太陽能光伏發電的設計應用分析

石麗冰

[摘 要]由于城市化的進一步發展和進步，對于傳統能源的過度使用導致了當前國際上普遍出現了能源危機以及環境污染的問題。這些問題隨著時間的推移，逐漸變得越來越突出和嚴重。而太陽能是一種新型的能源，許多國家和地區都在對太陽能進行利用。利用太陽能的光伏發電是當前各個國家的能源項目，能夠實現電能資源的分配與調度，構建更加科學合理的現代化的發電系統和體制。基于此，就要對太陽能的光伏發電情況進行分析，以此來促進光伏產業的發展。

[關鍵詞]光伏發電 太陽能 設計應用

中圖分類號：TU426 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0394-02

一、光伏發電的概念和原理

光伏發電就是能夠利用半導體將太陽光轉換為電能的法術，原理是根據光生伏特的效應。光伏的發電系統主要包括逆變器、太陽能的電池板、控制器等結構部分。在這些組成部分中，太陽能的電池板主要將太陽能轉換為電能，同時它還能夠對電能進行儲存；而控制器則能夠對整個系統進行有效的控制，決定太陽能的電池板以及一些其他的部分能夠有序地進行控制；而逆變器則主要是將在運行過程中產生的直流電轉換成為交流電；而保護裝置則能夠確保系統的安全性[1]。

在白天，太陽能板正常地進行發電的工作，而控制器進行相應地操作和控制來將電能儲存到蓄電池中，在這個過程中，控制器會對逆變器進行相應的操作，以此來給家用電器進行供電的工作；而到了晚上，由于沒有了太陽，太陽能電板就會停止發電，主控制器就要將電能轉換成為交流電，這樣能夠保證給家用電器的供電工作不會受到影響。如果蓄電池中的電量不足或者發電的系統中出現了一定的故障，控制器就會自動切換到電網供電的線路中，這就是光伏發電的整個過程和其中的原理。

二、光伏發電系統的設計方案

通過對供電的環境與設備系統進行升級和改造，光伏發電的系統在結構上具有很多的控制方案來進行選擇。如遠程控制、智能控制等等，根據實際生產的需要來進行方案的選擇，這是設計人員要重點進行解決的問題。在進行光伏發電系統的設計時，要根據不同類型的發電規模，從各個方面來對系統進行操控，從而使得各方面能夠得到優化，提升項目的運行效率[2]。

1.對并網發電系統的設計計算

①發電量以及組件的總功率的計算

光伏發電系統中，其發電量與組件總功率的計算有相應的公式，具體如下：

g——每天的發電量；hI——每個小時的發電量；Pm——光伏組合的總功率；y——單臺機組的發電量；其年平均的量為G=g×365（kWh）。

②并網逆變器的選用

對于并網逆變器的選用，其判斷的標準和要求主要是一下幾個方面：第一，逆變器的額定功率為0.85-1.2Pm；第二，逆變器的最大輸入電流電壓一定要大于光伏方陣空載的電壓；第三，逆變器的輸入直流電壓范圍要大于光伏方陣中的最小電壓；第四，逆變器的最大輸入直流電流大于光伏方陣的短路電流；第五，逆變器的額定輸入直流電壓與光伏方陣的最大功率電壓要保持相等；第六就是額定的輸出電壓與電網的額定電壓也要相同[3]。除此之外，其額定的頻率與電網的頻率、相數與電網的相數也要相同，短路、過壓以及弱壓等保護功能也是并網逆變器應該具備的。

2.光伏組件的方陣設計

對于光伏組件的水平頻角來說，對其能夠產生影響的要素包括發電系統所處的地理位置以及一年中各個季節對電量分配的要求。

①如果該系統所處區域的各個季節電量的要求基本均衡的話，那么可以利用下表來進行組件頻角的選擇工作（表1）。

②具體到我國來說，很多地區的地理位置不同，但是其地質環境比較相似，所以可以選擇緯度加7°的組建水平的傾角。而對于一些條件比較特殊的地區，則要根據不同季節的情況來選擇適合的水平角。

3.光伏方陣的傾角設計

光伏方陣的傾角是影響發電效率的一個重要因素，對于發電量的影響比較大，是區域中發電效率的決定性因素。一般情況下，光伏方陣的朝向應該為北半球，這樣能夠提高光伏發電作業的效率[4]。對發電生產的調度也能夠起到一定的輔助作用，這樣便于實現光伏發電生產的一體化。

三、光伏發電系統的具體應用

光伏發電的項目發展具有很重要的現實意義，國家也比較重視，在這個項目中不斷地進行投資，也出臺了相關的政策起到扶持。這在很大程度上推動了新發電模式的應用，為電力轉型起到了引導的作用。設計的過程就是對光伏發電系統進行總體性的規劃，對于發電的生產模式起到一個調整的作用，從而實現發電系統的可持續性。光伏發電系統在進行設計時，要根據實際的生產平臺來確定應用的形式。

1.交、直流供電系統

由于電流的形式不一樣，光伏發電的系統要考慮到電流之間的轉換，在進行設計時，要更加注重電力調控系統的靈活性，這樣能夠提升發電的效率。交、直流的供電系統具有轉換的作用，能夠在兩種電流之間實時地轉接，這就形成了相對穩定的電力傳輸模式

