并网型光伏发电系统的技术发展

《并网型光伏发电系统的技术发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《并网型光伏发电系统的技术发展（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 并网、微网、智能网、 全球联网前言 太阳能巨大，太阳还可以“燃烧”800亿年。向太阳索取电能是工业化发展到今天、大量化石能源被消耗且面临枯竭的必然趋势。太阳能光伏发电（以下 把光伏发电简称为PV）技术是人类向太阳索取电能的重要途径。晶体硅电池、非晶硅电池、化合物电池、染料敏化电池等亮相自身特点和优势的舞台 就是太阳能PV系统。 并网型太阳能光伏发电系统 太阳能PV系统的应用主要分为空间和地面两大类，就系统 而言又可分为PV离网系统（Off-Grid System 或Stand- Alone System）和PV并网系统（On-Grid System 或 Connected-Grid Syst

2、em），并且随着科技和时代的发展 又衍生出多种形式。太阳电池发的电是直流，通过控制逆 变装置变换成交流，经过相位整合后同电网的交流电合起 来使用。采用这种形态的PV系统就是PV并网系统。PV并 网供电形式是PV系统技术的主流发展趋势。系统技术日益 完善，系统形式也越来越多样化。目前有无蓄电池无逆流 （即不向电网倒送电）系统、有蓄电池无逆流系统、无蓄 电池有逆流系统（PV系统剩余电力向电网输送，由电力部 门回购），随着技术进步，今后将发展微网系统、智能电 网系统和全球PV供电系统。无蓄电池无逆流供电系统 无蓄电池无逆流供电系统主要由太阳电池方阵和并网逆变 器组成。无逆流系统是指PV系统的功率始终

3、小于或等于负 载，不存在剩余电力，电力不够时由电网提供，也即PV系 统与电网形成并联向负载供电。由于不会出现PV系统向电 网输电的现象，因此称为无逆流。对于无蓄电池无逆流系 统，即使PV系统因某种原因（比如负载侧某用电器停止用 电等）产生剩余电力时也只能通过某种手段放弃，比如部 分切断或全部切断太阳电池方阵的直流输出。这种系统对 充分利用PV设备不利，因此应用较少。 无蓄电池无逆流供电系统原理图 有蓄电池无逆流供电系统 有蓄电池无逆流供电系统主要由太阳电池阵列、蓄电池组 和带有充放电控制及电源自动切换装置的控制逆变器组成 。PV系统的发电量受气象影响很大，且白昼发电，晚间不 发电，用户要获得稳

4、定的电力供应并在用电时间段方面不 受限制，可以采用适量的蓄电池蓄电。对于无逆流供电系 统，在负载侧负荷下降、PV侧电力剩余的情况下，蓄电池 可以贮存剩余的PV系统电能，在PV系统电力供应不足时 释放，起到调衡系统供电的作用。另外可通过控制系统限 制电网向蓄电池充电。这种带有蓄电池的无逆流供电系统 仍然是PV系统与电网形成并联向负载供电，并且设计上往 往考虑太阳能发电系统优先供电，在蓄电池电压下降到一 定值时供电系统将自动切换到商业电网。事实上，这种供 电系统可以视作是在有电网地区对离网系统的优化。有蓄电池无逆流供电系统原理图 工程范例：上海市卢湾区复兴公园公厕 PV供电系统供电方式：有蓄电池无

5、逆流PV系统与商业电网并联供电 系统主体设备：太阳电池方阵 170W6块1020W ； 蓄电池 200Ah12V4个控制逆变器(含充放电控制) 1台无蓄电池有逆流供电系统 PV系统剩余电力可以向电网倒送的系统称为有逆流供电系统。有逆流 供电系统主要由太阳电池方阵、并网逆变器组成，系统规模较大的情 况下还要追加一些必要的配套设备，如直流控制装置、交流控制装置 及升压系统等。系统的用户在电力使用上可通过电网来调节，PV系统 有剩余电力时向电网发送电力，电力不足时从电网输入电力，因此大 多数系统不配备蓄电池。有逆流供电系统小到kW级的家庭PV系统， 大到MW级、10MW级乃至将来用于沙漠发电的GW级

