太陽能光伏發(fā)電的設計應用分析

石麗冰

[摘 要]由于城市化的進一步發(fā)展和進步，對于傳統(tǒng)能源的過度使用導致了當前國際上普遍出現(xiàn)了能源危機以及環(huán)境污染的問題。這些問題隨著時間的推移，逐漸變得越來越突出和嚴重。而太陽能是一種新型的能源，許多國家和地區(qū)都在對太陽能進行利用。利用太陽能的光伏發(fā)電是當前各個國家的能源項目，能夠?qū)崿F(xiàn)電能資源的分配與調(diào)度，構建更加科學合理的現(xiàn)代化的發(fā)電系統(tǒng)和體制?；诖?，就要對太陽能的光伏發(fā)電情況進行分析，以此來促進光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[關鍵詞]光伏發(fā)電 太陽能 設計應用

中圖分類號：TU426 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0394-02

一、光伏發(fā)電的概念和原理

光伏發(fā)電就是能夠利用半導體將太陽光轉(zhuǎn)換為電能的法術，原理是根據(jù)光生伏特的效應。光伏的發(fā)電系統(tǒng)主要包括逆變器、太陽能的電池板、控制器等結構部分。在這些組成部分中，太陽能的電池板主要將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，同時它還能夠?qū)﹄娔苓M行儲存；而控制器則能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進行有效的控制，決定太陽能的電池板以及一些其他的部分能夠有序地進行控制；而逆變器則主要是將在運行過程中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成為交流電；而保護裝置則能夠確保系統(tǒng)的安全性[1]。

在白天，太陽能板正常地進行發(fā)電的工作，而控制器進行相應地操作和控制來將電能儲存到蓄電池中，在這個過程中，控制器會對逆變器進行相應的操作，以此來給家用電器進行供電的工作；而到了晚上，由于沒有了太陽，太陽能電板就會停止發(fā)電，主控制器就要將電能轉(zhuǎn)換成為交流電，這樣能夠保證給家用電器的供電工作不會受到影響。如果蓄電池中的電量不足或者發(fā)電的系統(tǒng)中出現(xiàn)了一定的故障，控制器就會自動切換到電網(wǎng)供電的線路中，這就是光伏發(fā)電的整個過程和其中的原理。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計方案

通過對供電的環(huán)境與設備系統(tǒng)進行升級和改造，光伏發(fā)電的系統(tǒng)在結構上具有很多的控制方案來進行選擇。如遠程控制、智能控制等等，根據(jù)實際生產(chǎn)的需要來進行方案的選擇，這是設計人員要重點進行解決的問題。在進行光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計時，要根據(jù)不同類型的發(fā)電規(guī)模，從各個方面來對系統(tǒng)進行操控，從而使得各方面能夠得到優(yōu)化，提升項目的運行效率[2]。

1.對并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設計計算

①發(fā)電量以及組件的總功率的計算

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其發(fā)電量與組件總功率的計算有相應的公式，具體如下：

g——每天的發(fā)電量；hI——每個小時的發(fā)電量；Pm——光伏組合的總功率；y——單臺機組的發(fā)電量；其年平均的量為G=g×365（kWh）。

②并網(wǎng)逆變器的選用

對于并網(wǎng)逆變器的選用，其判斷的標準和要求主要是一下幾個方面：第一，逆變器的額定功率為0.85-1.2Pm；第二，逆變器的最大輸入電流電壓一定要大于光伏方陣空載的電壓；第三，逆變器的輸入直流電壓范圍要大于光伏方陣中的最小電壓；第四，逆變器的最大輸入直流電流大于光伏方陣的短路電流；第五，逆變器的額定輸入直流電壓與光伏方陣的最大功率電壓要保持相等；第六就是額定的輸出電壓與電網(wǎng)的額定電壓也要相同[3]。除此之外，其額定的頻率與電網(wǎng)的頻率、相數(shù)與電網(wǎng)的相數(shù)也要相同，短路、過壓以及弱壓等保護功能也是并網(wǎng)逆變器應該具備的。

