淺談光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)

李彥榮，王康民，張蝶，閆強(qiáng)

（山西能源學(xué)院，山西 太原 030000）

近年來(lái)，我國(guó)使用并網(wǎng)技術(shù)較為頻繁，這項(xiàng)技術(shù)可以加快能源轉(zhuǎn)換率，對(duì)推動(dòng)我國(guó)電力發(fā)展有著重要意義。但是，目前我國(guó)對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)方面投入的資金和人才較少，因此尋找切實(shí)有效的方法進(jìn)行分析十分必要，有著較高的理論價(jià)值和分析意義。

1 光伏發(fā)電技術(shù)與并網(wǎng)技術(shù)內(nèi)容概述

社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)電力的使用，電力作為一項(xiàng)重要的能源，是否平穩(wěn)供應(yīng)對(duì)人們?nèi)粘Ｉ罴案餍懈鳂I(yè)順利運(yùn)轉(zhuǎn)有著巨大的影響。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，光伏發(fā)電成為一種新型的發(fā)電方式，這種發(fā)電方式更加科學(xué)化與系統(tǒng)化，太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)光電反應(yīng)后產(chǎn)生電能，實(shí)際轉(zhuǎn)換中需要借助光伏組件、逆變器等，后續(xù)介入電網(wǎng)負(fù)荷。并網(wǎng)技術(shù)通常使用兩種方式進(jìn)行分類，逆流與非逆流，集中與分布式。其中，逆流并網(wǎng)使用太陽(yáng)能光伏在電力充足情況下，剩余電力會(huì)進(jìn)入公共電網(wǎng)，反之，則會(huì)變化為負(fù)載供電。無(wú)逆流并網(wǎng)獨(dú)立性較強(qiáng)不會(huì)向公共電網(wǎng)供電，內(nèi)部設(shè)置防逆流設(shè)備，如果出現(xiàn)供電不足的狀況可以隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。集中并網(wǎng)運(yùn)作產(chǎn)生電力會(huì)被對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)用，重視電力供應(yīng)的協(xié)調(diào)性，多用于較大的光伏電站日常工作，與負(fù)荷點(diǎn)相距較遠(yuǎn)。分布式并網(wǎng)對(duì)輸送的電能直接配置，剩余電力或者不足電力借助電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，多用于小型光伏發(fā)電站。

2 光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分析及應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池為這種新型光伏發(fā)電的運(yùn)轉(zhuǎn)核心。光伏電池隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展優(yōu)化完善，最初的光伏電池使用硅作為原料完成工作，這種材料經(jīng)濟(jì)成本較高，運(yùn)轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)的電能損耗較高。二代光伏電池技術(shù)和原材料得以優(yōu)化，使用的范圍變大，內(nèi)部原料使用非硅成分，這種改良非常成功，可以在降低經(jīng)濟(jì)成本的前提下，減少運(yùn)行期間電力的損耗。當(dāng)前擁有最新技術(shù)的光伏發(fā)電內(nèi)部構(gòu)成為薄膜電池和晶體硅等，這種設(shè)計(jì)方式可以大幅度提升光伏發(fā)電期間光電的轉(zhuǎn)換效率。

2.2 反孤島保護(hù)

孤島效應(yīng)指的是電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生意外情況時(shí)，平穩(wěn)的電力供應(yīng)將會(huì)中斷，這時(shí)發(fā)電系統(tǒng)會(huì)依然維持負(fù)載電壓供電，繼續(xù)向外界進(jìn)行輸出電力，這種狀態(tài)就是孤島效應(yīng)的表現(xiàn)。如果維修人員并沒(méi)有及時(shí)檢測(cè)到這種故障，不能控制修理故障點(diǎn)，那么系統(tǒng)內(nèi)部很可能會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常壽命，對(duì)工作人員帶來(lái)巨大的安全威脅。面對(duì)這種狀況，工作人員可以采用反孤島保護(hù)手段將其解決。這種反孤島技術(shù)全面應(yīng)用，可以在出現(xiàn)電網(wǎng)故障的時(shí)候及時(shí)停止光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，避免在這期間出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的狀況。

