配電網中光伏發電技術的運用分析

資泓

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014）

0 引言

電能是獨一無二的，是其他能源無法代替的，它是人們賴以生存的基礎；我國幅員遼闊，作為可再生資源的太陽能取之不盡用之不竭，給我國光伏發電項目的建設打下了良好的基礎；要想達到光伏電站的持續性發展，還需要對配電網中光伏發電技術進行深入探究，從而更好地實現我國能源的可持續發展。

1 光伏發電工程優勢分析

光伏發電的過程原理就是利用光生伏特效應理論進行工作，在太陽能電池的幫助下，把豐富的太陽能資源變為電力資源。隨著環境保護和綠色環保政策，光伏電站項目的建設也受到了廣泛的關注。作為綠色環保型社會建設工程的基礎，其在工程建設中的主要作用是光能和電能轉換，滿足社會用電需求，光伏發電使用的設備通常情況都是建設在人們居住的地方，以此達到電能更方便的傳輸到居民家中的目的。光伏發電系統由下邊幾個部件組成，其中有逆變器、儲能電池、控制器以及光伏設備組件，以上各部件中最重要的就是光伏設備組件，光能部件可以將太陽能資源轉化為電力資源，于此同時也可以更好的儲存和使用，其簡單結構如圖1 所示。

圖1 光伏發電原理

使用光伏發電技術進行發電有以下兩個優勢：①光伏發電技術能夠很好打破傳統的線路傳輸所帶來的弊端，利用太陽能資源轉化為電力資源直接傳輸到居民家中，大大節省了線路傳輸的時間。如果利用光伏發電技術進行發電，在電量非常充盈的情況，可以將多余的電力資源儲存到電網系統中，從而實現用電效率，達到電網系統的科學持續發展。②光伏發電技術可以與別的新型能源一塊使用，從而改善電能的使用效率，光伏發電技術這一優勢不僅能大大改善居民用電質量，對國家的發展更是提供了巨大的貢獻。關于其技術的使用要遵從實際，對于不同的地區地勢要因地適宜，只有這樣才能更好的體現光伏發電技術的優勢，以此減輕不可再生資源的消耗。把光伏發電技術與配電網相結合，可以保證電網系統中電力充沛，配電網的其他環節也會隨之改變。利用光伏發電可以實現電壓的可控調節和優化，并能有效改善頻率波動對電網系統的影響，從長遠角度來看很大的程度上改善了電網的穩定性和經濟性[1]。

2 光伏發電系統的構成

光伏發電系統結構比較復雜。光伏電源由多個光伏串聯陣列、光伏模塊、控制器（防雷匯流箱、直流配電柜）和交直流并網逆變器等組成。光伏并網發電結構如圖2 所示。

圖2 光伏并網發電的結構

2.1 光伏組件

光伏組件作為核心部件，由光伏組件片或由激光切割機機或鋼線切割機切割開的不同規格的光伏組件組合在一起構成。由于單片光伏電池片的電流和電壓都很小，所以要先串聯后變成高壓，然后通過并聯得到到高電流，通過一個二極管輸出，然后封裝在一個不銹鋼、鋁或其他非金屬邊框上，安裝好上面的玻璃及背面的背板、充入氮氣、密封[2]。把光伏組件串聯、并聯組合起來，就成了光伏組件方陣，也叫光伏陣列。

組件類型如下。

（1）單晶硅：光電轉換率≈18%，最高可達到24%，是所有光伏組件中轉換率最高的，一般采用鋼化玻璃及防水樹脂封裝，堅固耐用，使用壽命一般可達25 年，單晶硅如圖3 所示。

圖3 單晶體硅

（2）多晶硅：光電轉換率≈14%，與單晶硅的制作工藝差不多，多晶硅的區別在于光電轉換率更低、價格更低、壽命更短，但多晶硅材料制造簡便、節省電能，所需價格低廉，所以能夠大力發展，多晶硅如圖4 所示。

圖4 多晶體硅

（3）非晶硅：光電轉換率≈10%，跟單晶硅、多晶硅的制作工藝不一樣，是一種薄膜式太陽電池，其生成過程中相對單晶硅、多晶硅來說非常簡單，其制作過程使用硅非常少，所需電能也很低，非晶硅最重要的優勢就在于在弱光的環境下也可以發電，非晶硅如圖5 所示。

