肖釩，肖輝

(國(guó)網(wǎng)黃岡供電公司，湖北 黃岡 438000)

戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電模式淺析

肖釩，肖輝

(國(guó)網(wǎng)黃岡供電公司，湖北 黃岡 438000)

在分析研究了太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，提出了“戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電”模式，指出其具有更大的發(fā)展?jié)摿?，并介紹了這種模式在節(jié)能性、環(huán)保性、穩(wěn)定性以及安全性等方面的突出優(yōu)點(diǎn)。

太陽(yáng)能發(fā)電；分布式；可再生能源

引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，能源與環(huán)境已經(jīng)成為人類生存和發(fā)展需要解決的緊迫課題。太陽(yáng)能作為一種新型的清潔可再生能源，在開發(fā)和利用過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。然而，由于受季節(jié)、氣候，以及地理位置等因素的影響，太陽(yáng)能發(fā)電是不穩(wěn)定的[1]。為了彌補(bǔ)這一缺陷，當(dāng)今使用的是太陽(yáng)能發(fā)電與其他發(fā)電源配合的供電模式。隨著公共電網(wǎng)覆蓋面積的增大，以及太陽(yáng)能開發(fā)和利用力度的增強(qiáng)，我們認(rèn)為：戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電這種供電模式，必將受到更多的關(guān)注。

1 太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景

1954年美國(guó)貝爾研究所的PEARSON等3位科學(xué)家在美國(guó)首次研制成功了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)能電池，從此誕生了將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。隨后日本于1974年開始國(guó)家“Sunshine計(jì)劃”。1990年德國(guó)率先提出并實(shí)施“一千屋頂計(jì)劃”，1997年美國(guó)宣布實(shí)施“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，2000年安裝光伏容量超過(guò)40MW。

進(jìn)入21世紀(jì)的今天，太陽(yáng)能光伏發(fā)電這種新興產(chǎn)業(yè)開始向民用領(lǐng)域滲透，最明顯的是在民用建筑設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用，在船舶、交通樞紐等運(yùn)輸業(yè)中也有應(yīng)用。在化石燃料日趨緊張的今天，太陽(yáng)能資源的開發(fā)利用存在著無(wú)限潛能。根據(jù)歐洲JRC的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)末可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占到60%以上[2]。

2 太陽(yáng)能發(fā)電常用供電模式

2.1 地面大型太陽(yáng)能電站

大型太陽(yáng)能光伏電站的發(fā)電特點(diǎn)：①在發(fā)電側(cè)進(jìn)行并網(wǎng)，而且電流是單方向的，不存在儲(chǔ)能系統(tǒng)；②輸出并入高壓電網(wǎng)(10KV,35KV)；③功率較大，兆瓦級(jí)及以上；④一般距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)；⑤自動(dòng)跟蹤或聚光電池一般都是用在此類電站；⑥太陽(yáng)能光伏陣列的遮擋源主要為云、鳥的排泄物或積雪。

2.2 分布式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)

分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱為分散式發(fā)電系統(tǒng)或分布式供能系統(tǒng)，是指靠近用電現(xiàn)場(chǎng)并且配置容量相對(duì)較小的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，用來(lái)滿足特定用戶的需求，以及支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3]。

分布式太陽(yáng)能得發(fā)電特點(diǎn)：①太陽(yáng)能光伏電源處于用戶側(cè)，可以很大程度上減少對(duì)電網(wǎng)供電的依賴，進(jìn)而減少了電能傳輸與分布的成本和損失；②充分發(fā)揮建筑物表面的優(yōu)勢(shì)，有效減少太陽(yáng)能光伏電站的占地面積；③與智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)設(shè)計(jì)有有效接口，運(yùn)行靈活，在適當(dāng)?shù)臈l件下還可以脫離市政電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。

3 太陽(yáng)能發(fā)電輸出特性

光伏電池的等效模型如圖3.1所示:

