关于太阳能光伏并网发电系统的研究

曾敏

摘要：本文主要从太阳能光伏并网发电系统的研究方面进行论述，介绍了并网发电系统的原理及其组成，也对并网发电系统当前存在的问题进行了介绍，对其未来的发展方向进行了展望。希望能够对太阳能光伏并网发电系统的运作起到一定帮助作用。

关键词：太阳能;光伏;并网发电

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）28-0256-02

太阳能具有没有污染、清洁的重要特性，对太阳能技术的运用，是现代新技术的重点研究方向。通过对太阳能的利用，采用并网发电，已经逐渐成熟，使并网发电的状况得到了改善。近年来，光伏并网发电技术快速发展，将太阳能可再生的特点充分应用，使光伏并网发电结构得到健全，完美展现了太阳能的实际价值。

1 并网发电系统的原理

太阳能光伏发电系统是指利用太阳能电池，实现对太阳辐射的转变，将其转变为电能。太阳能光伏发电系统是一个新型的发电系统，其主要是对太阳光进行转变，使其转变为电能。联网运作及离网运作是该系统的主要运转方式[1]。在光伏电池的两面将电极引出，并将负载接进来，这样光生电流就会通过外部的电路，从而获取一定的输出功率，让太阳能转变成电能得到有效实现。光伏发电系统是一种可再生资源配置，其通过对光伏电池方阵的利用，实现太阳能到电能的转变，并将这种能量存储到蓄电池内或是提供给负载运用。具体的工作方式是：光伏电池组件在白天的时候把太阳能逐渐地转变成电能，其中一些电能为交流或是直流负载提供，剩余的电能将会给蓄电池组充电。当遇上雨天或是在傍晚的时候，光伏电池组件不能工作，蓄电池组就可以为交流或是直流负载提供电能。

2 光伏并网发电系统的组成

2.1 光伏电池板

作为系统的基础单元，当电池阵列接收到太阳光时，光能被电池吸收，并产生光伏效应，这时太阳光就可以顺利地被转变成电能。

2.2 太阳能控制器

非线性是光伏电池阵列的主要特点，为了在不同环境温度与不同日照条件下都能够保证将最大功率输出，通常会将光伏电池最大功率点跟踪控制引进其中。

2.3 DC-AC变换装置

通过对功率器件的关断和导通进行控制，使直流电由低压转变为高压，这样就提供了一定条件给[DC-AC]逆变器[2]。这样在直流输入电压变化较大的时候，可以让平稳高压直流电的输出得到保证，还能够使最大功率跟踪控制作用得以实现。

2.4 逆变器

其主要作用是对蓄电池与光伏电池板提供的电压较低直流电进行转换，将其转换成220伏交流电，使其成为交流负载主要的电力来源。

2.5 储能装置

一些铅酸蓄电池经过并联、串联的形式组合形成蓄电池组，它的容量要和光伏电池阵列的容量相符合。其功能是储存直流电，提供给负载运用。

3 并网发电系统目前存在的问题

因为光伏发电比较容易受到气候因素的影响，并且能量密度相对比较低，并网发电后会影响维护投入成本和电网的安全运行。

3.1 存在诸多影响因素

并网发电会受到很多因素的影响，因此输出功率不平稳。并网发电系统功率不但会受到诸如谐波、光伏电池板是否清洁、逆变器的效率等系统自身设施的影响。一些自然要素也会对其造成影响，如气温、气候、湿度等。由于这些因素的影响，难以保证平稳的电源输送，也会影响电网电压的平稳。基于此点，供电系统需要将备用的发电机组准备好，这样当并网发电系统不能提供电力时，可以保证电力的供应。同时也要将电网发电波动记录工作做到位。

3.2 孤岛效应

将光伏并网发电运用到实际中后，会有孤岛效应的情况发生，孤岛效应是指供电系统在停电发生之后依旧有电，这会威胁到相关工作人员的生命安全。另外，孤岛效应也会破坏用电设施。所以，光伏并网发电系统需要有一种能力，能够检测孤岛效应的发生，一旦孤岛效应被检测到，就要将并网逆变器及时关闭。

3.3 没有方向性保护

在将很多并网发电系统接到供电系统后，将会使短路电流变大，从而造成过流保护不能很好地配合。如果供电网络没有接进光伏并网发电系统，其会呈现辐射状，相应地短路保护没有方向性。并网系统的接进，类似于充当了电源的作用。所以，一定要将具有方向性功能的保护设施安装上，然而过去的熔断器都没有方向性。伴随着并网发电系统的广泛运用，在设计有关系统的时候，也要进行改变。

