鐘 斌

（云南大唐國(guó)際賓川新能源有限責(zé)任公司，云南 大理 671000）

近年來(lái)石化能源的緊缺以及核電能源的限用， 促進(jìn)了太陽(yáng)能資源在人類社會(huì)中的使用。 新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)正是對(duì)太陽(yáng)能資源進(jìn)行利用的供電系統(tǒng)之一， 相比于傳統(tǒng)的市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)， 其具有更加穩(wěn)定的工作性能，可以使光伏系統(tǒng)中的蓄電池得到充分的養(yǎng)護(hù)，繼而達(dá)到降低供電成本投資的效果。

1 新型市電互補(bǔ)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

新型市電互補(bǔ)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是集合物理知識(shí)與化學(xué)知識(shí)為一體的交叉科學(xué)技術(shù)， 涉及到的科學(xué)知識(shí)包括化學(xué)學(xué)科中的量子力學(xué)、 電化學(xué)以及物理學(xué)科中的半導(dǎo)體物理、電力電子現(xiàn)代技術(shù)、光電子技術(shù)以及物理中最新的控制理論等[1]。 新型市電互補(bǔ)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市供電中的應(yīng)用不僅會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益， 同時(shí)也對(duì)一個(gè)國(guó)家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值進(jìn)步以及促進(jìn)國(guó)家政治結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起到十分積極的作用。

1.1 新型市電互補(bǔ)太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理

物理學(xué)中的光生伏特效應(yīng)是新型市電互補(bǔ)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理，該原理也可簡(jiǎn)稱為“光伏效應(yīng)”。 該原理的實(shí)現(xiàn)過(guò)程大致為，由硅質(zhì)材料制成的太陽(yáng)能電池晶片pn 結(jié)面受到光照以后，太陽(yáng)光子會(huì)滲入到系統(tǒng)半導(dǎo)體的內(nèi)部，并在太陽(yáng)能電池晶片pn 結(jié)面的兩邊產(chǎn)生電子-空穴對(duì)[2]。 在此之后，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在太陽(yáng)能電池晶片pn 結(jié)面內(nèi)的電流磁場(chǎng)的作用下，其n 型半導(dǎo)體的電子空穴向p 型半導(dǎo)體區(qū)域移動(dòng)。 而在此過(guò)程中，p 型半導(dǎo)體區(qū)域的電勢(shì)將升高，n 型半導(dǎo)體區(qū)域的電勢(shì)將降低，繼而在太陽(yáng)能光伏發(fā)電電池兩端形成電勢(shì)差。 在按該原理運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中， 將其電池與外部電路進(jìn)行連接，那么外接電路將會(huì)產(chǎn)生負(fù)載電流。

1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為并網(wǎng)系統(tǒng)和離網(wǎng)系統(tǒng)兩種， 其中離網(wǎng)系統(tǒng)通常是在市電使用不方便或應(yīng)用設(shè)備對(duì)環(huán)保有一定要求時(shí)選用， 其又分為獨(dú)立型光伏系統(tǒng)以及市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)[3]。

獨(dú)立型光伏系統(tǒng)在我國(guó)多用于野外供電及海島供電等， 其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于需要考慮陽(yáng)光照射短暫季節(jié)及陰雨天的問(wèn)題， 故需要設(shè)計(jì)出大量的太陽(yáng)能光伏電池組件及太陽(yáng)能蓄電池組。

市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于可以自動(dòng)切換獨(dú)立的光伏系統(tǒng)電源與城市電源。 在市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)中次要的直流負(fù)載供電穩(wěn)定性會(huì)受到陽(yáng)光的日照時(shí)間限制，故該系統(tǒng)中主要的供電負(fù)載交流負(fù)載供電由于是城市電源備用的保障而得到很大的提高。 其中所包含的太陽(yáng)能蓄電池組的備用天數(shù)可以適當(dāng)?shù)乜s短， 這樣可減少供電工程項(xiàng)目的造價(jià)， 更有利于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。

2 新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 市電供電系統(tǒng)構(gòu)成

城市的供電系統(tǒng)通常是由直流配電屏和開(kāi)關(guān)整流器組成，開(kāi)關(guān)整流器主要是由供電輸入整流濾波電路、供電功率因數(shù)矯正電路、供電PWM 變頻逆變電路以及供電輸出整流濾波電路構(gòu)成[4]。 為了保證城市供電系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)整流器可靠供電， 通常采用N+1 的系統(tǒng)流程模塊進(jìn)行冗余系統(tǒng)的連接。 這種做法可以確保系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)某一模塊發(fā)生故障時(shí)，其余模塊仍能夠輸出足夠的電力功率。

