光伏發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)光電工程學(xué)院太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是將產(chǎn)生的電能輸送到公共電網(wǎng)上。此系統(tǒng)是與公用電網(wǎng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個(gè)小型的發(fā)電廠(chǎng)連接到國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)電方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充，典型特征為一般不需要蓄電池。它主要是由光伏發(fā)電系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)和并網(wǎng)接入系統(tǒng)等三個(gè)部分組成。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行模式是在太陽(yáng)輻射下，光伏陣列輸出的電能，經(jīng)過(guò)直流匯流箱集中送入直流配電柜，并網(wǎng)逆變器并入電網(wǎng)的用戶(hù)側(cè)或配電側(cè)。整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)無(wú)需考慮儲(chǔ)能，在電網(wǎng)的支持下完全達(dá)到電能的最大利用率。在這一過(guò)程中，并網(wǎng)逆變器會(huì)把直流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波交流電接入220V/380V低壓側(cè)電網(wǎng)。如果要接入公共電網(wǎng)，則需要通過(guò)與電站裝機(jī)規(guī)模、電網(wǎng)電壓相匹配的升壓變壓器并入高壓電網(wǎng)。應(yīng)用于光伏地面電站：大規(guī)模集中發(fā)電，經(jīng)逆變器、升壓變壓器后，與公共電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)并網(wǎng)，利用電網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)浇K端用戶(hù)。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于光伏屋頂電站：與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式（BIPV、BAPV），有效利用建筑屋頂，因地制宜應(yīng)用光伏發(fā)電，經(jīng)逆變器就近實(shí)現(xiàn)用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型光伏電站規(guī)?？梢罁?jù)裝機(jī)容量或電壓等級(jí)確定光伏電站的等級(jí)根據(jù)裝機(jī)容量：小規(guī)模（100kW以下）、中規(guī)模（100kW-1MW）、大規(guī)模（1MW-10MW）和超大規(guī)模（10MW以上）。根據(jù)電壓等級(jí)：小型光伏電站——接入電壓等級(jí)為0.4kV低壓電網(wǎng)的光伏電站；中型光伏電站——接入電壓等級(jí)為10-35kV電網(wǎng)的光伏電站；大型光伏電站——接入電壓等級(jí)為66kV及以上電網(wǎng)的光伏電站。大型光伏光伏發(fā)電系統(tǒng)的總效率主要由光伏陣列的效率、逆變器的效率、交流并網(wǎng)效率三部分組成。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)接入三相400V或單相230V低壓配電網(wǎng)，通過(guò)交流配電線(xiàn)路并入用戶(hù)側(cè)或高壓側(cè)。用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否允許通過(guò)公共連接點(diǎn)向公共電網(wǎng)送電，可分為可逆和不可逆兩種接入方式。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能充裕時(shí)，可將剩余電能饋入公共電網(wǎng)，向電網(wǎng)供電（賣(mài)電），當(dāng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)提供的電力不足時(shí)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電（買(mǎi)電）。由于向電網(wǎng)供電時(shí)與電網(wǎng)供電的方向相反，所以稱(chēng)為有逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。對(duì)于可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域的最大負(fù)荷的25%，并需要對(duì)原有的計(jì)量系統(tǒng)改裝為雙向表，以便發(fā)電、用電都能計(jì)量。3.1有逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

有逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般是光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力大于負(fù)載或發(fā)電時(shí)間與負(fù)載用電時(shí)間不相同是采用的一種方案。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量始終小于或等于負(fù)載的用電量，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)供電不足時(shí)，則由公共電網(wǎng)向負(fù)載供電，即光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)形成并聯(lián)向負(fù)載供電，如圖所示。換句話(huà)說(shuō)，不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能只給本地負(fù)荷供電，多余的電需通過(guò)防逆流裝置控制逆變器的發(fā)電功能，不允許通過(guò)配電變壓器向公用電網(wǎng)饋電。由此可見(jiàn)，采用“不可逆流”的并網(wǎng)方式，其電流是單方向的。3.2不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)1.2不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，如果沒(méi)有蓄能裝置，即使由于某種特殊原因產(chǎn)生剩余電能時(shí)，也只能通過(guò)某種方式將其處理或放棄。正是源于它不會(huì)出現(xiàn)向公共電網(wǎng)輸電的情況，故是不可逆流并網(wǎng)型。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)針對(duì)不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的電由本地負(fù)荷消耗，多余的電不允許通過(guò)低壓配電變壓器向上級(jí)電網(wǎng)逆向輸送。為了防止光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆向發(fā)電，系統(tǒng)需要配置一套防逆流裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電變壓器低壓出口側(cè)的電壓、電流信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率（限功率、切斷），從而達(dá)到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的防逆流功能。根據(jù)電網(wǎng)接入點(diǎn)與逆變室位置，決定防逆流裝置網(wǎng)側(cè)電流、電壓采樣和控制部分是否需要分離。一旦發(fā)現(xiàn)向電網(wǎng)輸入能量，會(huì)立即通過(guò)通訊控制逆變器，降低其輸出電流，減小光伏系統(tǒng)發(fā)電功率；當(dāng)出現(xiàn)通訊故障或其它系統(tǒng)故障時(shí)，防逆流裝置會(huì)控制逆變器斷開(kāi)與電網(wǎng)連接，從而徹底停止向電網(wǎng)供電。1.2不可逆流并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)際上是具有自動(dòng)運(yùn)行雙向切換的功能。一是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因多云，陰雨天及自身故障等導(dǎo)致發(fā)電量不足時(shí)，切換器能自動(dòng)切換到電網(wǎng)供電一側(cè)，由電網(wǎng)向負(fù)載供電；二是當(dāng)電網(wǎng)因?yàn)槟撤N原因突然停電時(shí)，光伏系統(tǒng)可以自動(dòng)切換使電網(wǎng)與光伏系統(tǒng)分離，成為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)工作狀態(tài)。有些切換型光伏發(fā)電系統(tǒng)，還可以在需要時(shí)斷開(kāi)為一般負(fù)載的供電，接通對(duì)應(yīng)急負(fù)載的供電。一般切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都帶有儲(chǔ)能裝置。3.3切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有的“發(fā)電載荷的不穩(wěn)定”和“傳輸耗損大”等因素，給電網(wǎng)帶來(lái)難題，并網(wǎng)問(wèn)題已經(jīng)成為光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常是指利用分散式資源，裝機(jī)規(guī)模較小的、布置在用戶(hù)附近的發(fā)電系統(tǒng)。它一般接入低于35千伏或更低電壓等級(jí)的電網(wǎng)。由于太陽(yáng)能資源分布廣泛，晝夜變化大，并不適合集中建設(shè)大型光伏發(fā)電系統(tǒng)，以遠(yuǎn)距離高壓輸電的太陽(yáng)能利用方式并不適合光伏發(fā)電的特點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電分布式的優(yōu)勢(shì)在應(yīng)用中凸顯，應(yīng)以與用戶(hù)用電相結(jié)合的方式安裝光伏系統(tǒng)，低電壓接入配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)就近開(kāi)發(fā)就近利用，相較于集中建設(shè)大型光伏發(fā)電，遠(yuǎn)距離高壓輸電方式而言更為妥善，電力得以就地消納，電量可得到充分利用；不用遠(yuǎn)距離送電，節(jié)省大量投資并可減少大量輸電損耗；電源分散，接入系統(tǒng)電壓等級(jí)很低。所以應(yīng)該大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電。