太陽能光伏發電并網技術的應用

葉暖平

【摘要】 本文主要對光伏并網發電技術進行了分析和研究。論文首先介紹了太陽能發電的意義以及光伏并網發電在國內外的應用現狀。其次，對太陽能發電系統的特性和基本原理分別做了具體分析，并對系統各組成部分的功能進行了簡單的介紹。最后，闡述了光伏并網中通過逆變器進行光伏并網發電系統的設計方案。

【關鍵詞】 能源 太陽能 光伏并網 逆變器

進入21世紀，能源問題已經成為關系到人類生存和發展的首要問題，太陽能的利用近年來已經逐漸成為新能源領域中開發利用水平最高、最成熟，應用最廣泛的能源，尤其在遠離電網的偏遠地區應用更為廣泛。離網與并網這兩種工作的方式是屬于光伏發電。以前，因為太陽能電池過高的成本費用，單靠光伏用來發電大部分都用于比較落后的無電的地方，從行政村中以戶用的中小型個體系統比較多，都是離網型的家庭用戶。從近幾年來看，市場上的光伏電產業有了非常大的改變，由一些偏遠的農村地方開始向一些城市地區合并起來發電、用光伏發電的建設加快向集成邁進，而太陽能資源也成為全球性的“可再生能源”角色。

一、概括

早在80年代初期光伏合并網就已經開始，有很多國家都做出了很大的貢獻，例如意大利、日本、德國和美國這些國家，并且由當時的理解，并且大多都是大型光伏合并網型電站，規模形式也是從1MW和100KW不等，并且都是由政府部門投資的用來試驗的電站。研究結果也是在一些技術方面取得成功，但是有一些經濟性內容不是十分的讓人稱贊，原因是由于一些由太陽能資源的成本費用高，雖然屬于可再生能源，帶來環境方面的效益，但是太陽能發電的昂貴費用難以被電力方面的公司納用。到90年代后，一些發達的國外有更好的技術，從而帶來了光伏合并網模式的探究高潮，然而，這一次探究的重點并沒有圍繞光伏合并電站的建造，轉而更加發展“屋頂的光伏電站系統”因為，人們想利用房頂的空地來安裝太陽能，既能更好的吸收太陽，更好的利用能量中密度比較低的優點，而且具有經濟性與方便靈活性特點，與光伏發電相比太陽能源更有利于廣泛普及和保護能源的有效安全利用，因此應當得到各個地方的重視。

二、太陽能光伏發電系統組成

太陽能光伏發電系統主要包括：太陽能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用電負載等。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。太陽能光伏發電系統的組成如圖1所示。

用太陽作為能源來發電這一系統有獨立的系統和用交流電與網絡的聯系模式系統兩大類別組成。獨立的系統有太陽作為可再生能源發電的根本的系統形式。同時又被叫做太陽能資源的原型模式。這種模式較多被與市區離得較遠的地方，例如坐落于海上的燈塔、漂浮著的浮標與山頂上的無線接收電臺等，都可以作為供電的電源。

與電網（系統）聯系系統的構造如圖2所示。該系統的特點是當太陽能電池陣列發出的電功率超過負荷需要時，可以通過自動控制輸向交流市電電網，即向電力公司賣出電力。從電力系統的術語來說，稱為“逆潮流”運行或通俗地稱為“賣電”。反之，對電力公司來說正常運行是向用戶供電，稱為“正潮流”。系統聯系型太陽能發電系統的優點是，當陰雨天氣或夜間太陽能發電量不足時，可以通過系統聯系直接向市電電網買電。系統聯系系統的另一重要優點是可以取消蓄電池，使成本降低，且加強了供電的穩定性和可靠性。

三、光伏并網逆變器的研究現狀及方向

光伏并電系統中的逆變器是很重要的一個部件，因為逆變器可以把直流電轉換成交流電，可以決定輸出兩種電流成波形以及是否提高系統之間的效率。在逆變器中最常用的拓撲結構式全橋的結構，所以為了減少光伏并網系統的費用，現在又一部分國家都在盡最大能力的探索提高逆變器的效率，就當前在國際上有一部分知名企業的逆變器的機器效率已經上升為93%～95%。

