光伏发电技术在变电站中的应用

光伏发电技术在变电站中的应用

王志娟胡双双

（海宁市高级技工学校浙江海宁314400）

摘要：随着全球电能需求不断攀升，以及煤炭、石油、天然气等不可再生能源的日益减少，大力发展可再生清洁能源成为了世界各国的共同选择。大力发展太阳能光伏发电不但可以最大的节约能源消耗、保护环境，有效推进绿色电力的发展，而且能够减少各地区资源、环境、经济发展之间的矛盾冲突。

关键词：光伏发电技术；变电站；应用研究

一、光伏发电技术的基本原理及其系统容量计量方式概述

（一）光伏发电技术的基本原理分析

在各类型科技快速发展的氛围中，光伏发电技术涌现出来，借助光伏组件的合理布置，提升了我国变电站系统的运作效能。从理论上来看，太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又可称其为“光伏电池”。鉴于太阳能光伏发电技术是利用太阳电池半导体材料而产生的光伏效应，在将太阳能转换为电能的过程中，无需燃料，也不污染环境，其未来的发展空间巨大。从具体的技术理论内容来剖析，光伏电池是以半导体P-N结上接受太阳光照而产生的伏特效应为基础，进而直接将光能转换为电能的能量转换器。光伏发电技术的基本原理可以由如下的几点内容来表述：首先，当太阳照射到半导体表面时，半导体内部的“N区”和“P区”中原子的价电子受到了太阳光子的强烈冲击，这样便可以通过光辐射来获取到能量；接下来，在能量的持续注入的情况下，脱离“共价键”的束缚从“价带”激发到“导带”，这样一来，便可以令半导体材料内部所产生的电子处于非平衡状态，这就促动光伏发电系统的运作，这便是光伏发电技术的基本原理。

（二）光伏发电系统的容量计量方式研究

实质上，一个具备一定规模的智能化变电站需要在众多的光伏电池组的辅助下完成发电任务，诸多小的太阳能光伏电池便是电池组的重要构成部分，通过将这些光伏电池以串联、并联的方式组合起来，进而形成光伏电池组的形式来为整个变电站系统输送电能。从具体的光伏发电系统的容量计算方式来看，需要凭借一些常用的公式来进行科学化的容量计量。其中，太阳电池组件的数量计算、光伏组件方阵布置的最小间距计算等数据的计量十分重要。

二、光伏发电技术在我国智能化变电站中的实际应用

（一）应用实例

A地区处于热带地区，日照时间长，可利用太阳能资源丰富，满足建设太阳能光伏电站所需要的自然条件。以110千伏某站为例，可用于光伏组件阵列的面积约为198平方米以上，主控楼楼顶面积约为1123平方米，邻近没有高层建筑遮挡，适合建设太阳能光伏电站。

（二）系统设计

1.系统工作原理

光伏发电系统由光伏电池阵列、汇流箱、逆变器和配电柜等几个主要部分组成，通常还包括数据采集系统、数据交换、运行显示和监控设备等。光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的“光伏效应”，将辐射的太阳能直接转换为电能。

2.并网运行方式

光伏发电系统在变电站并网运行的思路为：将太阳能电池阵列所发出的直流电通过逆变器转变成交流电能输送到站用380V母线上，与站用变压器配合，供给站用的动力、照明等负荷，满足站用负荷较高的供电可靠性的要求。没有太阳能辐照到光伏电池阵列的时段，站用负荷完全由站用变压器供电；有太阳能辐照到光伏电池阵列的时段，站用负荷由站用变压器和光伏发电系统并网共同供电。因此，光伏发电系统的作用是作为站用变压器的补充电源。光伏发电系统并网发电方式无需配置蓄电池，无需进行储能，相比较而言，并网发电较便宜，而且完全无污染。

3.系统方案配置及设备选型

按照经济、实用性原则，10kWp光伏电站，可选用1台10kW逆变器。光伏组件可选用目前主流大容量多晶硅组件，如280Wp组件。1套10kWp光伏系统采用280Wp组件18串2并1套，共计36块组件，装机容量10.08kWp，配10kW逆变器1台。

（1）电池组件选型

在电池组件设计选型上，采用高光电转换效率的多晶硅太阳能电池组件。①电池组件的功率/面积比为144W/m2，单块峰值功率为280Wp。在标准条件下，太阳电池组件的实际输出功率满足标称功率范围内。太阳电池硅片的转换率达到16%以上。②组件使用寿命达到25年以上，组件使用10年输出功率衰减不超过10%，组件使用25年输出功率衰减不超过20%。③太阳能电池组件强度测试，应满足IEC61215光伏电池的测试标准中钢球坠落实验的测试要求。④组件防护等级不低于IP65。⑤连接盒的电气连接应满足IEC标准，快速接插具备工业防水耐温，电缆具备防紫外线阻燃。⑥组件的封层中没有气泡或脱层在某一片电池与组件边缘形成一个通路，气泡或脱层的几何尺寸和个数符合规范规定。⑦组件采用EVA、玻璃等层压封装，EVA交联度>65%，EVA与玻璃的剥离强度>30N/cm2。EVA与组件背板剥离强度>15N/cm2。⑧光伏电池采光面有较好的自洁能力，其表面抗腐蚀、抗磨损能力满足国标要求。

（2）并网逆变器选型

为保证转换效率始终工作在最佳状态，在选型上采用具有MPPT功率跟踪方式功能的逆变器。当日照强度、环境温度等环境参数变化时，光伏电池的输出电压和电流在伏安特性上呈非线性变化时，其输出功率也随之改变。逆变器可以调节光伏组件的发电电流与电压，通过这种调节，能使整个光伏系统始终保持在最大功率输出。同时逆变器内置电网保护装置，逆变器需具有同期控制功能，实时采集外部电网的电压幅值和相位数据，通过闭环控制，使得系统输出电压幅值和相位与外部电网同步；并网柜配有过载及短路保护断路器，若要严格控制太阳能光伏发电系统不将多余电能反送至外部电网，可通过逆功率保护装置来实现。

4.组件方阵的安装

为了保证系统有足够高的效率，电池组件必须按一定的倾角安装。

5.防雷与接地

太阳能光伏系统中的支架、电池组件边框以及连接件均是金属制品，每个电池组件子方阵形成等电位体，所有电池组件子方阵之间都要进行等电位连接并与接地网就近可靠连接，各连接点的连接电阻小于4Ω，并且接地网的制作应符合国家相关规范要求。

6.监控系统

监控系统可采集直流侧电压、电流，电网各相电压、电流，光伏并网系统的每日发电量、总发电量等，采集系统专门负责采集环境温度、辐照度、风向、风速、组件温度等相关气象数据。监测工作站的液晶显示器实时显示光伏并网系统的工作状态以及进行集中监控。同时系统采用的监控系统具有普遍的系统兼容性，可以和其他类监控系统共用。

三、总结

总之，伴随着全球能源危机的日益严峻，加大清洁能源的开发力度已经迫在眉睫。太阳能资源是一种可再生的清洁能源，通过太阳能实现发电功能，不仅能够切实降低能源消耗，确保供电的稳定性和可靠性，还能实现环境的最佳保护。因此大力研究河推广光伏发电技术是业界人士的重要职责所在。

参考文献

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