光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術分析

李臣斌

中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司新能源分公司 吉林 長春 130021

引言

從配電系統(tǒng)發(fā)展完善方面來看，應根據(jù)風力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)后的運行特點探究更加有效的新型配電系統(tǒng)，加強理論研究的同時，還要實地考察風力發(fā)電與光伏發(fā)電電源位置和方向，研究兩者的容量、并網(wǎng)方式是否科學合理，或減少因為容量過大或并網(wǎng)連接不合理而引起的電壓諧波和電壓波動問題。在未來，應合理規(guī)劃并網(wǎng)電力系統(tǒng)，以確保風力發(fā)電與光伏發(fā)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)運行的安全可靠。

1 并網(wǎng)光伏發(fā)電特點和現(xiàn)狀

并網(wǎng)型光伏發(fā)電指的是將太陽能光伏發(fā)電與電力系統(tǒng)連接起來組成并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，可以為電力系統(tǒng)提供無功和有功功率，實現(xiàn)光熱資源向電能資源的轉換，并利用變壓器將其變成和電網(wǎng)相一致的電壓，使得電能在電網(wǎng)中正常傳送。光伏發(fā)電不需要蓄電池，減少了資源的消耗和對環(huán)境的污染。同時，可實時供電，運行也更加安全和環(huán)保，且操作起來簡便，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。但光伏發(fā)電同樣會受到環(huán)境和技術因素的影響，在未來還需加大資金方面的投入，加大技術研究[1]。

2 光伏發(fā)電共網(wǎng)技術優(yōu)勢

傳統(tǒng)的“發(fā)電-輸變電-配電-用電”運行與保護方向性很明確，建筑光伏大量推廣應用時，有逆向上網(wǎng)流的情況出現(xiàn)，電力部門勢必擔心其接入影響配電網(wǎng)安全運行。建筑光伏往往分散在城市各處，通常無法要求“一點并網(wǎng)”，“一點并網(wǎng)”需要使用匯流導線和設備將大量分散分布的光伏電力集中到一點入網(wǎng)，大大降低了光伏電力應用效率。光伏共網(wǎng)應用模式將分散建筑上的分散陽光，分散地變?yōu)楣夥娏?，即可以作為電力就地高效為負荷供電，也可以根?jù)配電網(wǎng)運行需要，用于就地無功補償和諧波補償。光伏共網(wǎng)控制系統(tǒng)可根據(jù)配電網(wǎng)需要，實現(xiàn)光伏電力“即發(fā)即用”和對配電網(wǎng)的“設備級本質安全零逆流”。系統(tǒng)實現(xiàn)了光伏電力“對電網(wǎng)友好、為用戶發(fā)電”使光伏應用適應智能微電網(wǎng)的發(fā)展，實現(xiàn)互動。共網(wǎng)應用模式特別適合在那些大量分散的建筑上建設太陽能電池板，產(chǎn)生的光伏電力就地使用，而市政電力作為基礎供電，保證系統(tǒng)正常用電[2]。

3 光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術的具體內(nèi)容分析

3.1 關于太陽能電池技術的分析

近年來，隨著國內(nèi)科學技術水平的不斷進步，光伏電池也前后歷經(jīng)了多次的改良。最初一代的光伏電池通過采用硅原料來進行工作，其缺陷主要表現(xiàn)在材料成本偏高，電能損耗程度也相對較高；隨著光伏發(fā)電技術應用范圍的逐步擴大，第二代光伏電池相繼出現(xiàn)，該類電池采用非硅類的材料作為其襯底，這樣一來，能夠在減少原料成本的同時大大降低對電能的損耗程度。

3.2 關于光伏發(fā)電及并網(wǎng)施工技術的分析

光伏發(fā)電及并網(wǎng)施工工作需要：一是及時做好施工前的準備，即提前完成施工現(xiàn)場的具體定位、結構焊接、設備安放以及并網(wǎng)調(diào)試等工作；二是要加強工程施工全過程的安全管理，及時做好光伏屋面的清潔工作，并要求技術人員嚴格按照規(guī)范圖紙來逐步進行操作；三是在太陽能電池板的安裝環(huán)節(jié)，工作人員應提前做好電池質量的檢驗工作，對開路電壓進行準確的測量和記錄，同時還應對電纜材料距離進行合理的控制，以保障整個安裝過程人員及設備的安全；四是在并網(wǎng)的調(diào)試過程中，工作人員應全面做好所有設備運行情況的核對工作，并對系統(tǒng)內(nèi)部各類參數(shù)進行實時的監(jiān)測控制。只有在確保系統(tǒng)一切功能及狀態(tài)處于穩(wěn)定的前提下，才可以正式啟動運行并網(wǎng)系統(tǒng)。

3.3 關于反孤島保護技術的分析

所謂孤島效應，是指當電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)突發(fā)狀況時，會發(fā)生供電中斷的情況，但與此同時，發(fā)電系統(tǒng)仍保持著負載電壓的運行供電模式，并源源不斷地進行輸出，這就將最終形成獨立的孤島模式。若孤島效應未能及時得到監(jiān)測和控制，就會導致系統(tǒng)內(nèi)部的電頻及電壓出現(xiàn)問題，從而對用戶的設備及工作人員的人身安全造成極大的威脅。針對孤島效應問題，可以通過利用反孤島保護技術來進行解決。反孤島保護技術的科學應用，能夠及時在系統(tǒng)電網(wǎng)故障發(fā)生的第一時間強制其轉為停機狀態(tài)，從而能夠有效防止發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)運行情況的出現(xiàn)。

4 光伏發(fā)電的前景分析

4.1 最大功率點跟蹤技術

光伏電池陣列的輸出功率受太陽輻射強度、工作溫度以及負載匹配情況等因素影響，其輸出輸入功率呈非線性，當光伏電池陣列工作到一個特定輸出電壓值時，光伏發(fā)電會獲得最大的輸出功率。在不考慮光伏發(fā)電矩陣的溫度效應下，使用最大功率點跟蹤技術，使光伏發(fā)電隨著信號轉變，從而實現(xiàn)最大化太陽能利用。

4.2 槽式聚光太陽能技術

現(xiàn)階段我國光電轉換效率門檻為18%，理論上最高光電轉換效率為31%。利用成熟的聚光技術，將入射太陽能聚光到光伏電池陣列，在相同的電池材料用量下，光伏發(fā)電成本及輸出功率將會提高。不過大量聚光會導致光伏電池溫度升高，發(fā)電效率受到影響，并且出現(xiàn)光伏電池燒毀的情況。聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的另一特點是光伏余熱集中，利用余熱回收系統(tǒng)可以提高太陽能的利用率[3]。

5 結束語

目前光伏的主流應用技術是光伏并網(wǎng)應用，以傳統(tǒng)大型光伏電站為代表的光伏輸電側并網(wǎng)為主，光伏電站將太陽能轉換為與大電網(wǎng)同頻同質的交流電力后，并入大電網(wǎng)。這實際上是以傳統(tǒng)火電為主的傳統(tǒng)“發(fā)-輸-配-用”模式在太陽能這種具有較強間歇性發(fā)電特征能源發(fā)電的延續(xù)，直接并入高電壓等級大電網(wǎng)，會給系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來諸多影響，因此光伏發(fā)電并網(wǎng)技術仍有很大的發(fā)展空間。