徐振福

（中國中元國際工程有限公司，北京 100089）

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(cè)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(jiǎn)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(chǎng)，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(shì)。

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。

圖1

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10o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。

微電網(wǎng)智能控制與能量管理系統(tǒng)內(nèi)集成了完善的監(jiān)控系統(tǒng)，微電網(wǎng)能量自動(dòng)化管理系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的智能管理、自動(dòng)化運(yùn)行，遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量和維護(hù)成本，幾乎不需特殊操作，對(duì)使用方的技術(shù)能力要求較低，用戶只要負(fù)責(zé)用電即可。

該系統(tǒng)配有智能管理系統(tǒng)，可以根據(jù)負(fù)載的變化，對(duì)逆變器、雙向變流器自動(dòng)調(diào)節(jié)，使光伏儲(chǔ)能交流母線輸出合理的功率與負(fù)載匹配；具備遠(yuǎn)程監(jiān)控模式，即使運(yùn)行人員不在，也可隨時(shí)監(jiān)視檢查各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)可通過互聯(lián)網(wǎng)將全部數(shù)據(jù)上傳。

3 光伏電站系統(tǒng)主要設(shè)備介紹

3.1 太陽電池組件

太陽電池組件是太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的主要部分，也是系統(tǒng)中價(jià)值最高的部件，其作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為直流電能。本項(xiàng)目采用250Wp的晶體硅光伏組件。

3.2 蓄電池組

其主要任務(wù)是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負(fù)載用電?？筛鶕?jù)系統(tǒng)直流電壓等級(jí)的要求來配置蓄電池；本項(xiàng)目采用鉛酸1200AH，2V/只。

3.3 儲(chǔ)能型逆變器

儲(chǔ)能逆變器是微網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，負(fù)責(zé)把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負(fù)荷使用。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運(yùn)行，逆變器的性能指標(biāo)非常重要。SC 系列儲(chǔ)能變流器應(yīng)運(yùn)而生，它能夠應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，是具有一系列的特殊功能，應(yīng)用在儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，適合分布式發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)的并網(wǎng)逆變器SC-50通過三相全橋變換器，實(shí)現(xiàn)整流、逆變。

結(jié)語

針對(duì)非洲電網(wǎng)波動(dòng)比較大的問題，傳統(tǒng)的離網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)都不合適。但小的微網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)確能夠很好的運(yùn)行，無論從系統(tǒng)的穩(wěn)定還是經(jīng)濟(jì)性都是適合受援國實(shí)際情況的，也為以后的中國援外項(xiàng)目的多元化設(shè)計(jì)提供一種可行的思路。

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