分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)研究與設(shè)計

王萌

（吉林省電力勘測設(shè)計院，吉林 長春 130022）

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)研究與設(shè)計

王萌

（吉林省電力勘測設(shè)計院，吉林 長春 130022）

近年來，隨著國家對環(huán)保要求的逐步提高，新能源得到了快速發(fā)展，特別是光伏、風電、分布式能源發(fā)電等裝機容量已逐步替代了火電在我國能源結(jié)構(gòu)中的部分比例，本文將就分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計進行分析討論。

分布式光伏發(fā)電；并網(wǎng)系統(tǒng)；研究設(shè)計

光伏發(fā)電是利用相關(guān)裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，光伏發(fā)電最核心的部件是太陽能電池組，在相關(guān)功率裝置等的配合下，構(gòu)成了太陽能發(fā)電裝置。光伏發(fā)電因其具有清潔、無噪聲、一次建造后后期維護成本低等優(yōu)勢，還具有建設(shè)期不長、國家政策扶持力度大等特點，在我國光能豐富的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的光伏電站經(jīng)變壓器升壓通過線路送至用戶處，因光伏發(fā)電量有限，經(jīng)線路損耗、電站自用等損耗對于昂貴的光伏電價來說難免得不償失。分布式光伏發(fā)電采用的就地發(fā)電，就地消納，多余上網(wǎng)的模式，這種發(fā)電模式有效解決了目前光伏發(fā)電成本高的問題，只需很小的投入，用戶甚至可以用光伏發(fā)電取得經(jīng)濟收益，本文將就分布式光伏發(fā)電的原理、選址要求、極板分布原理、并網(wǎng)系統(tǒng)的研究設(shè)計等方面對光伏發(fā)電進行分析探討。

1 分布式光伏發(fā)電定義

所謂分布式光伏發(fā)電，即在短距離內(nèi)實現(xiàn)太陽能和電能之間的轉(zhuǎn)換與消納，通常用戶既作為電源點也作為負荷端，另外多余的電量還可以進行上網(wǎng)發(fā)電，給用戶創(chuàng)造出經(jīng)濟效益。所謂分布式是相對于集中式而言，分布式光伏發(fā)電具有以下特點。

（1）太陽能是一種自然能量，且目前人類能有效利用的太陽能僅占太陽能量的很小一部分，太陽能對目前人類的技術(shù)水平而言是可以無限開采且可以重復(fù)利用的。

（2）分布廣泛性，凡是太陽照到的地方就可以利用，特別是對于一些偏遠山區(qū)、不易建設(shè)高空線路的區(qū)域等，分布式光伏發(fā)電的適應(yīng)性很好地解決上述問題。

（3）高效性，光伏發(fā)電利用的光電效應(yīng)，不會向火電那樣實現(xiàn)熱能、動能、機械能、電能之間的轉(zhuǎn)換，相較于傳統(tǒng)發(fā)電，光伏發(fā)電中間環(huán)節(jié)特別少，因而能量損耗少，光伏發(fā)電的效率一般在80%以上，甚至更高。

（4）清潔無污染，節(jié)約水資源，和火力發(fā)電比較，在光伏發(fā)電過程中不會產(chǎn)生NOX、S OX、二氧化碳等污染物，也不會產(chǎn)生P M2.5等有害顆粒等，另外，光伏發(fā)電過程中不需要水進行冷卻和進行能量轉(zhuǎn)換，特別適合西北等光資源豐富、水資源匱乏等地區(qū)。

2 光伏電站分類

光伏電站按裝機容量可以分為：小型光伏電站，容量在1 MW以下；中型光伏電站，容量在30 MW以下；大型光伏電站，容量在30 MW以上。光伏電站按使用方式分可以分為：集中式光伏電站、地面光伏電站、山地電站、魚光互補發(fā)電、林光互補發(fā)電、分布式光伏發(fā)電、B I P V即光伏建筑一體化、風光儲發(fā)電等。

3 光伏資源分析

我國光伏資源豐富，2/3以上的地區(qū)光資源比較豐富，要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行設(shè)計，選址是核心。

由表1可以看出，在一類地區(qū)開展光伏發(fā)電，具有很高的投資價值，其他幾類地區(qū)投資價值逐漸下降。另外，在設(shè)計計算中，需要的基本數(shù)據(jù)主要有現(xiàn)場的地理位置，包括地點、緯度、經(jīng)度和海拔等；安裝地點的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量及散輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。氣象資料一般無法做出長期預(yù)測，只能以過去10年到20年的平均值作為依據(jù)。

4 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計流程及要點

4.1 設(shè)計原則

綜合性比較，至少設(shè)計三種及以上的方案，通過對比分析選擇較為合適的方案；資源優(yōu)先，通過光資源綜合分析、地理位置、氣候條件等確定；根據(jù)日照條件合理設(shè)計太陽能電池板方陣；集中監(jiān)控，智能巡視操作。核算造價，計算收益。

