太陽能光伏發電微電網技術分析

徐偉

(中國能源建設集團黑龍江省電力設計院有限公司 黑龍江哈爾濱 150078)

微電網技術的應用在很大程度上解決了太陽能使用需要大規模的限制，使太陽能的使用變得更加靈活與快捷，有效彌補了大電網結構的功能缺失，由此也推動了太陽能光伏發電技術的進步與系統類型的豐富，在滿足我國生產與生活日益提高的電力多樣化需求方面發揮了積極作用。

1 太陽能光伏發電微電網技術概述

太陽能光伏發電可以分為并網發電與獨立發電兩種系統，而根據國電電網的相關規定，電網中接入的是太陽能光伏低壓并網，也就是分布式電源類型，而微電網技術的應用，就是要對分布式電源類型進行優化與改進，解決現階段分布式電源類型存在的弊端。

在太陽能光伏發電微電網技術應用中，電源提供能量，而電源與負荷之間的平衡由微電網技術進行調節。當電網發生故障時，一方面微電網技術會使得短路器自動實現斷路，保證微電網在孤島模式下保持工作狀態，另一方面當電網因故障原因出現大規模崩潰時，微電網技術可利用自身優勢實現能量的供需調節，在相對平衡的狀態下降低損失，保持穩定，確保安全。

2 太陽能光伏發電微電網技術設計

進行太陽能光伏發電微電網技術的設計，應找準重點與關鍵，竭力構建完整的發電系統。具體太陽能光伏發電微電網技術發電系統的設計與構建，應在太陽能電池組合方陣、儲能蓄電池、充放電控制器、子系統等方面下功夫。具體分析如下。

2.1 太陽能電池組合方陣

在太陽能光伏發電微電網技術設計的過程中，太陽能電池組合方陣的設計是核心內容，之所以要形成太陽能電池組合方陣，是由于單一太陽能電池的電壓與電流過小，無法滿足使用所需的負載輸出功率。為此，在進行太陽能光伏發電微電網技術設計時，太陽能電池組是最小的電源的單位，而將最小單位進行串聯形成的太陽能電池組合方陣是太陽能光伏發電微電網技術發揮作用的基礎保障。

2.2 儲能蓄電池

正常狀態下，電源能夠保證功率的輸出，但一旦受到外界影響，如天氣的變化，就可能使得太陽能光伏發電微電網技術的應用受阻，為此需要安裝儲能蓄電池，以確保在平時的工作中，將部分直流電轉化為化學能以進行儲存與電能的調節，當需要時再將化學能轉換為電能進行輸出，以確保太陽能光伏發電微電網技術應用的穩定與持續性。在進行具體設計與構件時，儲能蓄電池盡可能選用大容量的鉛酸蓄電池。

2.3 充放電控制器

充放電控制器是一種蓄電池保護裝置，是為了避免蓄電池在頻繁過充放電的過程中使用壽命受損。充放電控制器發揮作用的依據是蓄電池電壓值與最大負荷值的比較，通過比較能夠判斷蓄電池是否達到過充放電的臨界點，一旦達到臨界點，充放電控制器開關會發揮作用，對充放電操作進行終止。現階段，隨著太陽能光伏發電微電網技術的不斷發展，蓄電池整體的容量逐漸增大，為適應發展，充放電控制器開關裝置的精密性與安全性不斷提高，監測與保護的水平不斷提高，在智能電網建設的過程中，充放電控制器已經實現智能控制，自動化操作。

2.4 子系統

子系統設計是太陽能光伏發電微電網技術功能得以實現的基礎，在設計時要滿足光伏模塊、逆變器并網等子系統的相對獨立性，以此確保子系統在三項交流電接入升壓變壓器與電網的結合得以實現，這是太陽能光伏發電微電網技術能夠在供電網絡中得以應用的關鍵所在，對微電網技術發展有重要影響。

3 太陽能光伏發電微電網技術特征

微電網技術的應用在很大程度上加速了太陽能光伏發電的推廣，相比于風能、生物能等清潔能源，太陽能光伏發電的地域限制更小，維護成本更低，能源的獲取更加簡單，在我國新型能源應用的過程中，太陽能光伏發電微電網技術一直是重要的應用內容。

隨著技術的進步發展，微電網技術在使用太陽能光伏發電作為主要供電電源的同時，還可以利用其它可再生能源以應對不同天氣狀況，并做為電力供應的補充，在儲能系統中增加的自控技術與遠程技術，進一步提高了太陽能光伏發電微電網技術的智能化與現代化水平，使得供電的穩定性顯著提高。總體來看，在現階段背景條件與發展狀況下，太陽能光伏發電微電網技術的特點包括新能源形式的組合互補、儲能技術的穩定性提高、電力質量控制與保護系統的優化以及微電網信息系統的構建完善。具體分析如下。

