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        光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分析

        2020-05-09 10:22:18王玄偉徐振虎
        關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電

        王玄偉 徐振虎

        摘 ? 要:伴隨我國電力及布網(wǎng)發(fā)展不斷提速,光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)作為現(xiàn)階段我國優(yōu)化電網(wǎng)布局及降低消耗的重要方式,其重要性不言而喻。通過近年來大多研究發(fā)現(xiàn),光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的科學(xué)性與創(chuàng)新性對(duì)降低電能消耗、優(yōu)化電量供應(yīng)影響頗大。本次研究將對(duì)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析,為下一步工作開展提供依據(jù)參考。

        關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電 ?并網(wǎng)技術(shù) ?優(yōu)化電量

        中圖分類號(hào):TM612 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào):1674-098X(2020)01(a)-0050-02

        “并網(wǎng)技術(shù)”是當(dāng)下影響我國電力發(fā)展及能源轉(zhuǎn)換的重要模式之一,具有較大的意義和影響。然而現(xiàn)階段有關(guān)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)研究相對(duì)較少,基于該問題現(xiàn)狀,要求用行之有效的方法對(duì)其進(jìn)行分析研究,如光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)、用電負(fù)荷分析(以某寫字樓為實(shí)際案例)、光伏組件設(shè)計(jì)選型等,本次研究對(duì)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析,有十分重要的理論意義。

        1 ?光伏發(fā)電概述

        隨著我國能源開發(fā)及節(jié)耗工作順利開展,電能作為當(dāng)下重要的清潔能源能源。對(duì)人們正常的工作學(xué)習(xí)、生活生產(chǎn)發(fā)揮著極為重要的作用。伴隨科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新,“光伏發(fā)電”應(yīng)運(yùn)而生。光伏發(fā)電不是單一片面的簡單流程,而是需要對(duì)其進(jìn)行更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。光伏發(fā)電主要是指通過光電效應(yīng),將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)過程。在該轉(zhuǎn)換過程中主要是通過光伏組件完成,其后通過逆變器進(jìn)行整流逆變,最后介入其電網(wǎng)、負(fù)荷當(dāng)中。其中,太陽能電池陳列在其作用發(fā)揮與功能體現(xiàn)方面較為明顯,也是該系統(tǒng)的主要能源核心元件之一。高效的逆變器將光伏電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為符合電網(wǎng)及電氣設(shè)備要求的交流電,MBBT的跟蹤應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了綜合轉(zhuǎn)化效率的最大化??刂破髦饕?fù)責(zé)對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行有效控制、調(diào)度等。蓄電池主要負(fù)責(zé)對(duì)電能進(jìn)行及時(shí)存儲(chǔ),根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行負(fù)載供電。因此,從光伏發(fā)電的原理及層面角度來看,各系統(tǒng)配置及組件間具有較好的協(xié)同及控制關(guān)系。通過分析后發(fā)現(xiàn),光伏電池組件的輸出方式主要為非線性模式,具有一定的恒壓源特征[1]。

        2 ?并網(wǎng)技術(shù)分析

        經(jīng)過多年發(fā)展,并網(wǎng)技術(shù)主要有兩種分類方法,一種是分為有逆流并網(wǎng)和無逆流并網(wǎng)技術(shù),另一種分為集中并網(wǎng)和分布式并網(wǎng)技術(shù)。

        有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),該并網(wǎng)系統(tǒng)主要以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為主要核心,其并網(wǎng)方式下,當(dāng)其電能處于充裕情況下,可對(duì)其剩余電能進(jìn)行有效利用,將其并入到公共電網(wǎng)當(dāng)中,而當(dāng)其太陽能出現(xiàn)供電不足時(shí),可以實(shí)現(xiàn)電能向負(fù)載供電方式轉(zhuǎn)變。

        無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),該并網(wǎng)系統(tǒng)也是與上述系統(tǒng)不同之處在于其獨(dú)立性,通常不會(huì)向其公共電網(wǎng)進(jìn)行供電,而當(dāng)其太陽能光伏系統(tǒng)出現(xiàn)供電含量不足的情況后,公共電網(wǎng)會(huì)及時(shí)對(duì)其負(fù)載進(jìn)行供電。無逆流的光伏發(fā)電系統(tǒng)加裝了防逆流裝置,光伏系統(tǒng)發(fā)出來的電用戶自己用不完,只能選擇關(guān)掉一部分光伏發(fā)電裝置,多余的電不能上傳電網(wǎng)。但如果用戶的光伏發(fā)電供應(yīng)不足時(shí),電網(wǎng)的電是可以隨時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來的,所以,這種方案的光伏并網(wǎng)在計(jì)算安裝多大功率時(shí),是寧愿只安裝總負(fù)載的80%左右的功率。

