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        微網(wǎng)光伏電站在援外項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

        2015-04-02 20:18:34徐振福
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2015年4期
        關(guān)鍵詞:逆變器光伏電站蓄電池

        徐振福

        摘 要:太陽能是取之不盡、用之不絕的一種免費(fèi)清潔能源,在當(dāng)今諸如煤、石油、天然氣等化石能源逐漸短缺,能源危機(jī)日益嚴(yán)重的情況下,太陽能是未來人類最直接、最安全、最理想的替代能源。特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)、電網(wǎng)的敷設(shè)受到各種因素的制約,此時(shí)小型的光伏電站就能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)居民最起碼的用電問題,隨著光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步,產(chǎn)品的價(jià)格也趨于合理區(qū)間,如果當(dāng)?shù)毓庹諚l件又非常的好,那在這些地區(qū)推廣光伏電站的使用就很有必要了。

        關(guān)鍵詞:光伏電站;逆變器;蓄電池

        中圖分類號(hào):TM914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        1光伏電站綜述

        1.1太陽能光伏電站系統(tǒng)是利用太陽電池-半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng),將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為直流電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)一般由以下三部分組成:太陽電池組件;充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計(jì)算機(jī)監(jiān)控等電子設(shè)備和蓄電池以及輔助發(fā)電設(shè)備。2009年科技部、財(cái)政部和國家能源局聯(lián)合打造“金太陽工程”,中央財(cái)政從可再生能源專項(xiàng)資金中安排一定資金,支持光伏發(fā)電技術(shù)在各類領(lǐng)域的示范應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化(簡稱金太陽示范工程)。光伏發(fā)電不光在國內(nèi)抄的很熱,同時(shí)這股熱潮也涌向了非洲我們的老朋友,由于美國、歐盟對(duì)中國光伏產(chǎn)業(yè)雙反調(diào)查反傾銷案的勝訴,中國政府也不得不尋求新的市場,所以對(duì)于在非洲進(jìn)行光伏電站的推廣也提到政府辦公的正式議程上來。

        1.2太陽能發(fā)電系統(tǒng)廣泛的說一般分為離網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)兩種方式,離網(wǎng)系統(tǒng)需使用蓄電池作為儲(chǔ)能單元,采用太陽電池組件組成太陽電池陣列,太陽能陣列把光能轉(zhuǎn)換為電能,太陽電池陣列通過防雷匯流箱后,通過防雷處理進(jìn)入光伏控制器,通過光伏主充電控制器為蓄電池組充電,逆變器把蓄電池逆變?yōu)锳C220V頻率(50Hz±2%)交流電,通過AC220V交流配電柜輸出配電和后級(jí)防雷保護(hù)處理后,供負(fù)載使用。主要優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)橛行铍姵貎?chǔ)能,所以即使受天氣、季節(jié)的影響較小,但隨之而來的是系統(tǒng)比較龐大,因?yàn)橐WC負(fù)荷的正常運(yùn)行就必須增加蓄電池的用量和光伏電池的用量,而蓄電池一般壽命4~9年,其廢棄物又會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成二次污染,一般多使用在少電、缺電的地區(qū)。所以推廣起來并沒有多少優(yōu)勢。

        1.3并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概括的說就是通過并網(wǎng)逆變器將電能送至電網(wǎng),然后在供給負(fù)載,可作為建筑物用電的一個(gè)有效的補(bǔ)充,在北京2008年奧運(yùn)工程中作為“綠色奧運(yùn)”一大理念被大量采用。直到今天經(jīng)過大量的推廣使用,技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)十分成熟。但是在非洲就不太適合,由于當(dāng)?shù)貤l件受限,電網(wǎng)運(yùn)行一般都不夠穩(wěn)定,電壓的波動(dòng)超過±20%,并網(wǎng)條件不成熟,我們從失敗的案例中汲取經(jīng)驗(yàn),也協(xié)同光伏電站廠家和研究機(jī)構(gòu)尋找解決方案,結(jié)合國外的成功案例成功設(shè)計(jì)并實(shí)施了一種新的光伏電站系統(tǒng),就是本文重點(diǎn)說明的小微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并且已經(jīng)在坦桑尼亞成功實(shí)施了援坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆大學(xué)大圖書館項(xiàng)目。