3.1 新能源形式的組合互補

太陽能光伏發電微電網技術的應用受天氣狀況的影響較大，一般只能在天氣晴好的白天進行供電，在與電網主干相連的情況下，太陽能光伏發電的容量激增會對當地電網造成一定的影響，一旦這種影響成為一種沖擊，就會影響到當地電網的正常工作。為此，在太陽能光伏發電微電網技術應用的過程中配合采用新能源形式的組合互補，是減緩微電網技術使用波動，增加穩定性的有效措施，一旦太陽能光伏發電微電網技術的應用因電量下降出現波動，那就可以利用其他新能源形式進行補充。這是一種“新新結合”的能源利用方式，有利于對電網覆蓋區域內新能源的整合與利用率提高。

3.2 儲能技術的穩定性提高

任何技術都不能保證百分之百的穩定性，太陽能光伏發電微電網技術的應用也是如此，為此，儲能技術是應對太陽能光伏發電微電網技術出現不穩定情況的關鍵所在，特別是當故障發生無法供電時，儲能技術一方面能夠發揮備用電源的作用，另一方面能保證用電負荷的安全穩定。所以在現階段的太陽能光伏發電微電網技術的應用過程中，提高儲能技術的穩定性十分必要。

在現階段，儲能技術在太陽能光伏發電微電網技術中的應用應滿足3個方面，第一個方面是當電源或者電網發生故障時，儲能技術能夠迅速發揮作用，成為備用電源為微電網技術的應用供電，以大電流密度代替主電源。第二個方面是提供瞬時大電流以滿足微電網技術大型負荷啟動的需要，這是因為微電網技術大型負荷啟動時所需的電流遠遠大于運行的電流量。第三個方面是在太陽能光伏發電微電網技術以及其他電網發電不足時，起到為微電網技術應用內負荷供電的功能。

3.3 電力質量控制與保護系統的優化

在太陽能光伏發電微電網技術的應用中，每個微電網內的電源與負荷都處于匹配的狀態，這是在設計階段就需要考慮地部分。雖然在設計階段對太陽能光伏發電微電網技術電源與負荷進行了匹配的設想，但是由于太陽能光伏發電存在一定的不穩定性與波動性，所以電源與負荷的匹配只存在于理想狀態，這就需要利用到電力質量控制與保護系統進行調節。

對電力質量控制與保護系統進行優化，是確保系統能夠依托微電網控制中心，對電源、負荷、儲能、開關狀態、電力質量、能量參數等進行有效控制，控制主要通過開關的形式進行。這種控制一方面在微電網技術中的各個裝置內進行，另一方面則是在本地控制器中進行，但是控制的基礎都是與控制中心處于聯網的狀態。微網控制中心還必須有在孤島運行與并網運行之間的切換裝置，和針對負荷、電源和電網的保護裝置。

微電網內部的總體容量較小，這就使得微電網功率因數受到負荷阻抗感性與容性的影響較大，由此就必須通過配置補償系統以降低影響，另外，多電源的并網可能會造成網內的諧波分量較大，紋波系數較高，因此，要有消除高次諧波的裝置。

4 太陽能光伏發電微電網技術發展

4.1 提高轉換效率，降低運行成本

提高轉換效率是未來太陽能光伏發電微電網技術的關鍵所在，這與太陽能光伏發電微電網技術中的電池使用有很大關系，如電池表面結構就是對電池轉換效率影響較大的特性。一般情況下，當太陽光集中輻射時，能夠更好利用光電效應實現轉換效率的提高，從而使得運行成本的降低。

4.2 增大光伏面積，提升發電能力

屋頂、建筑物立面等都是城市內可以用來作為增加光伏發電面積的位置，而在沙漠、戈壁等地區，光伏發電面積增加的前景更加廣闊。只有增大光伏面積，才能更好地實現太陽能的收集，才能通過能量的轉換使得發電的能力提高。未來，我國的西北部地區，將是良好地光伏發電建設基地，有利于為太陽能光伏發電微電網技術的推廣應用奠定客觀基礎。

4.3 降低材料成本，嘗試新型技術

微電網電池材料的使用，主要材料是硅，尤以多晶硅的使用量最大。但是多晶硅材料市場價格高且浮動較大，對于材料使用的成本控制形成阻礙。為此，應大膽嘗試薄膜電池、砷化鎵電池等新型電池技術，使得轉化率提高，使用壽面增加，材料成本降低，進一步優化太陽能光伏發電微電網技術應用的經濟性，為進一步推廣奠定良好地市場基礎。

5 結語

太陽能是一種可再生清潔能源，光伏發電微電網技術是一項新型能源技術，太陽能光伏發電微電網技術是我國能源事業發展的未來，具有無限的可能與廣大的應用前景。為此，對于太陽能光伏發電微電網技術的研究，應緊緊抓住安全性與經濟性的關鍵，提高能源轉換效率，降低電網運行成本，以推動經濟社會發展。