        此外,切換型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及帶儲(chǔ)能型光伏發(fā)電系統(tǒng)是在上述兩種并網(wǎng)類型基礎(chǔ)上的創(chuàng)新性應(yīng)用。

        集中并網(wǎng)技術(shù),該并網(wǎng)技術(shù)是將所產(chǎn)生的電能直接被其電網(wǎng)進(jìn)行利用,大電網(wǎng)在對(duì)其用戶進(jìn)行供電過程中主要以統(tǒng)一協(xié)同為主。其特點(diǎn)為單向電力交換。集中并網(wǎng)技術(shù)主要適用于相對(duì)大型光伏電站的并網(wǎng)活動(dòng),且離負(fù)荷點(diǎn)距離相對(duì)較遠(yuǎn),通過分析該方式主要適用于容量相對(duì)較大的光伏電站并網(wǎng)采納??紤]土地高效利用的因素,這類電站已大量應(yīng)用于荒漠、山地、平原、水面等場景。

        分散并網(wǎng)技術(shù),該該技術(shù)也稱其為“分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)”。該技術(shù)是指將所產(chǎn)生及傳輸?shù)碾娔茉谟秒娯?fù)載上進(jìn)行直接配置、規(guī)劃,而對(duì)其不足及多余電量主要采用聯(lián)通大電網(wǎng)形式進(jìn)行有效調(diào)整。其特點(diǎn)為電力交換方式為雙向模式。且較為適用于小規(guī)模、且小范圍光伏發(fā)電系統(tǒng)。此類電站與電力用戶結(jié)合緊密,多應(yīng)用于工廠車間屋面,商業(yè)建筑外墻,互補(bǔ)農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等,具有創(chuàng)新性強(qiáng)、靈活簡單易于開發(fā)建設(shè)等特點(diǎn)。本文案例主要選擇分散并網(wǎng)技術(shù)。

        3 ?分布式發(fā)電系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案

        3.1 光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

        通過對(duì)相關(guān)資料整理分析后發(fā)現(xiàn),光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為并網(wǎng)型、離網(wǎng)型兩種。其中,能夠與其公共電網(wǎng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的稱其為并網(wǎng)類型。其可以進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行并與其電網(wǎng)不發(fā)生關(guān)聯(lián)關(guān)系的為離網(wǎng)類型。離網(wǎng)類型系統(tǒng)主要適用于較為偏遠(yuǎn)地域、地區(qū),且該地區(qū)范圍中必須不具備公共電網(wǎng)系統(tǒng)。離網(wǎng)類型系統(tǒng)對(duì)其儲(chǔ)能設(shè)備的要求相對(duì)較高。并網(wǎng)類型系統(tǒng)恰恰與離網(wǎng)類型系統(tǒng)相反,往往建設(shè)在離公共電網(wǎng)較近的地區(qū),并公共電網(wǎng)具有一定的依賴性。并網(wǎng)類型系統(tǒng)的最大功能是可以實(shí)現(xiàn)其光能的轉(zhuǎn)變及并入,將光伏電能并入到電網(wǎng)中去,使公共電網(wǎng)系統(tǒng)可以獲取大量電能。且對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的依賴性相對(duì)較低。該系統(tǒng)主要選擇并網(wǎng)類型光伏發(fā)電設(shè)備,其具體運(yùn)行模式如下:第一、該系統(tǒng)白天可以通過太陽能電池板進(jìn)行快速發(fā)電,為周邊建筑及區(qū)域進(jìn)行及時(shí)供電。當(dāng)其供電量過?;虺湓r(shí),進(jìn)行自主型充電,主要以蓄電池組充電為主。待其蓄電池組充滿后將其剩余電能進(jìn)行電網(wǎng)輸送。待其天氣不好,如陰雨、無光等情況下在有其蓄電池組進(jìn)行電能供應(yīng),一旦出現(xiàn)不足情況則由電網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)供電。第二、在夜間無光情況下,太陽能板無法進(jìn)行運(yùn)行工作,此時(shí)則由蓄電池組進(jìn)行相應(yīng)供電,如不足后則由公共電網(wǎng)進(jìn)行供電[2]。