2.光伏組件的方陣設計

對于光伏組件的水平頻角來說，對其能夠產(chǎn)生影響的要素包括發(fā)電系統(tǒng)所處的地理位置以及一年中各個季節(jié)對電量分配的要求。

①如果該系統(tǒng)所處區(qū)域的各個季節(jié)電量的要求基本均衡的話，那么可以利用下表來進行組件頻角的選擇工作（表1）。

②具體到我國來說，很多地區(qū)的地理位置不同，但是其地質(zhì)環(huán)境比較相似，所以可以選擇緯度加7°的組建水平的傾角。而對于一些條件比較特殊的地區(qū)，則要根據(jù)不同季節(jié)的情況來選擇適合的水平角。

3.光伏方陣的傾角設計

光伏方陣的傾角是影響發(fā)電效率的一個重要因素，對于發(fā)電量的影響比較大，是區(qū)域中發(fā)電效率的決定性因素。一般情況下，光伏方陣的朝向應該為北半球，這樣能夠提高光伏發(fā)電作業(yè)的效率[4]。對發(fā)電生產(chǎn)的調(diào)度也能夠起到一定的輔助作用，這樣便于實現(xiàn)光伏發(fā)電生產(chǎn)的一體化。

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體應用

光伏發(fā)電的項目發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實意義，國家也比較重視，在這個項目中不斷地進行投資，也出臺了相關的政策起到扶持。這在很大程度上推動了新發(fā)電模式的應用，為電力轉(zhuǎn)型起到了引導的作用。設計的過程就是對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行總體性的規(guī)劃，對于發(fā)電的生產(chǎn)模式起到一個調(diào)整的作用，從而實現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的可持續(xù)性。光伏發(fā)電系統(tǒng)在進行設計時，要根據(jù)實際的生產(chǎn)平臺來確定應用的形式。

1.交、直流供電系統(tǒng)

由于電流的形式不一樣，光伏發(fā)電的系統(tǒng)要考慮到電流之間的轉(zhuǎn)換，在進行設計時，要更加注重電力調(diào)控系統(tǒng)的靈活性，這樣能夠提升發(fā)電的效率。交、直流的供電系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換的作用，能夠在兩種電流之間實時地轉(zhuǎn)接，這就形成了相對穩(wěn)定的電力傳輸模式

2.并網(wǎng)系統(tǒng)

在進行并網(wǎng)的布局階段，太陽電池組會對電流的形式造成一些影響，在逆變器進行工作時，城市的電網(wǎng)會形成交流的形式。而并網(wǎng)的系統(tǒng)運行能夠使網(wǎng)絡供電系統(tǒng)形成有效的連接，提升電流轉(zhuǎn)換的效率。在這個過程中，是將電網(wǎng)的信號直接反饋給調(diào)度中心的，直接將電能輸入到電網(wǎng)當中去，這就省去了配置蓄電池的步驟，節(jié)省了工作和負擔，同時也能夠降低能量的損耗。

3.混合供電的系統(tǒng)

太陽能光伏系統(tǒng)，除了使用太陽能的電池組件陣列以外，還可以將燃油發(fā)電機作為備用的能源來進行使用。而這樣就使得供電系統(tǒng)是混合性的，好處就是能夠綜合兩種能源的優(yōu)勢，彌補各自的短板和不足[5]。使得可再生能源能夠得到更好地利用。可再生能源具有不穩(wěn)定性，會不斷地進行變化，所以在進行系統(tǒng)設計時一定要以最少的能量時期來進行。

4.并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)

要想發(fā)揮光伏系統(tǒng)的最大功能，可以對不同種類型的電網(wǎng)進行綜合性的改造，這是一個比較漫長的組網(wǎng)過程。使用并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)，能夠構建出不同的網(wǎng)絡處理方式。并網(wǎng)混合供電的主要特點是組合性，能夠?qū)⒖刂破饕约澳孀兤鬟M行組合，這樣就提升了可調(diào)度，使得電能的資源能夠與數(shù)字控制協(xié)調(diào)的運行。

