配電網(wǎng)中光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用分析

資泓

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

0 引言

電能是獨(dú)一無(wú)二的，是其他能源無(wú)法代替的，它是人們賴(lài)以生存的基礎(chǔ)；我國(guó)幅員遼闊，作為可再生資源的太陽(yáng)能取之不盡用之不竭，給我國(guó)光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)；要想達(dá)到光伏電站的持續(xù)性發(fā)展，還需要對(duì)配電網(wǎng)中光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入探究，從而更好地實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展。

1 光伏發(fā)電工程優(yōu)勢(shì)分析

光伏發(fā)電的過(guò)程原理就是利用光生伏特效應(yīng)理論進(jìn)行工作，在太陽(yáng)能電池的幫助下，把豐富的太陽(yáng)能資源變?yōu)殡娏Y源。隨著環(huán)境保護(hù)和綠色環(huán)保政策，光伏電站項(xiàng)目的建設(shè)也受到了廣泛的關(guān)注。作為綠色環(huán)保型社會(huì)建設(shè)工程的基礎(chǔ)，其在工程建設(shè)中的主要作用是光能和電能轉(zhuǎn)換，滿足社會(huì)用電需求，光伏發(fā)電使用的設(shè)備通常情況都是建設(shè)在人們居住的地方，以此達(dá)到電能更方便的傳輸?shù)骄用窦抑械哪康?。光伏發(fā)電系統(tǒng)由下邊幾個(gè)部件組成，其中有逆變器、儲(chǔ)能電池、控制器以及光伏設(shè)備組件，以上各部件中最重要的就是光伏設(shè)備組件，光能部件可以將太陽(yáng)能資源轉(zhuǎn)化為電力資源，于此同時(shí)也可以更好的儲(chǔ)存和使用，其簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 光伏發(fā)電原理

使用光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電有以下兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：①光伏發(fā)電技術(shù)能夠很好打破傳統(tǒng)的線路傳輸所帶來(lái)的弊端，利用太陽(yáng)能資源轉(zhuǎn)化為電力資源直接傳輸?shù)骄用窦抑校蟠蠊?jié)省了線路傳輸?shù)臅r(shí)間。如果利用光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，在電量非常充盈的情況，可以將多余的電力資源儲(chǔ)存到電網(wǎng)系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)用電效率，達(dá)到電網(wǎng)系統(tǒng)的科學(xué)持續(xù)發(fā)展。②光伏發(fā)電技術(shù)可以與別的新型能源一塊使用，從而改善電能的使用效率，光伏發(fā)電技術(shù)這一優(yōu)勢(shì)不僅能大大改善居民用電質(zhì)量，對(duì)國(guó)家的發(fā)展更是提供了巨大的貢獻(xiàn)。關(guān)于其技術(shù)的使用要遵從實(shí)際，對(duì)于不同的地區(qū)地勢(shì)要因地適宜，只有這樣才能更好的體現(xiàn)光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以此減輕不可再生資源的消耗。把光伏發(fā)電技術(shù)與配電網(wǎng)相結(jié)合，可以保證電網(wǎng)系統(tǒng)中電力充沛，配電網(wǎng)的其他環(huán)節(jié)也會(huì)隨之改變。利用光伏發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)電壓的可控調(diào)節(jié)和優(yōu)化，并能有效改善頻率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看很大的程度上改善了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。光伏電源由多個(gè)光伏串聯(lián)陣列、光伏模塊、控制器（防雷匯流箱、直流配電柜）和交直流并網(wǎng)逆變器等組成。光伏并網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 光伏并網(wǎng)發(fā)電的結(jié)構(gòu)

2.1 光伏組件

光伏組件作為核心部件，由光伏組件片或由激光切割機(jī)機(jī)或鋼線切割機(jī)切割開(kāi)的不同規(guī)格的光伏組件組合在一起構(gòu)成。由于單片光伏電池片的電流和電壓都很小，所以要先串聯(lián)后變成高壓，然后通過(guò)并聯(lián)得到到高電流，通過(guò)一個(gè)二極管輸出，然后封裝在一個(gè)不銹鋼、鋁或其他非金屬邊框上，安裝好上面的玻璃及背面的背板、充入氮?dú)?、密封[2]。把光伏組件串聯(lián)、并聯(lián)組合起來(lái)，就成了光伏組件方陣，也叫光伏陣列。