圖3.1 光伏電池的等效模型

其中，Ipv為光生電流，Id為等效二極管電流,Rp為并聯(lián)等效電阻(KΩ數(shù)量級(jí))，Rs為串聯(lián)等效電阻(小于1Ω)，U為光伏電池輸出電壓(工作電壓)，I為光伏電池輸出電流(工作電流)，光伏電池的等效伏安特性表達(dá)式為：

(3-1)

其中，Io為二極管反向飽和漏電流(數(shù)量級(jí)為10-4A)，q為電子電荷量(1.6×10-19C)，A為二極管理想?yún)?shù)(當(dāng)T=300K時(shí)，約為2.8)，K為玻爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K)，T為實(shí)際溫度。

4 戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電模式的特點(diǎn)

戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電模式一共有三種工作狀態(tài)：(1)當(dāng)陽(yáng)光充足，太陽(yáng)能發(fā)電功率足夠滿足負(fù)載功耗時(shí)，此時(shí)單獨(dú)由太陽(yáng)能發(fā)電端給負(fù)載供電，市政電網(wǎng)端部輸出能量；(2)當(dāng)太陽(yáng)光不充足時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電功率不足以滿足負(fù)載的功率需求，但同時(shí)仍可以發(fā)出一部分電能，此時(shí)負(fù)載端優(yōu)先使用太陽(yáng)能發(fā)電端的電能，余下不足的部分再由市政電網(wǎng)端來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充；(3)當(dāng)遇上陰雨天，太陽(yáng)能系統(tǒng)不能發(fā)電時(shí)，此時(shí)負(fù)載單獨(dú)由市政電網(wǎng)端供電。而且在供電時(shí)，太陽(yáng)能電網(wǎng)在任何情況下都不會(huì)有能量流向市政電網(wǎng)，只有當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電不能滿足負(fù)載的功耗時(shí)，市政電網(wǎng)作為補(bǔ)充供應(yīng)，這種供電方式的主要特征是：(1)控制器中不包含任何類似蓄電池等儲(chǔ)能裝置，保證太陽(yáng)能電網(wǎng)發(fā)電就地使用；(2)太陽(yáng)能電網(wǎng)發(fā)電的使用，不會(huì)對(duì)市政電網(wǎng)的正常供電產(chǎn)生任何影響；(3)太陽(yáng)能電網(wǎng)發(fā)電不會(huì)向市政電網(wǎng)提供能量，保證太陽(yáng)能電網(wǎng)發(fā)電不向市政電網(wǎng)的功率流動(dòng)；(4)太陽(yáng)能電網(wǎng)發(fā)電作為優(yōu)先電源，市政電網(wǎng)作為補(bǔ)充電源，保證太陽(yáng)能電網(wǎng)發(fā)電高效、優(yōu)先的使用；(5)不僅可以供給交流負(fù)載，還可以供給直流負(fù)載。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電現(xiàn)狀以及目前幾種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)常用供電模式的研究基礎(chǔ)上，提出一種戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電模式。通過(guò)分析認(rèn)為，戶用太陽(yáng)能發(fā)電與市政電網(wǎng)聯(lián)合供電模式適用于中小型戶用用電系統(tǒng)，它大大降低了市政電網(wǎng)的用電負(fù)荷，減少了對(duì)不可再生能源的消耗以及對(duì)環(huán)境的破壞，隨著太陽(yáng)能電網(wǎng)覆蓋面積的擴(kuò)大，其開發(fā)的潛力也將越來(lái)越大。

[1] 朱震宇.國(guó)外太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策借鑒及啟示[J].中國(guó)市場(chǎng),2016(13):76-78．

[2] 王偉，吳犇，金科．太陽(yáng)能光伏/市電聯(lián)合供電系統(tǒng)[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015(10)．

[3] Matthis Brinkhaus,Dieter Jarosch,J?rg Kapischke．All year power supply with off-grid photovoltaic system and clean seasonal power storage[J]．Solar Energy．2014，85：2488-2496．

肖釩(1985.12-)，女，漢族，湖北黃岡人，助理工程師，大學(xué)本科，國(guó)網(wǎng)黃岡供電公司，電力系統(tǒng)市場(chǎng)優(yōu)化與研究。

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1671-1602(2016)24-0018-01