光伏電站的關鍵技術應用

田嘉琛

摘 要：為推進分布式發(fā)電發(fā)展，加快可再生能源的開發(fā)利用，提高能源效率，保護生態(tài)環(huán)境，國家發(fā)改委出臺了相關優(yōu)惠政策，文章通過一家電企的實際情況，分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的一般原則和技術要求，并對投資與收益回報關系進行了詳細論證。

關鍵詞：光伏電站；發(fā)電系統(tǒng)；投資與回報

1 概述

光伏建筑一體化是指在不破壞一幢建筑整體架構的基礎上，把太陽能電池組安裝在其外邊并使之產生電力，這樣的方式在歐美、日本等國家已經相當普遍，近年來，在我國的有些地方也得到了一定的推廣，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：

（1）能夠有效地利用建筑的架構來安裝電池組，不必再使用額外的空間。

（2）光伏電池組安裝在屋頂和墻面上能直接吸收太陽能，能讓墻面的溫度和屋頂?shù)臏囟冉档停瑴p少空調負荷。

（3）這些光伏組件可作為裝飾材料，使得建筑外觀悅目，此外還能保溫、防水。

（4）利用太陽能可使光伏電池組及時發(fā)電，即刻使用，不需要額外的輸電線路。就本人實習的電企來講，在保證發(fā)電穩(wěn)定的前提下，利用光、煤互補的方式，降低了提高原煤的需求量，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

（5）利用光伏電池組發(fā)電無噪音、無排放、無燃耗，環(huán)保。

2 工作分析

2.1 資源利用優(yōu)勢

利用該電企一、二期廠房屋頂和儲煤廠房屋頂面積大、無障礙物遮擋的優(yōu)勢，作為太陽能電池板的主要安放地點；該電企廠區(qū)硬件和軟件資源豐富，光、煤互補的方式既可實現(xiàn)穩(wěn)定的供電要求，又能優(yōu)先供電的方式來降低傳統(tǒng)能源的用量，達到節(jié)能減排的目的。

2.2 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)

為了減少光伏電池陣列和蓄電池備用容量和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)建設成本，采用光伏電源和補充性電源、蓄電池協(xié)調供電來滿足負荷用電需求，利用該電企廠用電作為其備用電源。

2.3 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

用戶側并網(wǎng)的方式：現(xiàn)有的并網(wǎng)型光伏屋頂，具有比較相近的拓撲結構，是由光伏電池陣列、并網(wǎng)逆變器和控制器組成的。

電源側并網(wǎng)：電源側直接并網(wǎng)的優(yōu)勢在于根據(jù)國家的相應政策，能最大限度的提高收益率，盡快回收建設成本，在此運用MATLAB和Simulink對光伏電站整流逆變并網(wǎng)環(huán)節(jié)做了仿真。

2.4 光伏系統(tǒng)的交直流供電系統(tǒng)

電能產生部分-太陽電池：太陽電池的種類很多，目前監(jiān)測系統(tǒng)采用較多的是硅晶體太陽電池。若要求太陽電池的面積小而能量多，可采用高效率單晶硅電池；若對太陽電池效率沒有過高的要求，可采用轉換效率中等且價格適中的多晶硅電池；若對系統(tǒng)的室內操作有要求，最宜采用多晶硅太陽電池，太陽電池的使用年限約為25年。

電能存儲部分-蓄電池：蓄電池也是能量供應系統(tǒng)中的重要一環(huán)，它負責在陽光充足的情況下將太陽能產生的多余電能儲存起來，同時在沒有陽光的情況下釋放電能以維持整個傳感系統(tǒng)的正常工作。

過程控制部分-充放電控制器：充放電控制器是控制維護整個系統(tǒng)在正常范圍內工作，在向蓄電池充電的過程中防止過充電、反充電以及溫度保護，在蓄電池向負載放電的過程中防止過放電，并維持一個穩(wěn)定的輸出電壓。

2.5 供電負荷的選擇

負荷的選擇主要受到用電設備功率大小、安全級別及工作時間的限制，根據(jù)用電設備性質的不同分為直流用電設備和交流用電設備，直流母線可以直接向直流LED等照明設備提供電源，而交流用電裝置需要經過逆變裝置，向廠房照明、監(jiān)視系統(tǒng)、部分小功率提水泵等交流設備提供電源。

2.6 接入系統(tǒng)的一般原則和技術要求

分布式電源并網(wǎng)電壓等級可根據(jù)裝機容量進行初步選擇，參考標準如下：8kW（含）以下對應220V的等級、8-400kW對應380V的等級，400-6000kW對應10kV等級，5000-30000kW對應35kV等級，最終并網(wǎng)電壓等級應根據(jù)電網(wǎng)條件、經濟對比來確定。若高、低兩級電壓均具備接入條件，有限采用低電壓等級接入。

2.7 投資與收益回報

收益分為國家補貼、自發(fā)自用抵消的用電費用、脫硫燃煤的收購電價三個部分，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)并入電網(wǎng)的方式，具體分為自發(fā)自用、自發(fā)自用余電上網(wǎng)、全部上網(wǎng)三種。

對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)：按每發(fā)1度補0.42元算，廠用電發(fā)電成本0.34元，補助=P×0.42=2456元，節(jié)省廠用電=P×0.34=1989元，收益=補助+節(jié)省廠用電=4446元，年收益=3275×365=162萬元。

對于用戶側并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：Ⅳ地區(qū)上網(wǎng)電價為1.2元/kWh，補助=（P0-2730）×η×0.75×1.2+2730×0.67×0.42=3618+768=4386元，節(jié)省廠用電=2730×0.67×0.34=622元，收益=補助+節(jié)省廠用電=5008元，年收益=5693×365=183萬元。

對于電源側并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：補助=P×1.2=5264元，節(jié)省廠用電=0元，收益=補助+節(jié)省廠用電=5264元，年收益=5264×365=193萬元，前期投入主要為電池板的投入，大約為1400萬元。

如果全部采用自有資金投入，獨立光伏發(fā)電回收成本需要8.6年時間，用戶側并網(wǎng)發(fā)電需要7.7年時間，電源側并網(wǎng)發(fā)電需要7.2年時間。

3 結束語

綜上所述，對該電企光伏電站的認識有如下三個方面：光伏電站的設計停留在理論和仿真階段，缺乏實際的測試樣品和裝置；要充分考慮逆變與非逆變的效益差異，一般認為紹光伏系統(tǒng)的逆變效率為0.75，實際上光伏逆變系統(tǒng)的效率很低；光伏發(fā)電系統(tǒng)建成后的日長維護問題需要納入考慮之中。