高效屋頂光伏發電及其并網系統研究

李學亮

摘 要：在我國社會主義現代化不斷改革創新的過程中，人們的生活水平變得越來越好，整個國家也已經從一個農業化國家發展成為了半農業化半工業化的發展中國家。這一過程是伴隨著不斷進步的科學而進行的，但是也損害了大量的不可再生資源，為了促進可再生能源的利用，越來越多的高效屋頂光伏發電系統被應用起來。本文就著重研究高效屋頂光伏發電及其并網系統，以探索出最佳的使用方式來促進能源的合理化利用。

關鍵詞：屋頂光伏發電；可再生能源；并網速變器；并網系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.160

1 前言

隨著我國社會的進步步伐不斷前進，各個方面的社會建設都已經呈現出來一派欣欣向榮的發展景象。但是就現階段的進程來看，我國建筑屋頂對于太陽能的利用還不夠，相應的能源開發程度還不夠完善。為了促進資源的合理化使用，針對高效屋頂光伏發電以及相關的并網系統進行研究，借助最大功率跟蹤和單位功率并網等問題入手，來優化相應的資源使用。

2 光伏發電系統在應用中會出現的問題

現階段，我國雖然已經意識到了光伏發電技術應用的各項好處，而且在一些試點也已經展開了應用，但是就整體的社會發展趨勢來看還并沒有進行大面積的屋頂光伏發電系統建設。而且現在的光伏發電系統在技術上相對來說還不是那么成熟，所利用的材料價格也比較高，這就會進一步帶來消極的影響，使得光伏發電的并網難度系數被增加。因此，筆者在經過大量參考文獻和實際案例的研究，總結出我國現階段的光伏發電系統還存在著以下幾點問題：

2.1 應用技術的局限性

在光伏發電中應用比較廣泛、而且專一性比較強的技術就是MPPT技術，這是一種包含了固定電壓法、擾動觀察法等技術的綜合性技術。雖然已經被應用在了很多的方面，而且對于不同光照條件下的光伏發電功率變化跟蹤也做出了很好的感應和調節[3]。但是想要在比較大面積的情況下進行使用也并不是一件簡單事，很可能會由于技術的單一性造成感光的效率變低，而且在動態調整光伏電池的安裝角度時，為了提高相應的工作效率還需要改變光伏電池的安裝角度，但實際上這一角度的改變實現起來是比較困難的，也會使得資源的消耗增加。因此，MPPT技術在實際的光伏發電系統應用中還需要被盡可能地完善，或者積極促進科學人員能夠發明出更為科學的技術。

2.2 間歇性發電的影響性

所謂的光伏發電就是要根據光感的不同而利用太陽能進行發電，實際上是一種對于天氣變化特別敏感的技術。一旦天氣條件和外部環境變得比較惡劣，光感效應不是那么好，就會使得光伏發電系統的發電功率發生一定的波動，這進一步導致在并網過程中會出現很多的間歇性發電現象，給電網的工作造成了電壓波動，降低了電網的穩定程度。另一方面，間歇性發電的電壓不穩定還會使得電網的輸出功率不穩定，很容易造成電壓閃變的情況出現。這時候就必須要在三相逆變控制的過程中采用PI控制器才能夠引入電壓前饋，來增強整個電力系統的穩定性。但是這并不是一勞永逸的，電網還會隨著使用時間的不斷變長而出現穩定性控制中的誤差，會影響光伏發電系統的工作效果。

3 高效屋頂光伏發電的研究

3.1 高效屋頂光伏發電系統分析

光伏發電的太陽能電池一般被稱為光伏電池，在建筑中使用的時候往往需要在建筑的屋頂部分先安裝支架，之后再將光伏電池放置在上面。那么建筑內部的組成部分就主要是匯流箱、變流箱、配電箱、儲能電池和一般常用的家用電器。在建筑的內部還需要安置電能表，才能夠將內部所產生的電能數和外部電網提供的電能數進行記錄，為能源的節省做好數據監測。

3.2 雙級變換器工作原理

雙級變黃器主要是由光伏電池、DC-DC變換器、DC-AC變換器、蓄能電池、家用負載和配電網等單元組成。在進行工作的時候，要求前級DC-DC電路采用Boost-Buck型，所使用的電抗器是三相電抗器、單位功率因數逆變器為三相半橋式DC-AC電路，才能夠保證基本的工作步驟能夠被完成。

3.3 系統控制技術

最為常見的系統控制技術就是基于MPPT技術所衍生出來的雙環最大功率跟蹤技術（英文全稱，Double Loop Maximum Power Point Tracking， DL-MPPT），是一種能夠在不同日照時間段內都能夠獲得最大光伏電能輸出的技術，能夠合理控制電壓的波動。第二種技術就是高效并網逆變技術，能夠使得逆變器一方面在逆變狀態下工作，另一方面還能夠給電池充電，是對光伏發電系統中適宜多變的環境和解決不確定性因素帶來影響的關鍵性技術。

4 高效屋頂光伏發電及其并網系統的建設

由于在高效屋頂光伏發電的建設過程中必須要保證電網的穩定性，這就要求相應的技術人員必須要解決屋頂光伏電系統在不同類型的發電系統和要求中所出現的不均衡特點，然后將上文中多提到的DL-MPPT技術和并網逆變技術等進行綜合性的應用。為了使得應用的適應性增強，在將其投入到實際工作過程之前，最好來進行仿真與實驗驗證。一般來講，為了驗證相應的控制策略和技術，都需要搭建10kW的太陽能發電系統實驗平臺，并研制出雙級變流器來進行驗證。實驗分為兩個部分，一個是最大功率跟蹤實驗，另一個就是雙向逆變器并網實驗，最終實現光伏電能并網和為儲能電池充電， 并提高了系統單位功率因數運行的穩定性。

5 結束語

綜上所述，由于不可再生資源的總量不斷下降，人們對于資源的需求不斷提升，這就使得環保、可再生的資源成為了社會建設過程中必不可以少的研究對象。光伏發電技術作為一種與人們日常工作和生活息息相關產業，隨著技術的發展已經能夠在一定程度上有效地緩解資源的稀缺問題，只是在并網的過程中會遇到一些小的失誤。因此，結合著實際的應用情況和問題來著重對高效屋頂光伏發電以及并網系統進行研究，是促進社會建設的一條重要道路。

參考文獻：

[1]徐臻.廣東東莞0.9M分布式屋頂光伏并網發電項目設計實例研究[J].建材與裝飾，2018（20）：238-239.

[2]陳毅湛，陳惠秋，冼麗嫻，鄺鍵培，趙麗特.基于高效PERC太陽電池屋頂光伏發電系統的設計及能效分析[J].硅酸鹽通報，2017，36

（S1）：184-188.

[3]劉辰亮.推廣光伏發電法律問題研究[D].中央民族大學，2017.