光伏合并網系統逆變器有下列五個特點：

l、并網型系統的逆變器是由正弦波為輸出方式。普遍情況下可以使用脈帶協調方法或者是“偽正弦”方法，因為這些辦法可以使許多負載的用戶得到滿足，一定程度還可以對諧波進行負載等特殊情況要求，一般促進輸出的波形有好的質量是靠變壓器或者是電感等方法，但是一定程度上會帶來動態較差和效率的低下，并且其造價較高，系統比較笨重等缺點。現在一些外國的合并電網的條形規定里指出逆變器的波形不僅要有很好的動態特點，其中總諧波的因數不能大于5%，并且每一次的諧波都不能大于3%。

2、并網型系統的逆變器具有降低輕載和空載損耗的優點，同時提高了機器轉化的效率。例如ADVANCED ENERGY Inc.中的MM-5000，這種產品的空載逆變器中的損耗是小于20W，最大逆變器的效率抵94%以上，而在剛輸出的時候效率為90%，一半的額定輸出的時候為92 %

3、并網型系統的逆變器應該具備較高的可靠性；

4、并網型系統的逆變器中的功率包含的因數應與1接近；

5、并網型系統的逆變器要包括電網中電壓的跌落、頻率的故障、輸入超過電壓、電壓缺少、輸入與輸出過流、反接的故障、風扇冷卻的故障和獨自在島效應等多種保護措施。

現在國外的并網系統逆變器成為一種相比較下來在市場里成熟的產品，像歐洲的光伏合并網中逆變器產業市場里有simens，SMA，Sputnik，Fronius和Sun Power等眾多公司中產品具有市場化特點，在其中SMA具有一半的產業市場的份額。

然而在我國，利用光伏開發電資源相關的起步較晚，一些研究探索技術也比較落后，一些著名大學像上海交大，燕山大學，安徽合肥工業大學針對能源探究所和中科院研究中心對官府逆變器有一些相關研究。另外還有安徽合肥陽光有限公司與北京索英電氣有限公司與山東皇明太陽能有限公司也開始進行探索，其中前面的兩家有限公司還推出一些關于逆變器相關產品。

并網型光伏電系統在我國目前還沒有開始形成像一些商業化的產品運行，而現在都是一些被稱為模范型工程的光伏發電工程正在進行，其中逆變器的科技還大部分是靠合作與進口取得，促使整個系統的造價成本費用高，進行大規模的實施非常困難。

在并網型逆變器中也會有很多損耗，其中像在開關小器件中損耗、對電路控制的損耗、變壓器的隔離中間的損耗還有濾波器、電容和電感的損耗，然而損耗占最大的是開關器件，在開關中的損耗主要是開通與斷開損耗和在開通狀態下的損耗以及對二極管逆向的損耗恢復。

由IGBT作為例子，在初級的電流時I=52A電壓U=520V，功率P0=11kW工作時的頻率f=20kHz作為前提條件下預算得到的數據：

開通時候的損耗是：P1=12W；斷開時候的損耗是：P2=56.6W；得出使用時候的損耗是：P3=53.8W。

由此可以看出若想減少開關的損耗，要在一定程度上提高逆變器的使用效率。

當今提升逆變器的效率可以用這幾種措施：應用軟件開發技術、提高逆變器相關結構和改良操控方法。

四、統領上文

就目前來說，用太陽作為能源的地區還僅僅占初級的時段，但是若用太陽能資源發電更健康長久的發展，要提前做好以下內容：1.繼續研究開發用太陽能來作為電池里的新材料，加快太陽能電池光纖電轉化的效率，2.探究用太陽作為資源的電池提高功率的跟蹤計算方法，從而實現太陽能資源的跟蹤功率；3開發光伏和太陽能資源的結合算法，有利于實現光伏能源和太陽能的效率高的組合；4.為了降低光伏對一些電網有沖擊，進行開發太陽能和光伏的并網科技；5.研究并發掘建筑與太陽能源光伏電的有效結合，達到建筑進行自我的供電與綠色能源發電；6.為了更好的可持續的利用太陽能資源產業，研究并制定保護這一寶貴資源的相關法律政策，對太陽能資源進行保護。

參考文獻：

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