2.并網系統

在進行并網的布局階段，太陽電池組會對電流的形式造成一些影響，在逆變器進行工作時，城市的電網會形成交流的形式。而并網的系統運行能夠使網絡供電系統形成有效的連接，提升電流轉換的效率。在這個過程中，是將電網的信號直接反饋給調度中心的，直接將電能輸入到電網當中去，這就省去了配置蓄電池的步驟，節省了工作和負擔，同時也能夠降低能量的損耗。

3.混合供電的系統

太陽能光伏系統，除了使用太陽能的電池組件陣列以外，還可以將燃油發電機作為備用的能源來進行使用。而這樣就使得供電系統是混合性的，好處就是能夠綜合兩種能源的優勢，彌補各自的短板和不足[5]。使得可再生能源能夠得到更好地利用。可再生能源具有不穩定性，會不斷地進行變化，所以在進行系統設計時一定要以最少的能量時期來進行。

4.并網混合供電系統

要想發揮光伏系統的最大功能，可以對不同種類型的電網進行綜合性的改造，這是一個比較漫長的組網過程。使用并網混合供電系統，能夠構建出不同的網絡處理方式。并網混合供電的主要特點是組合性，能夠將控制器以及逆變器進行組合，這樣就提升了可調度，使得電能的資源能夠與數字控制協調的運行。

四、某項目中在實際中選用的光伏發電形式

在確定了外部的條件適合采用太陽能光伏發電后，就要對光伏發電系統的細化進行設計，其主要有獨立和并網兩種系統形式。

①獨立運行的光伏發電的系統主要有電池板、控制器、太陽電池方針、逆變器等幾個部分構成的，由于蓄電池是整個系統中不可或缺的一部分，配備蓄電池的成本又比較高，整個系統的成本就比較高，而由于蓄電池是有一定的期限的，廢棄的蓄電池會對環境造成二次的污染。

②而并網型的太陽能光伏電站與獨立性構成部分大部分相同，只是其需要計量電表和連接器。其工作原理就是將太陽能轉換成直流電能，通過逆變器形成交流電，最后將多余的電進行儲存。就當前的大環境來看，該項目采用的是并網型的太陽能光伏發現系統方案。

五、光伏電的發展前景

在當前社會不斷發展惡化變化的過程中，對能源進行戰略性的開發是必不可少的，對于新型發電項目的開發也是必不可缺少的。在對光伏發電項目進行扶持建設的過程中，要對新項目的投入以及產出的效益進行綜合的考慮和分析。在對光伏發電項目進行設計時，要考慮到結構模塊的布局，電池板、控制器、逆變器這些當然是核心的部分，優化軟硬件方面的操控系統，從而使得光伏發電系統更加科學、合理、安全。在當前的時代背景下，許多種光伏電池技術為了取得市場建立優勢，都在爭相地進步和發展[6]。第一代的晶硅電池比較高校，價格也比較低廉，使用相對比較廣泛；而第二代的薄膜電池成本和耗能進一步提升，其發展的前景更加廣闊；第三極短就是新型的太陽能電池，雖然效果要比前兩代好，但是其昂貴的價格使得其市場相對較小，還處于進一步的探索中。光伏電網的發電技術的進一步發展要實現的目標就是在保證穩定性的同時，降低成本，利用光伏發電作為最主要的電源方式，這樣能夠與其他的裝置相互配合，在用戶周圍實現負荷供電。具有標志性的就是微電網能夠脫離主網，也可以與主網進行連接，這樣就減少了太陽光間歇性帶來的不利影響。這種主要適用于成本相對較高的偏遠地區以及對供電要去比較高的用戶來使用。

六、光伏產業的發展建議

1.政府要充分發揮領頭作用，對光伏產業的發展設立專項經費，同時配備相應的優惠政策進行扶持；

2.要在政府的主導下進行多元化的投資，降低光伏產業的投資風險，多方參與，共同制定出完整的產業鏈；

3.在技術上要堅持自主研發，同時不能夠閉門造車，引進先進的技術，建立并完善技術體系；

4.對光伏產業的發展要有合理和現實的規劃，提升相關的標準和要求，從而增強競爭力。

結束語

總而言之，當前的社會形勢，使得能源進行戰略性開發是必要的，進行新型發電項目的研究也是不可或缺的。太陽能光伏發電的綠色和環保，同時太陽能的資源是可以再生的，擁有廣闊的發展前景。政府在進行光伏發電站項目的建設過程中，要對投入以及產出的效益進行綜合性的考慮和分析，對模塊的布局要細致，明確核心，優化軟硬件的配置操控，從而保證太陽能光伏發電系統的安全和穩定。

參考文獻

[1] 趙吳鵬.太陽能光伏發電項目投資風險因素及管理措施研究[J].能源技術與管理，2016，41（2）：152-153，162.

[2] 鄧連棟.太陽能光伏發電在我國的應用價值及相關技術問題[J].中國科技縱橫，2016，（20）：158.

[3] 郭佳佳，呼和，郭繼旺等.太陽能光伏發電并網技術的應用分析[J].科技風，2016，（2）：88.

[4] 左小峰.并網太陽能光伏發電與自動化技術分析及研究[J].中國科技投資，2016，（27）：140.

[5] 金建新，桂林國，何進勤等.基于太陽能光伏發電提水微潤管自動灌溉發展模式[J].節水灌溉，2016，（1）：89-90，94.

[6] 劉晶晶，花燚，廖長榮等.基于單片機的太陽能光伏發電自動跟蹤控制系統設計[J].黑龍江科技信息，2016，（31）：73.