四、某項目中在實際中選用的光伏發(fā)電形式

在確定了外部的條件適合采用太陽能光伏發(fā)電后，就要對光伏發(fā)電系統(tǒng)的細化進行設計，其主要有獨立和并網(wǎng)兩種系統(tǒng)形式。

①獨立運行的光伏發(fā)電的系統(tǒng)主要有電池板、控制器、太陽電池方針、逆變器等幾個部分構成的，由于蓄電池是整個系統(tǒng)中不可或缺的一部分，配備蓄電池的成本又比較高，整個系統(tǒng)的成本就比較高，而由于蓄電池是有一定的期限的，廢棄的蓄電池會對環(huán)境造成二次的污染。

②而并網(wǎng)型的太陽能光伏電站與獨立性構成部分大部分相同，只是其需要計量電表和連接器。其工作原理就是將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，通過逆變器形成交流電，最后將多余的電進行儲存。就當前的大環(huán)境來看，該項目采用的是并網(wǎng)型的太陽能光伏發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)方案。

五、光伏電的發(fā)展前景

在當前社會不斷發(fā)展惡化變化的過程中，對能源進行戰(zhàn)略性的開發(fā)是必不可少的，對于新型發(fā)電項目的開發(fā)也是必不可缺少的。在對光伏發(fā)電項目進行扶持建設的過程中，要對新項目的投入以及產(chǎn)出的效益進行綜合的考慮和分析。在對光伏發(fā)電項目進行設計時，要考慮到結構模塊的布局，電池板、控制器、逆變器這些當然是核心的部分，優(yōu)化軟硬件方面的操控系統(tǒng)，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)更加科學、合理、安全。在當前的時代背景下，許多種光伏電池技術為了取得市場建立優(yōu)勢，都在爭相地進步和發(fā)展[6]。第一代的晶硅電池比較高校，價格也比較低廉，使用相對比較廣泛；而第二代的薄膜電池成本和耗能進一步提升，其發(fā)展的前景更加廣闊；第三極短就是新型的太陽能電池，雖然效果要比前兩代好，但是其昂貴的價格使得其市場相對較小，還處于進一步的探索中。光伏電網(wǎng)的發(fā)電技術的進一步發(fā)展要實現(xiàn)的目標就是在保證穩(wěn)定性的同時，降低成本，利用光伏發(fā)電作為最主要的電源方式，這樣能夠與其他的裝置相互配合，在用戶周圍實現(xiàn)負荷供電。具有標志性的就是微電網(wǎng)能夠脫離主網(wǎng)，也可以與主網(wǎng)進行連接，這樣就減少了太陽光間歇性帶來的不利影響。這種主要適用于成本相對較高的偏遠地區(qū)以及對供電要去比較高的用戶來使用。

六、光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議

1.政府要充分發(fā)揮領頭作用，對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展設立專項經(jīng)費，同時配備相應的優(yōu)惠政策進行扶持；

2.要在政府的主導下進行多元化的投資，降低光伏產(chǎn)業(yè)的投資風險，多方參與，共同制定出完整的產(chǎn)業(yè)鏈；

3.在技術上要堅持自主研發(fā)，同時不能夠閉門造車，引進先進的技術，建立并完善技術體系；

4.對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要有合理和現(xiàn)實的規(guī)劃，提升相關的標準和要求，從而增強競爭力。

結束語

總而言之，當前的社會形勢，使得能源進行戰(zhàn)略性開發(fā)是必要的，進行新型發(fā)電項目的研究也是不可或缺的。太陽能光伏發(fā)電的綠色和環(huán)保，同時太陽能的資源是可以再生的，擁有廣闊的發(fā)展前景。政府在進行光伏發(fā)電站項目的建設過程中，要對投入以及產(chǎn)出的效益進行綜合性的考慮和分析，對模塊的布局要細致，明確核心，優(yōu)化軟硬件的配置操控，從而保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

參考文獻

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