太陽能光伏發電微電網技術探究

原嘉

摘要：隨著社會經濟的不斷發展，對于電力的需求也隨之增大，為了滿足人們日益增長的電力需求，對于電力系統的改革迫在眉睫，在電力需求快速增長的同時，電網的規模也得到了進一步的發展。然而，電網的建設存在著建設成本高，操作難度大等諸多問題，同時電網在供電穩定性上也存在著不足，微電網將負荷和微電源進行組合，來提高供電的可靠性。

關鍵詞：太陽能;光伏發電;微電網技術

一、微電網的概念和結構

對于微電網而言，作為一項新興發展的技術，各國之間目前為止還沒有對微電網有著一個統一的定義。微電網的興起源于美國，作為微電網技術興起的國度，美國在微電網技術的發展上一直處于世界領先地位，按照美國科學界所給出的專業說法和解釋來說，微電網技術就是一種各種負荷和多種微電源的集合。微電源在這一系統中有著重要的地位和作用，負責向負載提供電力和熱力的需求。微電網由多個重要組成成分組成，包含了分布式電源、儲能設備、電力電子設備等，這些部分的協調工作使得微電網得以進行正常的工作。其中分布式電源的組成頗為復雜，由風力發電機、燃料電池以及太陽能電池以及微型燃氣輪機組成，以上幾部分的共同之處也就是他們之間都需要電力電子設備與大電網之間相連。值得一提的是風力發電機以及微型燃氣輪機所使用的交流電，而為了能夠順利連接大電網，滿足使用的要求，事先需要交流電通過設備轉為轉為直流電，再將直流電逆變成交流電并網，而燃料電池和太陽能電池因為其自身為直流電，因而缺少了第一步的轉化過程。

二、光伏發電微電網技術系統的組成及各部分功能

（一）太陽能電池組合方陣

我們都知道，太陽能電池是光伏發電微電網技術的核心，太陽能單體的工作電壓很小，約為0.5V，工作電流也不大，通常為22mA左右，所以必須將太陽能電池單體進行串并聯組裝后，組成太陽能電池的組件，這時功率一般為幾瓦到幾十瓦不等，太陽能電池不是最小“電源”，電池組才是，如果將電池組經過串并聯組裝就構成了太陽能電池方陣，多個太陽能電池方陣組合就能滿足使用所需負載的輸出功率。

（二）儲能蓄電池

如果說有了電源，可以利用其輸出功率，但光伏電站一般是在人群集中地使用，遇到陰雨天氣，會使其應用受到影響，所以需要儲能蓄電池，能將轉換后的直流電再轉換為化學能儲存，在光伏發電系統中，必須要有儲蓄電池，儲存和調節電能。太陽能過大時可儲存電能，過少時可補充電能，以保持供電電壓的穩定性。儲蓄電池是通過充電將電能轉換成化學能儲存，需要時將化學能轉換成電能釋放出來的裝置，為使用方便，蓄電池的設計容量要盡量大一些，但由于技術的限制，所以一般為日常耗電的5～10倍。目前我國光伏發電系統配置的蓄電池多數為鉛酸蓄電池。

（三）充放電的控制器

蓄電池要在充電和放電過程中加以控制，不能頻繁的過充電和過放電，否則會影響電池的使用壽命，為了保護蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統來防止蓄電池的過充電和過放電，稱為充放電控制器。控制器的工作原理是通過檢查蓄電池的電壓值與其最大負荷值進行對比來判斷是否達到過充點或過放點，并要設置開關，在過充點或過放電時自動終止充電和放電。隨著光伏發電系統容量的增加，用戶的要求也越來越高，安全性和合理性的設計也越來越重要，所以，近年來設計者在控制器上設置了更多的保護和監測功能，目前的先進技術甚至通過計算機將控制器與軟件結合，實現了智能控制。