        2光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1坦桑尼亞達(dá)市位于坦桑尼亞南部,6.87°S ,39,20°E ,海拔90m。年平均氣溫22.13℃。該地區(qū)全年太陽能日照資源豐富。根據(jù)NASA氣象網(wǎng)站查閱,當(dāng)?shù)氐乃矫嫫骄照諘r(shí)間為5.95小時(shí),在光伏組件陣列向北傾斜10?時(shí)為最佳傾斜角。有效光照時(shí)間長,特別適合光伏電站。光伏電站隨發(fā)隨用的效率是最高的可以達(dá)到0.75,離網(wǎng)的效率因?yàn)橐?jīng)過逆變,效率一般不會(huì)超過0.6,基于這個(gè)理論我們的小微網(wǎng)系統(tǒng),就是把離網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的整合,通過合理的系統(tǒng)配置盡最大努力提高光伏電站的整體效率。

        2.2本項(xiàng)目在圖書館屋面設(shè)置了太陽能電池板,并在圖書館屋頂設(shè)置光伏電站機(jī)房,建立光、儲(chǔ)微電網(wǎng)獨(dú)立供電系統(tǒng),正常情況,負(fù)載由該微電網(wǎng)獨(dú)立供電,當(dāng)出現(xiàn)無日照且蓄電池?zé)o電的極端情況下,系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)負(fù)載供電,為圖書館的閱覽室照明負(fù)荷提供電源。

        2.3圖書館閱覽室照明負(fù)荷約45kW,同時(shí)利用系數(shù)約為0.7,供電時(shí)間為13小時(shí),估算日用電量為409kW·h,圖書館光伏電站的設(shè)計(jì)容量為160.00kWp。儲(chǔ)微電網(wǎng)獨(dú)立系統(tǒng)的主系統(tǒng)由160kWp的光伏組件、160kW的逆變器、2臺(tái)50kW的雙向變流器、50kW·h的鋰電池、528kW.h的鉛酸蓄電池、交流配電單元組成。

        2.4光伏電站供電模式為隨發(fā)隨用,并儲(chǔ)存多余的電能以備晚上使用,白天,當(dāng)光伏電站供電能力良好時(shí),全部負(fù)載由光伏電站供電;夜晚,當(dāng)其供電能力局部下降時(shí),由光伏電站的儲(chǔ)能蓄電池供電,當(dāng)陰天或夜晚長時(shí)間使用時(shí),端電壓下降到0.8Ue時(shí),電源轉(zhuǎn)換裝置動(dòng)作,切換到市電供電,當(dāng)光伏電站供電能力恢復(fù),端電壓上升到0.95Ue后,電源轉(zhuǎn)換裝置切換到光伏電站供電。

        2.5光伏電站設(shè)防直擊雷的外部防雷裝置和防閃電電涌侵入的措施。在建筑物樓頂設(shè)置避雷針保護(hù)光伏發(fā)電電池板不被雷擊毀;在光伏電站發(fā)電系統(tǒng)的連接線路上,以及設(shè)備的前端安裝浪涌保護(hù)區(qū)SPD,防止雷電電磁脈沖對(duì)設(shè)備造成的損害。

        2.6系統(tǒng)采用目前先進(jìn)的光儲(chǔ)微電網(wǎng)設(shè)計(jì),包含智能化的微電網(wǎng)能量管理中心,實(shí)現(xiàn)智能化供電需求,具有如下特點(diǎn):

        該系統(tǒng)有效利用太陽能發(fā)電電力,光伏發(fā)電最大限度邊發(fā)電邊使用,多余的電力才進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)采用目前最先進(jìn)的混合儲(chǔ)能方案,選用鋰電池和鉛酸電池組成混合儲(chǔ)能單元,滿足微電網(wǎng)最佳的控制需求,有效降低微電網(wǎng)中儲(chǔ)能單元成本比例,并且實(shí)現(xiàn)最佳的蓄電池管理,延長蓄電池使用壽命。系統(tǒng)控制部分采用多冗余設(shè)計(jì),保證系統(tǒng)供電可靠性,同時(shí)關(guān)鍵控制設(shè)備均可以停用進(jìn)行檢修而不影響整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)帶載能力強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)超過設(shè)計(jì)負(fù)載供電功率的100%供電能力,同時(shí)系統(tǒng)后續(xù)擴(kuò)容非常方便,只需適當(dāng)增加光伏與儲(chǔ)能容量,不改變?cè)邢到y(tǒng)結(jié)構(gòu),即可以實(shí)現(xiàn)供電能力的提升。

        光伏逆變器采用高效的高頻隔離多路MPPT跟蹤形式,可以實(shí)現(xiàn)單路光伏的MPPT跟蹤,發(fā)電效率更高,同時(shí)可以完全防止匯流箱由于熱斑與遮擋而產(chǎn)生的過熱現(xiàn)象,更穩(wěn)定,更安全可靠。

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