6、PV系统，大小 不一，灵活多变，但是系统的基本构成相差不大。根据就近接入的电 网电压高低可以分为低压并网系统和高压并网系统，前者的特点在于 PV系统发的电直接被分配到住宅内或区域内的用电负载上，多余或不 足的电力通过所连接的低压电网来调节，系统效率和电能使用效率较 高；后者的特点在于PV系统发的电直接通过升压系统被输送到高压电 网上，由高压电网把电力统一分配到各个用电单位，由于PV系统所发 电力到达负载前要经过升压和降压两道口子，电能使用效率会下降一 些。通常家庭PV系统和几十千瓦级的办公楼PV系统都采用低压并网 方式，以发挥小型PV系统就地发电就地使用的特点。对于百千瓦级以 上的大系统，通常

7、多数采用高压并网方式，由于要追加升压装置和完 善接入系统，工程设计会稍微复杂一些。总的来说有逆流供电系统结 构简洁，故障率低，维护简单，系统效率高。 无蓄电池有逆流供电系统原理图（低压 并网方式）日本的家用PV并网供电系统结构和原理工程范例：上海市闵行区3kW家用PV供 电系统 供电方式：无 蓄电池有逆流 PV系统与商业 电网低压并网 供电 系统主体设备 ：太阳电池方 阵 136W22块 2992W 并网逆变器 2.5kW1台 建筑一体化光伏技术 随着太阳能发电市场的迅猛发展和城市化进程的推进 ，太阳能发电与建筑的结合越来越受到人们的重视。 事实上，在各国政府提出屋顶太阳能发电计划的同时 ，太

8、阳能工程师们就开始考虑能使环境优美、居住舒 适的建筑一体化光伏（Building Integrated PhotoVoltaicBIPV）技术了。 BIPV技术是大规模应用太阳能的需要，也是人类就近 利用太阳能这一最终唯一安全可靠能源的最好方式。 把太阳能同生态结合起来、把几千年来房屋只是人类 居住、遮风挡雨、避寒暑、娱乐的简单建筑发展成独 立能源、自我循环式的新型建筑，这也是人类进步和 社会、科学技术发展的必然。工程范例：上海电力学院南汇校区学生 多功能生态活动中心BIPV供电系统 供电方式：无蓄 电池有逆流PV 系统与商业电网 低压并网供电 系统主体设备： 太阳电池方阵 185W54块 9

9、.99kW 并网逆变器 2.8kW3台 大型屋顶PV系统 在大城市里推广PV系统技术，占用宝贵的绿化地和公园用 地等显然是不合理的。解决安装场地的最好办法就是除了 利用住宅区建筑之外，还可以利用大量的办公大楼安装太 阳电池。国家电网浙江省电力公司生产调度大楼太阳能光 伏发电系统就是一个应用典范。该系统由太阳电池方阵（ 总容量为244.11kW）、直流汇流装置、交直流控制装置 、并网逆变器、交流升压装置及输电设备（电缆、桥架等 ）构成，采用高压并网方式，由交流升压装置把逆变器输 出的400V三相交流电升压至10kV后再接入当地公共电网 ，由高压电网把电力统一分配到各个用电单位。工程范例：浙江省电

10、力公司250kW太阳能 屋顶并网光伏电站示范工程 供电方式：无蓄 电池有逆流PV 系统与商业电网 高压（ 400V10kV） 并网供电 系统主体设备： 太阳电池方阵 270W16块/串 48串 207.36kW 175W15块/串 14串 36.75kW直流汇流箱 8 台交直流组合柜 3 台 并网逆变器 50kW1台100kW2台升压变压器 400kVA1台 MW级工程范例：盐城阜宁3MW屋顶光 伏发电系统 供电方式：无蓄 电池有逆流PV 系统与商业电网 高压（ 400V10kV） 并网供电 系统主体设备： 太阳电池方阵用12664块多晶 硅光伏组件组成 6个子系统总功率3MW 并网逆变中压变

