微網光伏電站在援外項目中的應用研究

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是利用太陽電池－半導體材料的光電效應，將太陽光輻射能直接轉換為直流電能的一種新型發電系統。光伏系統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、測試儀表和計算機監控等電子設備和蓄電池以及輔助發電設備。2009年科技部、財政部和國家能源局聯合打造“金太陽工程”，中央財政從可再生能源專項資金中安排一定資金，支持光伏發電技術在各類領域的示范應用及關鍵技術產業化（簡稱金太陽示范工程）。光伏發電不光在國內抄的很熱，同時這股熱潮也涌向了非洲我們的老朋友，由于美國、歐盟對中國光伏產業雙反調查反傾銷案的勝訴，中國政府也不得不尋求新的市場，所以對于在非洲進行光伏電站的推廣也提到政府辦公的正式議程上來。

1.2 太陽能發電系統廣泛的說一般分為離網系統和并網系統兩種方式，離網系統需使用蓄電池作為儲能單元，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為AC220V頻率（50Hz±2%）交流電，通過AC220V交流配電柜輸出配電和后級防雷保護處理后，供負載使用。主要優點是因為有蓄電池儲能，所以即使受天氣、季節的影響較小，但隨之而來的是系統比較龐大，因為要保證負荷的正常運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，其廢棄物又會對自然環境造成二次污染，一般多使用在少電、缺電的地區。所以推廣起來并沒有多少優勢。

1.3 并網發電系統概括的說就是通過并網逆變器將電能送至電網，然后在供給負載，可作為建筑物用電的一個有效的補充，在北京2008年奧運工程中作為“綠色奧運”一大理念被大量采用。直到今天經過大量的推廣使用，技術在國內已經十分成熟。但是在非洲就不太適合，由于當地條件受限，電網運行一般都不夠穩定，電壓的波動超過±20%，并網條件不成熟，我們從失敗的案例中汲取經驗，也協同光伏電站廠家和研究機構尋找解決方案，結合國外的成功案例成功設計并實施了一種新的光伏電站系統，就是本文重點說明的小微網發電系統。并且已經在坦桑尼亞成功實施了援坦桑尼亞達累斯薩拉姆大學大圖書館項目。

圖1

2 光伏電站系統設計

2.1 坦桑尼亞達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℃。該地區全年太陽能日照資源豐富。根據NASA氣象網站查閱，當地的水平面平均日照時間為5.95小時，在光伏組件陣列向北傾斜10o時為最佳傾斜角。有效光照時間長，特別適合光伏電站。光伏電站隨發隨用的效率是最高的可以達到0.75，離網的效率因為要經過逆變，效率一般不會超過0.6，基于這個理論我們的小微網系統，就是把離網系統和并網系統進行有效的整合，通過合理的系統配置盡最大努力提高光伏電站的整體效率。

2.2 本項目在圖書館屋面設置了太陽能電池板，并在圖書館屋頂設置光伏電站機房，建立光、儲微電網獨立供電系統，正常情況，負載由該微電網獨立供電，當出現無日照且蓄電池無電的極端情況下，系統可自動或手動負載供電，為圖書館的閱覽室照明負荷提供電源。

2.3 圖書館閱覽室照明負荷約45kW，同時利用系數約為0.7，供電時間為13小時，估算日用電量為409kW·h，圖書館光伏電站的設計容量為160.00kWp。儲微電網獨立系統的主系統由160kWp的光伏組件、160kW的逆變器、2臺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隨用，并儲存多余的電能以備晚上使用，白天，當光伏電站供電能力良好時，全部負載由光伏電站供電；夜晚，當其供電能力局部下降時，由光伏電站的儲能蓄電池供電，當陰天或夜晚長時間使用時，端電壓下降到0.8Ue時，電源轉換裝置動作，切換到市電供電，當光伏電站供電能力恢復，端電壓上升到0.95Ue后，電源轉換裝置切換到光伏電站供電。

2.5 光伏電站設防直擊雷的外部防雷裝置和防閃電電涌侵入的措施。在建筑物樓頂設置避雷針保護光伏發電電池板不被雷擊毀；在光伏電站發電系統的連接線路上，以及設備的前端安裝浪涌保護區SPD，防止雷電電磁脈沖對設備造成的損害。

2.6 系統采用目前先進的光儲微電網設計，包含智能化的微電網能量管理中心，實現智能化供電需求，具有如下特點：

該系統有效利用太陽能發電電力，光伏發電最大限度邊發電邊使用，多余的電力才進行存儲。系統采用目前最先進的混合儲能方案，選用鋰電池和鉛酸電池組成混合儲能單元，滿足微電網最佳的控制需求，有效降低微電網中儲能單元成本比例，并且實現最佳的蓄電池管理，延長蓄電池使用壽命。系統控制部分采用多冗余設計，保證系統供電可靠性，同時關鍵控制設備均可以停用進行檢修而不影響整個供電系統的正常運行。系統帶載能力強，可以實現超過設計負載供電功率的100%供電能力，同時系統后續擴容非常方便，只需適當增加光伏與儲能容量，不改變原有系統結構，即可以實現供電能力的提升。

光伏逆變器采用高效的高頻隔離多路MPPT跟蹤形式，可以實現單路光伏的MPPT跟蹤，發電效率更高，同時可以完全防止匯流箱由于熱斑與遮擋而產生的過熱現象，更穩定，更安全可靠。

微電網智能控制與能量管理系統內集成了完善的監控系統，微電網能量自動化管理系統。可以實現對系統的智能管理、自動化運行，遠程監控，減少系統的維護工作量和維護成本，幾乎不需特殊操作，對使用方的技術能力要求較低，用戶只要負責用電即可。

該系統配有智能管理系統，可以根據負載的變化，對逆變器、雙向變流器自動調節，使光伏儲能交流母線輸出合理的功率與負載匹配；具備遠程監控模式，即使運行人員不在，也可隨時監視檢查各種設備的運行狀態，同時可通過互聯網將全部數據上傳。

3 光伏電站系統主要設備介紹

3.1 太陽電池組件

太陽電池組件是太陽能離網發電系統中的主要部分，也是系統中價值最高的部件，其作用是將太陽的輻射能量轉換為直流電能。本項目采用250Wp的晶體硅光伏組件。

3.2 蓄電池組

其主要任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。可根據系統直流電壓等級的要求來配置蓄電池；本項目采用鉛酸1200AH，2V/只。

3.3 儲能型逆變器

儲能逆變器是微網型太陽能發電系統的核心部件之一，負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。為了提高光伏發電系統的整體性能，保證電站的長期穩定運行，逆變器的性能指標非常重要。SC 系列儲能變流器應運而生，它能夠應用在不同的場合，是具有一系列的特殊功能，應用在儲能環節，適合分布式發電系統建設的并網逆變器SC-50通過三相全橋變換器，實現整流、逆變。

結語

針對非洲電網波動比較大的問題，傳統的離網光伏電站系統和并網光伏電站系統都不合適。但小的微網光伏電站系統確能夠很好的運行，無論從系統的穩定還是經濟性都是適合受援國實際情況的，也為以后的中國援外項目的多元化設計提供一種可行的思路。

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