電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用

胡昕卓 范珈銘 劉振水

摘要：開發綠色能源，實現綠色建設，是現階段國家發展的重要戰略目標。光伏發電，是一種可再生的綠色清潔能源，能有效緩解我國在經濟建設中的能源匱乏問題。簡單來說，光伏發電就是將太陽能轉化成電力，方便人們的生產生活。光伏發電與煤炭發電不同，光伏發電不會產生垃圾、有毒物，不會出現資源浪費，且是取之不盡，用之不竭的。而電氣自動化能夠有效提高太陽能利用效率，通過對電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用研究，解決我國在資源配置方面遇到的各種問題。

關鍵詞：太陽能;電氣自動化;光伏發電

一、太陽能光伏發電的原理與特性

1.1太陽能光伏發電的原理

太陽能光伏發電的原理是太陽能電池具有光生伏打效應，這種效應可以把散射輻射、反射輻射和直接輻射等形式的太陽輻射能轉化成電能，從而完成發電。具體分析光生伏打效應就是物體內的電荷在物體受到光照時會改變分布狀態，產生電流和電動勢。半導體的PN節在受到來自太陽光的刺激后能夠在兩側產生電壓中。

太陽能光伏系統的組成主要包括充放電控制器、蓄電池、逆變器、電池組件、監測儀表和其他蓄能和輔助發電設備，根據使用的環境不同，主要可以分為三大類，分別應用在偏遠山區的離網光伏發電系統、并網光伏發電系統和十分靈活的混合系統。

1.2太陽能光伏發電的特性

太陽能光伏發電的優點有很多：①太陽能是來自人類賴以生存的太陽，這種能源取之不盡、用之不竭，因此能源市場的變動對于太陽能光伏發電來說不會產生負面影響;②因為太陽能來自太陽，而世界各：地各個角落都會接受到太陽光的照射，這樣偏遠山區不再受地域限制，電能輸送過程中的損失能夠彌補且發電過程沒有燃料的成本;③太陽能光伏發電大部分的方式都是處于靜止狀態，不存在運動部件，因此設備的使用壽命很長且維修簡單;④太陽能光伏發電十分清潔，不會有噪音、有毒氣體和廢棄物出現;⑤在我國大部分地區的太陽能發電板都是設置在屋頂，這有效減少了占地面積。

在太陽能光伏發電給人類帶來巨大便捷的同時也存在一-些使用缺點：①地球的公轉使得存在春夏秋冬四個季節，在這四個季節內，地球表面接收到來自太陽光的輻射程度不同，會對發電量產生一定的影響;②太陽能光伏發電系統的建設成本是比較高的，要保證其安全性和穩定性，投資較高也限制了其應用范圍的擴大。

二、電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用

2.1在光伏建筑及水泵系統中的應用

太陽能的光伏發電系統需要一定的光伏建筑和水泵電力系統，利用電氣自動化技術可以在第一時間發現故障，保障系統的安全性。具體來說，在光伏建筑和水泵系統的通信手段和監控軟件系統中，利用電氣自動化的故障識別優勢，在集熱太陽能電池板發生異常狀況時，及時識別并做出反應，確保光伏發電的安全性。在太陽能光伏發電中，光伏建筑和水泵系統的通信方式主要包括串口、通用分組無線服務技術、北斗無線通信等。發電所需的太陽能電池板數量很多，電氣自動化技術可以對電池板的運行發電情況進行監控，也能對通信系統的安全連接進行監控管理，因此，電氣自動化能夠識別出其中存在的異常，并在故障發生的第一時間反饋信息，保障發電的基礎穩定性。

2.2在光伏發電系統直流逆變中的應用

為了適應現代化電力事業發展的需要，我國的光伏發電從直流電轉變成為交流電，通過電氣自動化技術來實現電流輸電方式的徹底轉變。太陽能光伏發電的核心是在特定的技術系統結構中將太陽能轉化成電能，需要特定的光伏陣列、充電放點控制器以及蓄電池中的逆變器等來實現能量的轉化，變成可以被輸電發送的電力能源。整個技術運行系統具有復雜性，因此，離不開電氣自動化技術，利用電氣自動化就可以確保各個器具、連接系統等實現高效運轉，在將直流電轉變為交流電的同時，將電能高效、快速地輸送到各個電力電網系統中，真正實現太陽能光伏發電的目標。

2.3在光伏發電并網系統中的應用

太陽能光伏發電產生的電能最終被社會生產、生活使用，并網系統是其中的關鍵形式。如果是獨立的光伏發電，那么除了要實現太陽能與電能的轉化以外，還需要進行電能的存儲，給整個系統帶來極大的負擔。因此，利用并網系統將光伏發電產生的電能輸送到我國的國家電網系統中，就是將光伏發電與國家電網之間實現“并網”。在并網系統中，只有采用科學、合理的分配發電模式，才能保證電能不會對電網造成破壞性的沖擊。利用電氣自動化技術可以實現系統的自動智能化發電，即在同期點兩側中的電氣量檢測中使用電氣自動化技術，并對同期并列的電氣量數值信息進行分析，能夠對數據傳輸產生的“時間差”進行判斷，從而自動控制光伏發電中的合閘頻率和時間，保證實現并網的同時，也不會對發電設備產生沖擊性影響。

2.4在光伏發電無功補償控制中的應用

在太陽能光伏發電系統中，設備一般屬于元器件，即電子元器件。在現有的技術水平下，電子元器件的特點是在設備系統啟動時產生一定的諧波，從而對系統的穩定性造成沖擊，比如，造成電壓過高或電壓過低等問題，影響太陽能光伏發電的整體系統運行。此外，電子元器件還可能會產生無功率的損耗問題，也影響了電能的產出效率。利用電氣自動化技術可以解決該問題，即利用電氣自動化對無功需求量進行分析、判定，進而利用自動控制技術將功能損耗控制在系統允許的范圍內，就能有效保障電壓的穩定性。可以看出，電氣自動化能夠實現無功補償控制的功能，解決無功損耗的問題，維系光伏發電系統的穩定性。

三、電氣自動化在太陽能光伏發電的發展趨勢

我國幅員遼闊，這就為太陽能光伏發電的發展奠定了堅實的基礎。太陽能光伏發電的具有良好的發展前景，通過電氣自動化在太陽能發電領域的應用，就在一定程度上增加了太陽能發電系統的穩定性與可靠性，并且可以有效地降低人力的投入，對太陽能光伏發電的生產以及傳送過程進行監督與控制。目前，我國百分之八十的電力能源都是火電廠提供的，由于設備的構造以及材料的不同，使得火電廠在運行的過程中，熱能回收出現差異的現象，熱能回收率較低會對社會經濟的發展造成一定的影響。另外，站在環境保護的角度上，電力系統未來的發展方向一定會注重光伏發電、風力發電以及水能發電等清潔可再生能源上。

四、結語

綜上所述，當前電氣自動化技術在太陽能光伏發電中的應用效果已經得到了充分的認可與肯定，相信伴隨著電氣自動化技術的不斷創新和升級，電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用范圍將會越來越廣泛，應用效果也會越來越理想。

參考文獻：

[1]方剛劍.太陽能光伏發電技術及其應用探討[J].智能城市，2019（11）：81-82.

[2]王維利.全球太陽能光伏政策研究及其產業發展趨勢[J].化學試劑，2018（12）：1152-1156.

[3]陸鎮華.電氣自動化技術在變電站中的應用[J].中國新技術新產品，2018（1）：10-11.

[4]姚遙.工業電氣自動化及其在生產中的應用探討[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2019（13）：155-155.