2.2 新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)

2.2.1 新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 其必須滿足和實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)功能。 首先，新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)在供電過(guò)程中， 必須保證系統(tǒng)中的交流負(fù)載和直流負(fù)載母線供電不間斷。 其次， 能夠進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)及關(guān)閉活動(dòng)。 最后，新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)在供電過(guò)程中，必須能夠?qū)μ?yáng)能光伏系統(tǒng)中的蓄電池電量及光伏發(fā)電情況進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)。 在發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池電量不足或光伏發(fā)電不穩(wěn)定時(shí)， 該系統(tǒng)能夠?qū)⑻?yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)裝換成城市供電系統(tǒng)， 并對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池組及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和蓄電。 在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電陣列時(shí)， 還需要對(duì)架設(shè)設(shè)備的屋頂或房間的承載能力進(jìn)行預(yù)估。

在對(duì)新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的蓄電池容量進(jìn)行估算， 并根據(jù)其容量選定蓄電池組中所需要包含的電池?cái)?shù)量。 蓄電池容量 的 估 算 公 式 為1517Ah，其中蓄電池的單體應(yīng)選擇為24V，200Ah。

在對(duì)新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)中的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其蓄電池電壓應(yīng)為216V， 蓄電池組的總功率應(yīng)為30kW。在系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)其最大的充入及放出電流量應(yīng)為90A。

2.2.2 新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用意義

相比于傳統(tǒng)的市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)， 新型系統(tǒng)的應(yīng)用節(jié)約了城市供電系統(tǒng)建設(shè)和使用維修過(guò)程中的人力、物力和財(cái)力， 是離網(wǎng)光伏系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活應(yīng)用中降低供電成本的一項(xiàng)重要舉措。

首先，新型系統(tǒng)采用的是雙向的供電逆變器，這樣的設(shè)計(jì)可以改善傳統(tǒng)供電過(guò)程中的不穩(wěn)定性。 在光伏發(fā)電不足的情況下， 可以自動(dòng)將負(fù)載電源調(diào)換到城市供電電源， 并由系統(tǒng)中所運(yùn)用的雙向供電逆變器對(duì)直流負(fù)載進(jìn)行直接供電， 繼而使供電時(shí)的直流負(fù)載和交流負(fù)載同時(shí)得到保障。

其次，新型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以在保障供電交流負(fù)載安全的同時(shí)， 由雙向供電逆變器向直流負(fù)載及太陽(yáng)能蓄電池組供電， 這樣可以在極大程度上減少太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的蓄電池組數(shù)量及備用天數(shù)， 繼而從根本上節(jié)約系統(tǒng)供電成本。

最后，新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以利用城市供電對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中的蓄電池組自動(dòng)補(bǔ)充電量和進(jìn)行養(yǎng)護(hù)， 這樣可延長(zhǎng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中蓄電池組的使用壽命，降低蓄電池組中電池的更換次數(shù)，降低其使用成本。 具體的新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)流程圖如下。

圖1 新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)流程圖

3 結(jié)論

綜上所述，太陽(yáng)能作為世界能源中最大的綠色能源，是促進(jìn)我國(guó)能源變革的強(qiáng)有力的保證。 在世界十大光伏能源用電市場(chǎng)中，我國(guó)是唯一處于世界“陽(yáng)光地帶”的國(guó)家，經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的變革與發(fā)展，我國(guó)也已經(jīng)具備了大規(guī)模發(fā)展光伏發(fā)電的能力。 而隨著新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)在人們生活中的不斷應(yīng)用， 傳統(tǒng)市電光伏互補(bǔ)系統(tǒng)中蓄電池更換次數(shù)頻繁這一問(wèn)題得到改善， 繼而從根本上促進(jìn)我國(guó)國(guó)民用電的低碳與環(huán)保。

［1］朱德志，張春仙.新型市電互補(bǔ)光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.鎮(zhèn)江高專學(xué)報(bào)，2014，02（14）:54-56.

［2］孟昭淵，高鵬.太陽(yáng)能路燈的設(shè)置需要因地制宜——淺析太陽(yáng)能光伏電力與市電互補(bǔ)道路照明 ［J］. 中國(guó)照明電器，2010，05（27）:15-20.

［3］周青， 曾玉. 光伏專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式探析［J］.職業(yè)技術(shù)教育，2012，10（26）:31-34.

［4］張禮聯(lián)，謝敬仁.太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在通信供電中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2012，06（01）:655-660.