組件類(lèi)型如下。

（1）單晶硅：光電轉(zhuǎn)換率≈18%，最高可達(dá)到24%，是所有光伏組件中轉(zhuǎn)換率最高的，一般采用鋼化玻璃及防水樹(shù)脂封裝，堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)25 年，單晶硅如圖3 所示。

圖3 單晶體硅

（2）多晶硅：光電轉(zhuǎn)換率≈14%，與單晶硅的制作工藝差不多，多晶硅的區(qū)別在于光電轉(zhuǎn)換率更低、價(jià)格更低、壽命更短，但多晶硅材料制造簡(jiǎn)便、節(jié)省電能，所需價(jià)格低廉，所以能夠大力發(fā)展，多晶硅如圖4 所示。

圖4 多晶體硅

（3）非晶硅：光電轉(zhuǎn)換率≈10%，跟單晶硅、多晶硅的制作工藝不一樣，是一種薄膜式太陽(yáng)電池，其生成過(guò)程中相對(duì)單晶硅、多晶硅來(lái)說(shuō)非常簡(jiǎn)單，其制作過(guò)程使用硅非常少，所需電能也很低，非晶硅最重要的優(yōu)勢(shì)就在于在弱光的環(huán)境下也可以發(fā)電，非晶硅如圖5 所示。

圖5 非晶體硅

2.2 光伏串聯(lián)陣列的構(gòu)成

光伏電源由多路光伏電池板串聯(lián)陣列構(gòu)成光伏組件[3]，如圖6 所示。

圖6 光伏電池板串聯(lián)陣列

2.3 控制器

該控制器由多路光伏陣列防雷合流箱和直流配電柜組成。通過(guò)直流配電柜的開(kāi)關(guān)，可以控制光伏容量，消除光伏組件故障。

2.4 直流-交流并網(wǎng)逆變器

逆變器就是將光伏矩陣中的直流電變化為交流電然后通入整個(gè)電網(wǎng)中。如果光伏發(fā)電出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，逆變器會(huì)立即停止作業(yè)進(jìn)入故障狀態(tài)，相應(yīng)的會(huì)發(fā)出信號(hào)提示。逆變器工作過(guò)程中都是無(wú)須人為干涉的。其自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)是否滿足并網(wǎng)條件，檢測(cè)到條件允許后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入并網(wǎng)模式。在其工作過(guò)程中，逆變器一直以最大功率點(diǎn)跟蹤方式使光伏陣列輸出的能量最大。當(dāng)電網(wǎng)電壓超出允許范圍三相（250～362V）和電網(wǎng)頻率超出正常范圍（47Hz～51.5Hz）異常時(shí)，逆變器會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)與電網(wǎng)的聯(lián)系，立即進(jìn)入保護(hù)模式。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)短路時(shí)，逆變器向電網(wǎng)輸出的短路電流大于額定電流的120%，經(jīng)延時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

3 光伏發(fā)電的使用問(wèn)題

近年來(lái)，隨著可持續(xù)發(fā)展觀的不斷深入，世界各國(guó)都非常重視優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，在新能源開(kāi)發(fā)利用方面大力推動(dòng)分布式發(fā)電的技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新，而光伏發(fā)電技術(shù)在我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中擔(dān)任重要的角色。因此，大力發(fā)展包括光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源已成為我國(guó)保障能源供應(yīng)、控制環(huán)境污染、促進(jìn)節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略選擇。

3.1 安全方面

光伏發(fā)電與配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)合會(huì)影響配電網(wǎng)的電流和分散性能，同樣會(huì)使整個(gè)電網(wǎng)存在安全隱患。當(dāng)配電網(wǎng)處于短路狀態(tài)時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的所有部件會(huì)集中向短路位置流入電流[4]，從而導(dǎo)致短路處的電流瞬時(shí)流量變大，對(duì)電力安全造成嚴(yán)重危害，也就是說(shuō)，光伏發(fā)電如果在使用后連接到配電網(wǎng)，會(huì)使電路中的電流發(fā)生一些變化[5]。