圖5 非晶體硅

2.2 光伏串聯陣列的構成

光伏電源由多路光伏電池板串聯陣列構成光伏組件[3]，如圖6 所示。

圖6 光伏電池板串聯陣列

2.3 控制器

該控制器由多路光伏陣列防雷合流箱和直流配電柜組成。通過直流配電柜的開關，可以控制光伏容量，消除光伏組件故障。

2.4 直流-交流并網逆變器

逆變器就是將光伏矩陣中的直流電變化為交流電然后通入整個電網中。如果光伏發電出現問題時，逆變器會立即停止作業進入故障狀態，相應的會發出信號提示。逆變器工作過程中都是無須人為干涉的。其自動檢測電網是否滿足并網條件，檢測到條件允許后會自動進入并網模式。在其工作過程中，逆變器一直以最大功率點跟蹤方式使光伏陣列輸出的能量最大。當電網電壓超出允許范圍三相（250～362V）和電網頻率超出正常范圍（47Hz～51.5Hz）異常時，逆變器會自動斷開與電網的聯系，立即進入保護模式。當電網側出現短路時，逆變器向電網輸出的短路電流大于額定電流的120%，經延時與電網斷開。

3 光伏發電的使用問題

近年來，隨著可持續發展觀的不斷深入，世界各國都非常重視優化能源結構，在新能源開發利用方面大力推動分布式發電的技術應用與創新，而光伏發電技術在我國能源產業的發展中擔任重要的角色。因此，大力發展包括光伏發電在內的可再生能源已成為我國保障能源供應、控制環境污染、促進節能減排、應對氣候變化的戰略選擇。

3.1 安全方面

光伏發電與配電網系統的結合會影響配電網的電流和分散性能，同樣會使整個電網存在安全隱患。當配電網處于短路狀態時，光伏發電系統中的所有部件會集中向短路位置流入電流[4]，從而導致短路處的電流瞬時流量變大，對電力安全造成嚴重危害，也就是說，光伏發電如果在使用后連接到配電網，會使電路中的電流發生一些變化[5]。

3.2 檢維修問題

利用光伏發電技術接入配電網中，在正常情況下都是在用電戶處并網。因此，只要負載和輸出相同，就會出現孤島效應問題。此時，如果有檢修人員對電網進行檢維修作業時，只要配電網中的光伏發電設備沒有采取正常的保護措施，就會給檢修人員的人身安全帶來極大的危險[6]。

3.3 計量問題

當光伏發電技術光伏發電技術通入配電網時，普通家庭如果想要使用的話，必須要安裝成一套完整的光伏發電計量表，就目前而言無論從技術角度還是設備角度都很難杜絕出現漏電和偷電行為的出現，因此在很大程度上難以保證用電量的準確性，給工作人員的采集帶來了很大困難。

4 解決光伏發電系統并網問題的措施

4.1 解決保護問題

在電網發生短路時，根據光伏發電原理可知，此時的電流不是很大，在光伏發電下游發生短路時一般會減少和保障電流效應，與之對應的縮小的區域和光伏發電的容量密切相關[7]。因此，光伏發電并網后，無須對電站內的10kV 開關增加其他保障措施。通過對保護定值應用的不斷完善，可以起到很好的作用。

4.2 解決維護安全問題

在光伏發電技術中的孤島效應在一定程度上很難避免。現階段還沒有很好的改進和監管辦法，只能不斷檢查和完善相關政策，提高檢維修人員的安全意識。在工作過程中，通過協商決策，規劃配電網光伏發電的維護問題，在技術和安全方面加強管控，盡可能減少影響因素的發生，消除安全風險。

4.3 解決計量問題

在用電過程中，計量問題一直是存在爭議最大的，為了更好地解決該問題，我們可以通過相應的法律宣傳以及組相應的普法活動，普遍普及老百姓的法律意識，積極的對《電力法》和用電系統傳播到每一個家庭，并通過多媒體等多方面的形式來組織用戶定期學習，使人們能夠深入了解盜電的違法行為。在進行普法的同時，也可以適當建立電力監控系統，對用電情況進行監控，對損壞情況進行報警或記錄，不斷完善監控設備，加強對用電情況的監督和指導，建立科學完善的計量體系，為人與社會的和諧發展提供安全保障。

5 結語

本文對光伏發電系統接入配電網的相關技術進行分析，提出了光伏發電接入配電網的條件與考慮因素，為配電網中光伏發電技術提供了理論指導和實際參考經驗[8]。

如今，電網系統不斷發展，在以后光伏發電將通過與更多的形式與配電網的銜接，通過不斷完善光伏發電技術，建立一個科學、健康的配電網系統。在配合配電網開發建設的同時，如何最大限度地發揮和實現光伏發電系統的優勢，還需要在實踐中不斷探索。