        3.2 用電負(fù)荷分析以某寫字樓為實(shí)際案例

        在用電負(fù)荷分析方面,以某寫字樓為實(shí)際案例。通過對(duì)案例進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),某寫字樓負(fù)荷大致可概括5大類,主要包括:日常照明、辦公電腦、室內(nèi)加熱、運(yùn)行空調(diào)、相關(guān)設(shè)備應(yīng)用等。且每個(gè)獨(dú)立的辦公室具備12個(gè)60W類型電燈。且每日工作運(yùn)行時(shí)間為14h。該辦公環(huán)境中共40臺(tái)180W電腦設(shè)備,且每日工作運(yùn)行8h。同時(shí),每個(gè)樓層具備4臺(tái)10kW加熱水器,且每日工運(yùn)行作4h。另外,每個(gè)辦公室內(nèi)還1臺(tái),為2kW。在其夏季6~8月中每日運(yùn)行工作時(shí)間為12h。其他相關(guān)設(shè)備6kW,且每日運(yùn)行工作2h。通過對(duì)該寫字樓統(tǒng)計(jì)后得出,其每層樓總計(jì)為50間辦公室,其總共層數(shù)為7層。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),主要負(fù)責(zé)該寫字樓日常照明及工作用電,其最大負(fù)荷為98kW,統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn),其日最大消耗用電量為1160kWh?;诖爽F(xiàn)狀,本次研究主要采用90kW負(fù)荷、且日均用電量為900kWh當(dāng)做本次研究參照,即發(fā)電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。

        3.3 光伏組件設(shè)計(jì)選型

        經(jīng)過全面分析后,對(duì)控制成本及優(yōu)化效率等方面進(jìn)行綜合考量,根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際需求與情況,對(duì)屋頂光伏系統(tǒng)選擇用戶側(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4]。從有效規(guī)避光伏組件之間可能出現(xiàn)相互遮擋角度出發(fā)。在對(duì)其方陣設(shè)計(jì)中一定要計(jì)算方陣之間存在的最小距離值。該項(xiàng)目寫字樓房屋頂部頂為水平面結(jié)構(gòu)模式,其設(shè)計(jì)方陣主要為正南方向,在安裝方式選擇中主要以“固定式支架傾斜”為主[3]。通過對(duì)最佳傾角進(jìn)行計(jì)算后,其設(shè)計(jì)傾角數(shù)值為40°。且該光伏組件平面的輻射量最大值為1830kWh/m4。且按照最佳距離對(duì)其進(jìn)行計(jì)算,得出其組件長度數(shù)值為1750mm,且最佳傾角值為40°。通過對(duì)周邊區(qū)域調(diào)查分析后,發(fā)現(xiàn)周圍無相關(guān)建筑物遮擋情況,根據(jù)最小間距計(jì)算步驟,其方陣間距設(shè)置為3.6m。

        同時(shí),按照該寫字樓實(shí)際需求,將其安裝光伏陣列具體位置主要分為A、B、C、D,即4區(qū)域劃分。且適用于光伏陣列安裝總面積為350m2。結(jié)合4區(qū)域劃分的具體寬度與最小間距,且A、B、C三個(gè)區(qū)域都可以安裝4排每排28個(gè)共82個(gè)光伏組件方陣[5]。而D區(qū)域安裝設(shè)計(jì)為4排每排35個(gè)共120個(gè)光伏組件。同時(shí),該并網(wǎng)光伏逆變器設(shè)計(jì)額定容量在與光伏發(fā)電體系的總裝機(jī)容量,即二者之間的并網(wǎng)之比稱其為“額定容量比”,該范圍應(yīng)設(shè)置為0.9~1.4之間。這樣才能保證更為科學(xué)的匹配度,進(jìn)而減少了逆變所產(chǎn)生的損失。在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,選擇組串逆變?cè)O(shè)計(jì)方法。且屋頂A、B、C光伏方陣相同,并裝機(jī)容量數(shù)值設(shè)計(jì)為36.15kWh,選擇15臺(tái)小型組串并網(wǎng)逆變器。且該項(xiàng)目屋頂中的D區(qū)域裝機(jī)容量設(shè)置為46.4kWh,并選擇10臺(tái)并網(wǎng)逆變器[6]。

        4 ?結(jié)語

        綜上所述,通過對(duì)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析,主要包括:光伏發(fā)電概述、分布式發(fā)電系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案,其包括光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)、用電負(fù)荷分析以某寫字樓為實(shí)際案例、光伏組件設(shè)計(jì)選型等,從多方面、多角度對(duì)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行闡明,為下一步工作開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn)

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        [2] 尹雁和,陳俊杜,江賽標(biāo),等.分布式光伏發(fā)電非專線并網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].電工電氣,2019,253(1):76-77.

        [3] 張雪珍.現(xiàn)代分布式光伏電站并網(wǎng)技術(shù)方案研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2019(3):110-111,122.

        [4] 喬永力,徐紅偉,孫堅(jiān).家庭并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真研究與分析[J].電源技術(shù),2019,43(1):139-141.

        [5] 唐一銘,顧文,莫菲,等.大型并網(wǎng)光伏電站有功功率控制策略與試驗(yàn)分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2019,19(11):153-160.

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