3.2 檢維修問(wèn)題

利用光伏發(fā)電技術(shù)接入配電網(wǎng)中，在正常情況下都是在用電戶處并網(wǎng)。因此，只要負(fù)載和輸出相同，就會(huì)出現(xiàn)孤島效應(yīng)問(wèn)題。此時(shí)，如果有檢修人員對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行檢維修作業(yè)時(shí)，只要配電網(wǎng)中的光伏發(fā)電設(shè)備沒(méi)有采取正常的保護(hù)措施，就會(huì)給檢修人員的人身安全帶來(lái)極大的危險(xiǎn)[6]。

3.3 計(jì)量問(wèn)題

當(dāng)光伏發(fā)電技術(shù)光伏發(fā)電技術(shù)通入配電網(wǎng)時(shí)，普通家庭如果想要使用的話，必須要安裝成一套完整的光伏發(fā)電計(jì)量表，就目前而言無(wú)論從技術(shù)角度還是設(shè)備角度都很難杜絕出現(xiàn)漏電和偷電行為的出現(xiàn)，因此在很大程度上難以保證用電量的準(zhǔn)確性，給工作人員的采集帶來(lái)了很大困難。

4 解決光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)問(wèn)題的措施

4.1 解決保護(hù)問(wèn)題

在電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，根據(jù)光伏發(fā)電原理可知，此時(shí)的電流不是很大，在光伏發(fā)電下游發(fā)生短路時(shí)一般會(huì)減少和保障電流效應(yīng)，與之對(duì)應(yīng)的縮小的區(qū)域和光伏發(fā)電的容量密切相關(guān)[7]。因此，光伏發(fā)電并網(wǎng)后，無(wú)須對(duì)電站內(nèi)的10kV 開(kāi)關(guān)增加其他保障措施。通過(guò)對(duì)保護(hù)定值應(yīng)用的不斷完善，可以起到很好的作用。

4.2 解決維護(hù)安全問(wèn)題

在光伏發(fā)電技術(shù)中的孤島效應(yīng)在一定程度上很難避免?，F(xiàn)階段還沒(méi)有很好的改進(jìn)和監(jiān)管辦法，只能不斷檢查和完善相關(guān)政策，提高檢維修人員的安全意識(shí)。在工作過(guò)程中，通過(guò)協(xié)商決策，規(guī)劃配電網(wǎng)光伏發(fā)電的維護(hù)問(wèn)題，在技術(shù)和安全方面加強(qiáng)管控，盡可能減少影響因素的發(fā)生，消除安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 解決計(jì)量問(wèn)題

在用電過(guò)程中，計(jì)量問(wèn)題一直是存在爭(zhēng)議最大的，為了更好地解決該問(wèn)題，我們可以通過(guò)相應(yīng)的法律宣傳以及組相應(yīng)的普法活動(dòng)，普遍普及老百姓的法律意識(shí)，積極的對(duì)《電力法》和用電系統(tǒng)傳播到每一個(gè)家庭，并通過(guò)多媒體等多方面的形式來(lái)組織用戶定期學(xué)習(xí)，使人們能夠深入了解盜電的違法行為。在進(jìn)行普法的同時(shí)，也可以適當(dāng)建立電力監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)用電情況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)損壞情況進(jìn)行報(bào)警或記錄，不斷完善監(jiān)控設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)用電情況的監(jiān)督和指導(dǎo)，建立科學(xué)完善的計(jì)量體系，為人與社會(huì)的和諧發(fā)展提供安全保障。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析，提出了光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的條件與考慮因素，為配電網(wǎng)中光伏發(fā)電技術(shù)提供了理論指導(dǎo)和實(shí)際參考經(jīng)驗(yàn)[8]。

如今，電網(wǎng)系統(tǒng)不斷發(fā)展，在以后光伏發(fā)電將通過(guò)與更多的形式與配電網(wǎng)的銜接，通過(guò)不斷完善光伏發(fā)電技術(shù)，建立一個(gè)科學(xué)、健康的配電網(wǎng)系統(tǒng)。在配合配電網(wǎng)開(kāi)發(fā)建設(shè)的同時(shí)，如何最大限度地發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，還需要在實(shí)踐中不斷探索。