電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用

胡昕卓 范珈銘 劉振水

摘要：開發(fā)綠色能源，實現(xiàn)綠色建設，是現(xiàn)階段國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標。光伏發(fā)電，是一種可再生的綠色清潔能源，能有效緩解我國在經(jīng)濟建設中的能源匱乏問題。簡單來說，光伏發(fā)電就是將太陽能轉(zhuǎn)化成電力，方便人們的生產(chǎn)生活。光伏發(fā)電與煤炭發(fā)電不同，光伏發(fā)電不會產(chǎn)生垃圾、有毒物，不會出現(xiàn)資源浪費，且是取之不盡，用之不竭的。而電氣自動化能夠有效提高太陽能利用效率，通過對電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用研究，解決我國在資源配置方面遇到的各種問題。

關鍵詞：太陽能;電氣自動化;光伏發(fā)電

一、太陽能光伏發(fā)電的原理與特性

1.1太陽能光伏發(fā)電的原理

太陽能光伏發(fā)電的原理是太陽能電池具有光生伏打效應，這種效應可以把散射輻射、反射輻射和直接輻射等形式的太陽輻射能轉(zhuǎn)化成電能，從而完成發(fā)電。具體分析光生伏打效應就是物體內(nèi)的電荷在物體受到光照時會改變分布狀態(tài)，產(chǎn)生電流和電動勢。半導體的PN節(jié)在受到來自太陽光的刺激后能夠在兩側(cè)產(chǎn)生電壓中。

太陽能光伏系統(tǒng)的組成主要包括充放電控制器、蓄電池、逆變器、電池組件、監(jiān)測儀表和其他蓄能和輔助發(fā)電設備，根據(jù)使用的環(huán)境不同，主要可以分為三大類，分別應用在偏遠山區(qū)的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和十分靈活的混合系統(tǒng)。

1.2太陽能光伏發(fā)電的特性

太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點有很多：①太陽能是來自人類賴以生存的太陽，這種能源取之不盡、用之不竭，因此能源市場的變動對于太陽能光伏發(fā)電來說不會產(chǎn)生負面影響;②因為太陽能來自太陽，而世界各：地各個角落都會接受到太陽光的照射，這樣偏遠山區(qū)不再受地域限制，電能輸送過程中的損失能夠彌補且發(fā)電過程沒有燃料的成本;③太陽能光伏發(fā)電大部分的方式都是處于靜止狀態(tài)，不存在運動部件，因此設備的使用壽命很長且維修簡單;④太陽能光伏發(fā)電十分清潔，不會有噪音、有毒氣體和廢棄物出現(xiàn);⑤在我國大部分地區(qū)的太陽能發(fā)電板都是設置在屋頂，這有效減少了占地面積。

在太陽能光伏發(fā)電給人類帶來巨大便捷的同時也存在一-些使用缺點：①地球的公轉(zhuǎn)使得存在春夏秋冬四個季節(jié)，在這四個季節(jié)內(nèi)，地球表面接收到來自太陽光的輻射程度不同，會對發(fā)電量產(chǎn)生一定的影響;②太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設成本是比較高的，要保證其安全性和穩(wěn)定性，投資較高也限制了其應用范圍的擴大。

二、電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用

2.1在光伏建筑及水泵系統(tǒng)中的應用

太陽能的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要一定的光伏建筑和水泵電力系統(tǒng)，利用電氣自動化技術可以在第一時間發(fā)現(xiàn)故障，保障系統(tǒng)的安全性。具體來說，在光伏建筑和水泵系統(tǒng)的通信手段和監(jiān)控軟件系統(tǒng)中，利用電氣自動化的故障識別優(yōu)勢，在集熱太陽能電池板發(fā)生異常狀況時，及時識別并做出反應，確保光伏發(fā)電的安全性。在太陽能光伏發(fā)電中，光伏建筑和水泵系統(tǒng)的通信方式主要包括串口、通用分組無線服務技術、北斗無線通信等。發(fā)電所需的太陽能電池板數(shù)量很多，電氣自動化技術可以對電池板的運行發(fā)電情況進行監(jiān)控，也能對通信系統(tǒng)的安全連接進行監(jiān)控管理，因此，電氣自動化能夠識別出其中存在的異常，并在故障發(fā)生的第一時間反饋信息，保障發(fā)電的基礎穩(wěn)定性。