例如：在分布式光伏發(fā)電發(fā)展比較完善的德國(guó)，年光照小時(shí)數(shù)只有1200小時(shí)，而濟(jì)寧地區(qū)的年光照小時(shí)數(shù)達(dá)到了1420小時(shí)，因此在濟(jì)寧等城市可以發(fā)展分布式光伏發(fā)電。2.并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)A、增加輸電導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積有利于減少輸電過(guò)程中的電能損失B、高壓輸電是通過(guò)減小輸電電流來(lái)減小電路的發(fā)熱損耗C、在輸送電壓一定時(shí)，輸送的電功率越大，輸電過(guò)程中的電能損失越小D、高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好例題1如圖所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電。關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是（）分析：遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中的主要能量損耗是輸電導(dǎo)線(xiàn)的發(fā)熱損耗P=I2R，由可以看出，在保證輸電功率的前提下有兩種方式可減小輸電中的能量損失：一是減少輸電線(xiàn)的電阻，由R=ρL/s知，A正確。二是減小輸電電流，B正確。若輸電電壓一定，由P=UI知輸送的電功率越大，輸電電流越大，則輸電中能量損耗P=I2R越大，C錯(cuò)誤。在影響高壓輸電的因素中另一個(gè)重要因素是電暈放電引起的電能損耗，在輸電電壓越高時(shí)，電暈放電引起的電能損失越大，D正確。答案：ABD第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)A.輸送的電壓越高，輸電線(xiàn)路上損失的電壓越大B.輸電線(xiàn)路上損失的電壓與輸送電流成正比C.輸電線(xiàn)路上損失的功率跟輸送電壓的平方成正比D.輸電線(xiàn)路上損失的功率跟輸送電壓的平方成反比例題2某發(fā)電廠(chǎng)通過(guò)遠(yuǎn)距離向某學(xué)校輸電，輸送的電功率為P，當(dāng)輸電線(xiàn)的電阻和輸送的電功率不變時(shí)，則下列說(shuō)法正確的是()分析：輸送的電壓越高，輸送電流越小，輸電線(xiàn)路上損失的電壓IR越小，A錯(cuò)、B對(duì)；輸電線(xiàn)路上損失的功率P=(P/U)2R，故C錯(cuò)、D對(duì)。答案：BD第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)例題2假如規(guī)劃建設(shè)一個(gè)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)所采用的光伏組件效率為13.8%，并網(wǎng)逆變器的最高效率為97%，忽略其它因素的損失。求此并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的最高效率是多少？解：光伏組件效率：η1=0.138離網(wǎng)逆變器效率：η4=0.97故此系統(tǒng)的最高效率：η=η1η2η3η4=0.138×0.97×100%=13.4%第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3分布式并網(wǎng)型與集中式并網(wǎng)型⑴分布式并網(wǎng)型①基本原則：主要基于建筑物表面，就近解決用戶(hù)的用電問(wèn)題，通過(guò)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)供電差額的補(bǔ)償與外送。②優(yōu)點(diǎn)：光伏電源處于用戶(hù)側(cè)，發(fā)電供給當(dāng)?shù)刎?fù)荷，視作負(fù)載，可以有效減少對(duì)電網(wǎng)供電的依賴(lài)，減少線(xiàn)路損耗；充分利用建筑物表面，可以將光伏電池同時(shí)作為建筑材料，有效減少光伏電站的占地面積；與智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)的有效接口，運(yùn)行靈活，適當(dāng)條件下可以脫稿電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。③缺點(diǎn)：配電網(wǎng)中的潮流方向會(huì)適時(shí)變化，逆潮流導(dǎo)致額外損耗，相關(guān)的保護(hù)都需要重新整定，變壓器分接頭需要不斷變換等問(wèn)題；電壓和無(wú)功調(diào)節(jié)的困難，大容量光伏的接入后功率因數(shù)的控制存在技術(shù)型難題，短路電力也將增大；需要在配電網(wǎng)級(jí)的能量管理系統(tǒng)，在大規(guī)模光伏接入的情況下進(jìn)行負(fù)載的同一管理。對(duì)二次設(shè)備和通訊提供了新的要求，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3分布式并網(wǎng)型與集中式并網(wǎng)型⑵集中式并網(wǎng)型①基本原則：充分利用荒漠地區(qū)豐富和相對(duì)穩(wěn)定的太陽(yáng)能資源構(gòu)建大型光伏電站，接入高壓輸電系統(tǒng)供給遠(yuǎn)距離負(fù)荷。