表1 全國各地太陽能總輻射量與年平均日照當量

4.2 分布式光伏發(fā)電設(shè)計流程

分布式光伏發(fā)電設(shè)計要經(jīng)過以下流程。

（1）實際勘驗，進行實地考察，觀察待裝光伏發(fā)電區(qū)域日照、經(jīng)緯度、海拔高度、氣候、屋面條件等，進行先期光伏投資預(yù)判。

（2）運行模式確定，和用戶確定是用戶自用或者預(yù)留裕量上網(wǎng)系統(tǒng)，自用商用共同設(shè)計。

（3）全年評估，主要包括屋面結(jié)構(gòu)的牢固性、使用壽命評估，用戶全年用電量分析，如參與上網(wǎng)還需要考慮電網(wǎng)的接入點和每年向電網(wǎng)發(fā)電的電量評估計算出全部區(qū)域內(nèi)的分布式光伏的總裝機容量。

（4）設(shè)備選型和總體系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)實際光伏發(fā)電需要和投資成本分析，選擇相應(yīng)的光伏系統(tǒng)硬件布置、網(wǎng)絡(luò)傳輸（目前無線傳輸技術(shù)比較活躍）、主設(shè)備選型、蓄電池組設(shè)計、電池板排列方陣設(shè)計、匯流箱及其余系統(tǒng)設(shè)計、總體安裝方案設(shè)計、輔助建筑設(shè)計、DCS、NC S設(shè)計、五防設(shè)計、保護配置設(shè)計、接地防雷設(shè)計、并網(wǎng)設(shè)計、光功率預(yù)測系統(tǒng)和遠動通訊設(shè)計、項目概預(yù)算、環(huán)境評估等程序。

4.3 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計要點

（1）陣列設(shè)計。談到陣列設(shè)計，我們需要了解幾個概念，太陽高度角：太陽射線和水平面的夾角；太陽方位角：太陽射線與地面投影和正南方向的夾角；太陽赤緯角：太陽射線和赤道表面的夾角；太陽時角：地球自轉(zhuǎn)的角度，正午、上午、下午分別為零、正、負。

（2）傾斜角分析。根據(jù)多家光伏電站矩陣布置分析認為：緯度25°以內(nèi)時，傾斜角等于緯度；緯度在25°和40°之間時，傾斜角在緯度的基礎(chǔ)上正向偏差8°左右；緯度在41°到55°時，傾斜角早緯度基礎(chǔ)上正向偏差12°左右；緯度在56°以上，傾斜角早緯度基礎(chǔ)上正向偏差18°左右，這只是一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，具體的偏差角度還需要根據(jù)現(xiàn)場實際進行校正。

（3）光伏組件。光伏組件性能優(yōu)越性主要體現(xiàn)在組件的連接方式和逆變器的配合上，溫度對光伏組件影響主要體現(xiàn)在太陽能電池板的工作電壓和開路電壓上，這兩個值均和溫度成反比，因此對于高寒地區(qū)，一定要選擇與之匹配的光伏組件，使其滿足最低均溫和工作溫度的要求，避免因溫度造成設(shè)備損壞。

（4）分布式光伏電站上網(wǎng)設(shè)計。光伏電站上網(wǎng)設(shè)計可分為三種：①全部上網(wǎng)類型，該類型的設(shè)計需要考慮引入逆功率保護，并禁止孤島運行方式；②自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，該種模式亦不允許孤島運行；③自發(fā)自用，雙向平衡帶儲能，運行方式靈活，可以組建微電網(wǎng)，也可以孤島運行。

（5）光伏逆變器選用及安裝要點。光伏逆變器的選擇要綜合考慮太陽能電池板方陣的最大功率，另外為節(jié)約成本，一般要求光伏逆變器的輸入總功率和輸出總功率接近即可。逆變器在安裝時嚴禁將多臺逆變器并聯(lián)，以防逆變器發(fā)生諧振；逆變器的歪風道和通風道一般采取軟連接方式，避免振動損壞；做好逆變器安裝調(diào)試時基礎(chǔ)參數(shù)的收集，如電流、相序、阻抗等。

5 結(jié)語

本文主要就分布式光伏的發(fā)電原理、光伏電站的定義、光資源的分布、發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計要點技術(shù)研究等多方面分析了分布式光伏在電力系統(tǒng)的作用。

[1]楊德仁，汪雷．第十屆中國太陽能光伏會議論文集迎接光伏發(fā)電新時代[D].浙江：浙江大學出版社，2008-9-[1]1．

[2]廖東進,黃健華.光伏發(fā)電系統(tǒng)集成與設(shè)計[J].化學工業(yè),2013 ,8,1.

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