3.4 产生谐波，影响电能质量

光伏并网发电系统是通过逆变器接进电力网络中的，具有分散电源的作用。在光伏组件的作用下，太阳光被转换为直流电能，再通过逆变器的作用，对直流电能进行转换[3]，使其同电力网络的相位与频率一样。但是这个过程中，会产生很多谐波，影响电能的质量。在太阳能接进电力网络之后，需要检测谐波电流，使其达到国家的相应标准，如果达不到要求，就要将相应的滤波装置安装在电力网络中。

3.5 硅材料冶炼技术不高

冶炼相应的硅材料有一定难度，虽然最近几年新型光伏电池技术方面逐渐提高，但是建立光伏电池对硅片的精度要求很高。因此，就要有很高地冶炼硅片的技术，这就造成了相应方面的成本投入很高。要想减少并网系统的投入成本，就要使光伏电池板材料方面的问题得到解决。

4 未来光伏并网发电发展趋势及重点

4.1 提高光伏电池性能，降低电池芯片生产投入

太阳能光伏发电系统的主要部件是太阳能光伏电池，其主要作用是將太阳光进行转变，使其变为电能。各式硅电池是目前光伏电池的主要形式。在生产加工硅晶体的过程中，会消耗很多的能源，不但使生产投入变得更高，也一定程度影响了环境的保护。衡量光伏电池性能的一个主要标准是光电转换率。从当前的情况来说，具有最高光电转换率的是单晶硅电池，但是其需要较高地生产投入，多晶硅电池的性能与成本投入相对偏低。对于非晶硅薄膜电池而言，其稳定性相对偏差，技术方面还不成熟。最近几年，聚光光伏系统迅速发展，这种技术主要是通过聚集大面积太阳光的方式，将其聚集到很小的面积上，再利用对应性能较高光伏电池的作用，提升光电转换率。但是因为成本投入较高，因此，一直未被普遍应用。要想使光伏发电的功能得到切实发挥，让光伏电池性能得到一定提升，就要解决相应的市场推广问题。

4.2 弱化孤岛效应，保障电网运行安全

因为光伏发电网络的一些特点，在其进行并网之后，会产生孤岛效应，从而影响电网的安全平稳运作。对于这种情况，需要对光伏系统中逆变器的控制与检测作用进行增强，使异常状况可以被及时发现，同时给出相应的反应，从而最大限度地减少负面影响。当前逆变器存在一定的不足之处，主要是不能将意外停电与正常地计划停电分辨出来，这样就造成不能有效实施后面的工作。因此，需要更深入的是逆变器的检测本领提升，通过对频率与电压进行控制，将光伏发电网络同主网并网后的影响减到最低，使電网的安全运作得到保障。

4.3 人工智能与并网系统的结合

在并网系统中运用智能技术是有一定局限性的，并网系统中的控制系统具有十分复杂的特性。当并网系统产生故障的时候，通常是依赖各线路诊断相应地故障，这对规模较大呈分散形式的并网发电系统而言，是极为不利的。但是当前人工智能迅速发展起来，将人机进行结合是一个很好的选择，将计算机效率高的优势充分发挥出来，再结合相关专业人士的经验，实现自动控制。将人工智能技术运用到并网系统中，可以将并网发电系统中电力方面的故障有效排除，再有问题出现，就可以直接进行应对解决，让维修效率得到提升，使维护投入成本得到减少，从而使电网运作的平稳性得到提高。

5 结束语

对于太阳能光伏并网发电技术，正在进行逐渐地研究、运用中，通过对太阳能的有效运用，结合光伏并网发电技术，将太阳能能源进行合理配置，使过去电能供应的压力得到减少。运用光伏并网发电技术，需要对太阳能的长远发展提高重视，使太阳能光伏并网发电技术的运用环境得到改善，从而保证其电力供应的正常运作。

参考文献：

[1] 熊飞.太阳能发电并网系统研究分析[J].科技创新与应用，2015（29）：70.

[2] 贵佳豪，王贵鑫.太阳能光伏并网发电系统应用研究[J].科学技术创新，2018（1）：185-187.

[3] 林勇.太阳能光伏并网发电系统[J].上海电力，2005（1）：49-53.

[4] 于立岩，吴迪迪，满成，等.光伏并网接入配电网的太阳能发电系统设计[J].计算机测量与控制，2018，26（3）：107-111.

[5] 吕二争，吴锋.光伏并网发电系统最大功率点跟踪与仿真参数优化[J].自动化应用，2018（3）：70-72.

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