②優(yōu)點(diǎn)：由于選址更加靈活，光伏出力穩(wěn)定性有所增加，并且充分利用太陽(yáng)輻射與用電負(fù)荷的正調(diào)峰特性，起到削峰的作用；運(yùn)行方式較為靈活，相對(duì)于分布式光伏可以更方便地進(jìn)行無(wú)功和電壓控制，參加電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)也更容易實(shí)現(xiàn)；建設(shè)周期短，環(huán)境適應(yīng)能了強(qiáng)，不需要水源、燃煤運(yùn)輸?shù)仍媳Ｕ?，運(yùn)行成本低，便于集中管理，受到空間的限制小，可以很容易地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3分布式并網(wǎng)型與集中式并網(wǎng)型⑵集中式并網(wǎng)型③缺點(diǎn)：需要依賴(lài)長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路送電入網(wǎng)，同時(shí)自身也是電網(wǎng)的一個(gè)較大的干擾源，輸電線(xiàn)路的損耗、電壓跌落、無(wú)功補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題將會(huì)凸顯；大容量的光伏電站由多臺(tái)變換裝置組合實(shí)現(xiàn)，這些設(shè)備的協(xié)同工作需要進(jìn)行同一管理，目前這方面技術(shù)尚不成熟；為保證電網(wǎng)安全，大容量的集中式光伏接入需要有LVRT等新的功能，這一技術(shù)往往與孤島存在沖突。第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3.1分布式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案假如設(shè)計(jì)1個(gè)1MWpBIPV并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案，將1MW系統(tǒng)分成4個(gè)250kW的并網(wǎng)發(fā)電單元，通過(guò)4臺(tái)250kW并網(wǎng)逆變器接入0.4kV交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。此類(lèi)電站一般容量較小，采用低壓側(cè)并網(wǎng)方式，自發(fā)自用，光伏電站總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域的最大負(fù)荷的25%。系統(tǒng)原理框圖所示第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3.1分布式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3.1分布式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案設(shè)備配置清單如下序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)數(shù)量1直流防雷匯流箱16臺(tái)2直流配電柜2臺(tái)3并網(wǎng)逆變器4臺(tái)4環(huán)境檢測(cè)儀1臺(tái)5數(shù)據(jù)采集器1臺(tái)6監(jiān)控裝置工控機(jī)1臺(tái)顯示器1臺(tái)監(jiān)控軟件1套第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3.2集中式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案若采用集中式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案，適用于地面光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分塊發(fā)電，集中并網(wǎng)方式。此類(lèi)電站一般采用1MW為一子系統(tǒng)，整個(gè)電站由若干個(gè)1MW子系統(tǒng)組成，每個(gè)1MW子系統(tǒng)輸出經(jīng)匯流后集中并網(wǎng)。每個(gè)1MW子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為2個(gè)500KW并網(wǎng)發(fā)電單元，配置2臺(tái)500KW并網(wǎng)逆變器，不含隔離變壓器，輸出額定電壓為三相270V50Hz；經(jīng)過(guò)1臺(tái)10KV升壓變壓器(0.27/0.27/10KV,1000KVA)接入本地的10KV中壓電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電功能。系統(tǒng)原理框圖所示第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3.2集中式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)3.2分布式并網(wǎng)型的設(shè)計(jì)方案設(shè)備配置清單如下序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)數(shù)量1直流防雷匯流箱16臺(tái)2直流配電柜2臺(tái)3并網(wǎng)逆變器2臺(tái)4環(huán)境檢測(cè)儀1臺(tái)5數(shù)據(jù)采集器1臺(tái)6監(jiān)控裝置工控機(jī)1臺(tái)顯示器1臺(tái)監(jiān)控軟件1套第三節(jié)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)4光伏發(fā)電技術(shù)的幾種形式1、光伏方陣直接帶動(dòng)負(fù)載--光伏水泵。2、光伏離網(wǎng)系統(tǒng)--太陽(yáng)能戶(hù)用系