2.2在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流逆變中的應用

為了適應現(xiàn)代化電力事業(yè)發(fā)展的需要，我國的光伏發(fā)電從直流電轉(zhuǎn)變成為交流電，通過電氣自動化技術來實現(xiàn)電流輸電方式的徹底轉(zhuǎn)變。太陽能光伏發(fā)電的核心是在特定的技術系統(tǒng)結構中將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，需要特定的光伏陣列、充電放點控制器以及蓄電池中的逆變器等來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，變成可以被輸電發(fā)送的電力能源。整個技術運行系統(tǒng)具有復雜性，因此，離不開電氣自動化技術，利用電氣自動化就可以確保各個器具、連接系統(tǒng)等實現(xiàn)高效運轉(zhuǎn)，在將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷耐瑫r，將電能高效、快速地輸送到各個電力電網(wǎng)系統(tǒng)中，真正實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電的目標。

2.3在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的應用

太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能最終被社會生產(chǎn)、生活使用，并網(wǎng)系統(tǒng)是其中的關鍵形式。如果是獨立的光伏發(fā)電，那么除了要實現(xiàn)太陽能與電能的轉(zhuǎn)化以外，還需要進行電能的存儲，給整個系統(tǒng)帶來極大的負擔。因此，利用并網(wǎng)系統(tǒng)將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能輸送到我國的國家電網(wǎng)系統(tǒng)中，就是將光伏發(fā)電與國家電網(wǎng)之間實現(xiàn)“并網(wǎng)”。在并網(wǎng)系統(tǒng)中，只有采用科學、合理的分配發(fā)電模式，才能保證電能不會對電網(wǎng)造成破壞性的沖擊。利用電氣自動化技術可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動智能化發(fā)電，即在同期點兩側(cè)中的電氣量檢測中使用電氣自動化技術，并對同期并列的電氣量數(shù)值信息進行分析，能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的“時間差”進行判斷，從而自動控制光伏發(fā)電中的合閘頻率和時間，保證實現(xiàn)并網(wǎng)的同時，也不會對發(fā)電設備產(chǎn)生沖擊性影響。

2.4在光伏發(fā)電無功補償控制中的應用

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，設備一般屬于元器件，即電子元器件。在現(xiàn)有的技術水平下，電子元器件的特點是在設備系統(tǒng)啟動時產(chǎn)生一定的諧波，從而對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成沖擊，比如，造成電壓過高或電壓過低等問題，影響太陽能光伏發(fā)電的整體系統(tǒng)運行。此外，電子元器件還可能會產(chǎn)生無功率的損耗問題，也影響了電能的產(chǎn)出效率。利用電氣自動化技術可以解決該問題，即利用電氣自動化對無功需求量進行分析、判定，進而利用自動控制技術將功能損耗控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，就能有效保障電壓的穩(wěn)定性?？梢钥闯觯姎庾詣踊軌?qū)崿F(xiàn)無功補償控制的功能，解決無功損耗的問題，維系光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

三、電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢

我國幅員遼闊，這就為太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展奠定了堅實的基礎。太陽能光伏發(fā)電的具有良好的發(fā)展前景，通過電氣自動化在太陽能發(fā)電領域的應用，就在一定程度上增加了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，并且可以有效地降低人力的投入，對太陽能光伏發(fā)電的生產(chǎn)以及傳送過程進行監(jiān)督與控制。目前，我國百分之八十的電力能源都是火電廠提供的，由于設備的構造以及材料的不同，使得火電廠在運行的過程中，熱能回收出現(xiàn)差異的現(xiàn)象，熱能回收率較低會對社會經(jīng)濟的發(fā)展造成一定的影響。另外，站在環(huán)境保護的角度上，電力系統(tǒng)未來的發(fā)展方向一定會注重光伏發(fā)電、風力發(fā)電以及水能發(fā)電等清潔可再生能源上。

四、結語

綜上所述，當前電氣自動化技術在太陽能光伏發(fā)電中的應用效果已經(jīng)得到了充分的認可與肯定，相信伴隨著電氣自動化技術的不斷創(chuàng)新和升級，電氣自動化在太陽能光伏發(fā)電中的應用范圍將會越來越廣泛，應用效果也會越來越理想。

參考文獻：

[1]方剛劍.太陽能光伏發(fā)電技術及其應用探討[J].智能城市，2019（11）：81-82.

[2]王維利.全球太陽能光伏政策研究及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢[J].化學試劑，2018（12）：1152-1156.

[3]陸鎮(zhèn)華.電氣自動化技術在變電站中的應用[J].中國新技術新產(chǎn)品，2018（1）：10-11.

[4]姚遙.工業(yè)電氣自動化及其在生產(chǎn)中的應用探討[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2019（13）：155-155.