2.3 光伏發(fā)電與并網(wǎng)施工

（1）準(zhǔn)備工作。施工人員事先做好測(cè)量工作，在特定點(diǎn)位放置電力線路，采用科學(xué)的方式焊接支架結(jié)構(gòu)，設(shè)置太陽(yáng)能電池支架安裝板路設(shè)備，并對(duì)配件工程各個(gè)位置做好調(diào)試以及并網(wǎng)等。（2）在整體施工之前，需要仔細(xì)清理光伏屋面，確保現(xiàn)場(chǎng)施工電力使用高度安全，嚴(yán)格按照施工圖紙完成安裝工作，保證各個(gè)環(huán)節(jié)的安全規(guī)范。在鋪設(shè)電池板前，需要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真檢查，保證電池板沒(méi)有出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題可以正常使用，精準(zhǔn)測(cè)試開(kāi)路電壓。施工人員需要重視匯流箱的檢查，實(shí)際安裝中確保性能穩(wěn)定，每段電纜之間保持一定的安全距離。

2.4 太陽(yáng)聚光光伏

太陽(yáng)聚光光伏這項(xiàng)技術(shù)可以在某種程度上減少陽(yáng)光照射地面期間產(chǎn)生的消耗，能夠增加太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換概率。這項(xiàng)技術(shù)的本質(zhì)是使用特定的技術(shù)方式，將太陽(yáng)光線能量匯集到聚光電池，進(jìn)而強(qiáng)化陽(yáng)光的照射強(qiáng)度。這項(xiàng)新型技術(shù)的使用，可以加快電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，大幅度降低生產(chǎn)期間花費(fèi)的經(jīng)濟(jì)投入成本。其中，聚光器是這項(xiàng)新型技術(shù)的重要裝置，多數(shù)時(shí)候運(yùn)轉(zhuǎn)的功能是加熱光能。在聚光器熱量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)將完成光熱能轉(zhuǎn)變。在此基礎(chǔ)上，電力系統(tǒng)會(huì)通過(guò)對(duì)應(yīng)的裝置將光熱能輸送至電池，可以實(shí)現(xiàn)光電的高效轉(zhuǎn)換，發(fā)揮光伏發(fā)電的作用。

2.5 應(yīng)用要點(diǎn)分析

（1）諧波方面。通過(guò)光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，可以直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，將電能接入公共電網(wǎng)中，但實(shí)際并網(wǎng)期間系統(tǒng)內(nèi)部電流、相位等需要和系統(tǒng)保持同步，并網(wǎng)和電網(wǎng)雙方互相影響，會(huì)出現(xiàn)一定的諧波污染。（2）電壓波動(dòng)。對(duì)光伏系統(tǒng)而言，陽(yáng)光強(qiáng)度對(duì)后續(xù)功率輸出存在一定影響。因此，設(shè)備故障、氣候條件、陽(yáng)光強(qiáng)度等因素能夠?qū)ο到y(tǒng)后續(xù)的功率輸出產(chǎn)生影響，工作人員需要精準(zhǔn)計(jì)算電壓，全面清晰地做好記錄，最大程度保證電壓的穩(wěn)定。（3）無(wú)功平衡。光伏系統(tǒng)在功率＞0.98 時(shí)狀態(tài)為純輸出，根據(jù)分區(qū)平衡原則，光伏系統(tǒng)需要確保無(wú)功補(bǔ)償，減少線損概率，提高電力質(zhì)量。

3 光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 運(yùn)行設(shè)計(jì)

據(jù)相關(guān)資料，光伏發(fā)電有并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種類型，可以和公共電網(wǎng)互相聯(lián)系的稱作并網(wǎng)型，可以獨(dú)立運(yùn)行且不與電網(wǎng)互相聯(lián)系的稱作離網(wǎng)型。這種離網(wǎng)光伏發(fā)電通常用于偏遠(yuǎn)區(qū)域，并且這些偏遠(yuǎn)區(qū)域不能擁有公共電網(wǎng)，離網(wǎng)光伏發(fā)電對(duì)配備的儲(chǔ)能裝置要求較高。并網(wǎng)光伏發(fā)電與離網(wǎng)光伏發(fā)電相反，通常的建設(shè)位置周圍會(huì)有公共電網(wǎng)配置，這種系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)依賴公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電最顯著的優(yōu)勢(shì)是將光能進(jìn)行轉(zhuǎn)化并入，可以將光伏電成功并入公共電網(wǎng)中，為公共電網(wǎng)供應(yīng)較多電能，對(duì)儲(chǔ)能裝置要求較低。

