)換成電能隨著太陽入射角度逐漸發(fā)生變化，這個變化呈現(xiàn)出明顯的正態(tài)和負態(tài)分布，這個過程也導致電壓也隨之改變，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，實現(xiàn)電壓與電網(wǎng)高度穩(wěn)定，起到非常重要的保護和轉(zhuǎn)換作用。

太陽能控制器是整個系統(tǒng)的控制中心，它通過對蓄電池進行蓄電保護、對溫差變化較大的地方對系統(tǒng)進行適當?shù)臏囟日{(diào)節(jié)補償實現(xiàn)其功能，近年來，太陽能控制器的功為滿足不同要求能增加了很多選項，如光控、時間控制開關等，控制器的改進逐步實現(xiàn)了全自動智能控制。

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)換效率較高的半導體界面進行發(fā)電，在發(fā)電的過程利用界面上產(chǎn)生的光生伏特效應工作。這種效應實際上利用太陽光照到多晶硅等半導體表面將光能轉(zhuǎn)化成電能，產(chǎn)生光致電變現(xiàn)象。數(shù)量較大的太陽能電池通過串聯(lián)實現(xiàn)較大規(guī)模的光伏效應從而產(chǎn)生數(shù)量較為客觀的電量。

其次，利用蓄電池將太陽能電池所通過光伏效應轉(zhuǎn)換出的電能進行存儲和釋放。

然后，逆變器將轉(zhuǎn)換生成的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，使之初步能夠進入電網(wǎng)中實現(xiàn)電流輸送。在并網(wǎng)過程中逆變器通過控制以輸出符合電網(wǎng)要求的波形，通過輸出側(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)在接入的過程中，按照市場較為普遍工程設計來說一般設定為一期完成，在這種情況下，接入系統(tǒng)需要考慮到以下幾個方面以防止后期使用過程中出現(xiàn)問題。在發(fā)電系統(tǒng)接入中，設計初期和施工過程中需要前期需要利用GIS對施工的地形、人口密度、電網(wǎng)分布、主要交通線路以及施工期內(nèi)的氣象情況進行綜合的分析和必要的實地考察，能夠最大程度上就近接入電網(wǎng)并且盡量避免在輸出過程中不必要的工程建設，以減少后期因地形和鋪設遠距離的電流輸出工程的建設施工難題。與此同時，利用GIS進行分析評估，估算出一定的范圍內(nèi)電量消耗的上限進行電網(wǎng)的接入，在特定的范圍內(nèi)將電站輸送的電量進行消納，避免在電網(wǎng)中因為長距離的傳輸而導致的損耗。

在光伏發(fā)電站系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)首先通過太陽能電池的光伏效應發(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，對未能符合電壓要求的交流電進行升壓達到標準后進行并網(wǎng)。在發(fā)電站的系統(tǒng)接入中需要解決的問題是電能的質(zhì)量以及在并網(wǎng)的過程中進行的保護措施。依據(jù)《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求》中的要求，接入時需要設置必要的保護裝置并且與公共電網(wǎng)之間要有足夠明顯的節(jié)點分界。

依據(jù)上述并網(wǎng)接接入的具體情況，光伏發(fā)電站在接入的過程中，需要根據(jù)電壓等級的差異進行分級。在電站系統(tǒng)并網(wǎng)接入中進行電離平衡，考慮到電能的去向隨時間而產(chǎn)生的差異，日常的電能可能在某些情況下會出現(xiàn)無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，需要考慮補償裝置和電能

儲蓄裝置。

3 當前光伏發(fā)電站系統(tǒng)接入方法的優(yōu)勢及建議

3.1 優(yōu) 勢

當前光伏發(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)定地進入公共電網(wǎng)，保證整個電網(wǎng)的安全，減少了較大不穩(wěn)定電流進入電網(wǎng)的威脅。

3.2 不 足

但是由于太陽能自身的性質(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)實現(xiàn)同步需要系統(tǒng)中需要利用控制器和逆變器等進行多重保護。

3.3 建 議

近年來光伏電站產(chǎn)生的電能對公共電網(wǎng)的影響有逐漸加大的趨勢，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題，因此在與公共電網(wǎng)進行電壓平衡保護的問題是關系整個電網(wǎng)安全的至關重要的問題。對系統(tǒng)并網(wǎng)接入過程中需要進行多重的保護和穩(wěn)定裝置的控制，在光伏電站系統(tǒng)接入中常見的短路問題、設備過熱隱患、組件的承壓能力問題，以及設備檢修施工人員在進行作業(yè)時的人身安全問題都可以通過在系統(tǒng)中逆變器的自動控制的保護以及控制器的設置進行二重保護，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全與電網(wǎng)整體的安全設置節(jié)點進行保護。

4 結 語

隨著近來對太陽能的優(yōu)勢認識的逐漸加深，未來對太陽能的開發(fā)會逐漸呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，大型的太陽能光伏電站會逐年建立，在并網(wǎng)接入的過程中如何維持公共電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全成為當下亟待解決的難題，需要在不斷積累并網(wǎng)接入經(jīng)驗的基礎不斷總結和思考，這也是關系到太陽能否得到大規(guī)模應用的重要問題。

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