三、微電網的控制技術

（一）基本的有功和無功功率控制

微電網中的微電源大多是電力電子型，因此微電網對電網中的不同性質的功率是分開調節的，例如逆變器主要實現對無功功率的控制，而通過逆變器的電壓以及網絡電壓的相角則可以實現對有功功率的控制。

（二）基于調差的電壓調節

在一些規模較大的電網中，各個電源之間的阻抗較大，因此不會出現無功環流現象，但是微電網中的電壓整定值相對較小，如果微電網中有大量的微電源接入，而不能進行就地電壓控制，則可能會產生電壓以及無功振蕩，對電壓進行控制的要求就是要保證微電網中不會出現無功環流。

（三）快速負荷跟蹤和儲能

在一個規模較大的電網中，當接入一個新的荷載時，為了實現能量平衡，則主要是依賴于大型發電機的慣性，此時系統頻率略微降低，外界幾乎無法察覺，同時，由于微電網中的發電機的慣量相對較小，加上有的電源的響應時間較長，因此當微電網與主電網之間接觸連接，分別獨立運行的時候，微電網必須要借助蓄電池、超級電容器、飛輪等儲能設備，對系統的慣性進行增加，才能確保電網的正常運行。

四、光伏發電微電網技術的應用

中國的土地面積的廣闊和人口的眾多使得中國成為光伏發電微電網技術的使用大國，生產的太陽能電池占據全球市場份額的一半以上，但盡管出口量很多，但由于技術和資金的限制，使得中國光伏發電微電網技術的使用還處于初級階段，仍僅僅是通信、照明等一些運用，還不能更大范圍地使用，但按照如今的發展趨勢，光伏發電微電網技術有望成為代替使用不可再生資源發電的重要途徑，從而為節約能源、發展新型產業提供更大的便利。

（1）通信和工業應用：通信主要有微波中繼站、光纜通信系統、衛星通信及電視接收系統、氣象和地震臺站等系統的應用。

（2）農村和邊遠地區的應用：一般農村和邊遠地區對光伏發電的運用表現在設有獨立光伏電站、太陽能路燈、太陽能水泵、學校用電等。

（3）城市建設應用：城市路邊的太陽能路燈、草坪燈、太陽能噴泉、太陽能電動汽車、小區暫時發電站等等。

（4）光伏發電建筑的應用：即光伏一體化，運用太陽能板將太陽能光伏發電與建筑結合，利用屋頂的空間，安裝使用，以此來居民的日常用電需求，按照當前的發展，目前的應用主要以樓頂為主，且不能儲存過多能量和得到普及，只因在建設初期的成本費用較高，但相信將來，這種光伏一體化的模式將會得到廣泛運用，以此獲得更多的熱能和電能。

（5）光伏發電的應用前景：這種技術具有很多的優點，對環境破壞少，利用率較高，尤其是在太陽能豐富的地域，這種發電技術對社會綠色發展具有重要的指導意義，目前這種技術的應用正在逐年增加，也一步步趨于成熟，更說明了這項技術的運用潛力相當巨大。

五、微電網的展望

微電網技術的推廣能夠更為豐富的滿足用戶的用電需求，提升用戶的用電質量，同時，微電網技術的運用使得電網的安全性和穩定性得到加強，在成功和能源的利用率上也能夠得到提升，對于行業的發展來說有著積極的影響和促進作用。微電網的使用對于大電網的建設來說，是十分積極的補充，其能夠使得我國現行的電力系統在構筑上更為的完善，同時，通過數據整合和技術的提升，讓電力系統的工作運行更為的高效和合理，滿足更多用戶的用電需求。

結論

綜上所述，能源危機和環境問題促使我們要不斷開發新能源，分布式電源具有較大的空間和前景，但是分布式電源自身的限制決定了要對電網結構進行改善和調整。微電網是一種全新的電網技術，可以實現對多種荷載的電能供給，并且提高電網運行的穩定性，從而實現傳統電網向智能電網的過渡。

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