3.2 案例設(shè)計(jì)

分析電力負(fù)荷時(shí)，以某地一寫(xiě)字樓為例，比照這個(gè)真實(shí)案例后發(fā)現(xiàn)，其電力負(fù)荷主要分為五個(gè)方面：設(shè)備照明、電腦工作、溫度調(diào)節(jié)、空調(diào)使用、工作設(shè)備。在每個(gè)辦公室內(nèi)配置12 盞電燈功率為60W，這些電燈平均每日工作時(shí)間約為14h，在這個(gè)空間中配置電腦數(shù)量約為40 臺(tái)，功率為180W，這些電腦平均每日工作時(shí)間約為8h。各個(gè)樓層配置4 臺(tái)熱水器功率為10kW，這些熱水器平均每日工作為4h。此外，在單獨(dú)辦公區(qū)域會(huì)有1 臺(tái)熱水器功率為2kW。夏季每日工作時(shí)長(zhǎng)約為12h 其余設(shè)備功率為6kW，每日工作時(shí)間約為2h。在計(jì)算過(guò)這些數(shù)據(jù)后得知，這個(gè)寫(xiě)字樓每層辦公室數(shù)量為50，樓層數(shù)為7，按照實(shí)際情況設(shè)計(jì)光伏發(fā)電裝置，其主要職責(zé)為保證寫(xiě)字樓的日常用電，最大電力負(fù)荷是98kW，每天電力最大消耗數(shù)值是1130kWh?？紤]到這種情況，本次測(cè)試將90kW 電力負(fù)荷，每日電力使用900kWh作為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3 光伏組件設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)據(jù)仔細(xì)分析考察控制成本和優(yōu)化效率，根據(jù)項(xiàng)目具體情況和需求，對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，出于避免光伏組件遮擋的目的，設(shè)計(jì)方陣時(shí)需要統(tǒng)計(jì)相鄰兩個(gè)方陣間最小距離。實(shí)例寫(xiě)字樓頂部是水平結(jié)構(gòu)，方陣需要朝向正南，選擇固定支架安裝，在計(jì)算最優(yōu)角度后，將其傾斜角度設(shè)定為40°。這些光伏組件最大輻射數(shù)值是1830kWh，計(jì)算時(shí)設(shè)定最優(yōu)距離，最終得到的組件數(shù)值是1750mm，最優(yōu)傾斜角度是40°。在分析周圍環(huán)境后，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有大型的物體遮擋，按照最小間距方法運(yùn)算，將相鄰兩個(gè)方陣距離設(shè)定3.6m。按照寫(xiě)字樓的具體需求，將光伏陣區(qū)域分成四個(gè)，光伏安裝面積350m2，考慮這四個(gè)區(qū)域?qū)嶋H寬度和最小距離，在前三個(gè)區(qū)域中安裝4×28 組件方陣，最后一個(gè)區(qū)域安裝為4×35 光伏組件。這種方式可以增加配比的科學(xué)性，減少期間逆變運(yùn)轉(zhuǎn)造成的損失。在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，選取組串類型的逆變?cè)O(shè)計(jì)，并且前三個(gè)區(qū)域光伏方陣一致，將裝機(jī)容量設(shè)置為36.15kWh，再選取15 個(gè)小型逆變器，最后一個(gè)區(qū)域設(shè)置46.4kWh 的裝機(jī)容量，選取10 個(gè)并網(wǎng)逆變器。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，與傳統(tǒng)能源技術(shù)相比，光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)能夠大幅度減少自然環(huán)境的破壞和污染現(xiàn)象，為綠色環(huán)保做出較大貢獻(xiàn)。面對(duì)目前存在的技術(shù)難點(diǎn)，相關(guān)部門需要對(duì)此提高重視，積極采取針對(duì)性措施優(yōu)化光伏供電系統(tǒng)，加大經(jīng)濟(jì)、人才投入，推動(dòng)我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。