11、 压器 500kVA6台 工程范例：徐州协鑫20MW光伏电站 供电方式：无蓄电 池有逆流PV系统 与商业电网高压（ 400V10kV11 0kV）并网供电 系统主体设备：太 阳电池方阵用98684块多晶硅 光伏组件组成38 个子系统总功率20MW 并网逆变中压变压 器 500kVA38台高压变压器 20MVA1台 工程范例：上海世博会3MW屋顶光伏发 电系统 供电方式：无蓄 电池有逆流PV 系统与商业电网 高压（ 400V10kV） 并网供电 系统主体设备： 太阳电池方阵 总功率3MW 并网逆变器 500kW1台250kW1台 100kW18台 50kW3台 5kW25台 升压变压器 1250

12、kVA1台 1600kVA1台 微网系统 微网系统（Micro-Grid）是一种独立性很强的分散型电源网络 ，是解决上述问题的新一代电网技术。该系统是由太阳能光 伏发电、风力发电、小水力发电、生物质发电、燃气发电或 柴油发电、燃料电池、蓄电池组等任意组合起来，再加入计 量和控制装置，自成系统，独立于大电网或间歇与大电网连 接，不需要长距离输电线（电缆）和架空铁塔等大型设备， 投资省，不需要大规模投资，也解决了远距离运输大型设备 的成本，尤其可以解决大型发电设备运往岛屿和山区的困难 。由于其自我调衡，因此能把可再生能源发电对大电网的扰 动减少到最低程度，还能改善家庭太阳能发电系统从发电、 用电到

13、蓄电的效率。它还是解决无法实施大型火力或核能发 电的小国、岛国、穷困地区日常用电的最佳方案。该技术目 前尚处于研究和完善阶段，但可以预期其进入实际应用将为 期不远。微网系统的典型构成及原理 智能电网系统 智能电网（Smart-grid）的提出并非偶然，是有多种原因的， 其中很重要的因素就是分散型的可再生能源（太阳能、风能 、生物质能等）电力的大量应用和上网造成电网管理日益复 杂和困难，且势头已不可逆转，需要改革传统的管理方式， 运用现代高科技来调控和管理。作为大规模接纳可再生能源 电力的电网技术必须做到对频率和电压波动的抑制，同时维 持和提高电力质量，并提高电力的使用效率。其主要手段是 在微网

14、供配电技术基础上借助通信网络（移动通信、无线通 信等）来把握安装有PV系统的家庭、办公楼等用电户与发电 厂之间供需电情况，进行远距离监测和控制。可以说智能电 网是利用微网技术和IT技术形成的新一代电网。据资料称，日 本搞智能电网技术研究的科技人员中有70%来自于IT行业，这 足以说明IT技术与智能电网技术的密切关系。发挥IT在快速准 确传递信息方面的技术特点，在国家一级的广大区域内实时 掌控电力使用状况和发电状况，进行电力需求调整，包括对 PV电力和风电等不稳定电力进行调控。智能电网概念图 智能电网的基本构成 全球PV供电系统 全球PV供电系统是一种理想的光伏电力资源的共 享网络，利用世界各地

15、的沙漠和缺水的干旱地区进 行大规模太阳能发电，远距离输电线路全部采用超 导电缆，并把各国的国家电网连接起来，形成一个 超级PV供配电系统。就全球而言，这个PV系统总 在工作，美国白天PV系统的过剩电力可以送往正 处于晚间的中国，反之亦然。 全球PV供电系统概念图 结束语 从200年前的工业革命开始，人类在大规模开发利用 矿物能源的过程中，既获得了电动机械、高速交通工 具、成千上万种家电和霓虹闪烁的夜生活带来的享受 ，也饱受了煤炭石油造成的无情污染和气候变化之苦 ，并且每时每刻都把自己置身于切尔诺贝利核电泄露 事件那样的威胁之下。到如今，连这种乐中带苦的“享 受”也难以为继了，我们无法得知矿物能源枯竭的那一 天何时到来，但是人类已经感觉到这种威胁的日益逼 近。随着时代的进步和科技的发展，大规模利用PV技 术进行太阳能发电已经蓬勃兴起，也许清洁、无污染 、永不枯竭的太阳能才能真正地让人类从此走上一条 可持续发展之路。 谢谢 各位专家!