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    太陽能光伏并網發電原理組成以及對電網的影響

    2020-06-19 17:26:26

    光伏發電系統

    一、光伏發電的基本原理

    1.太陽能光伏發電系統的組成

    太陽能光伏發電系統主要由太陽能光伏電池組件、光伏系統控制器、蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。其中的核心元件是光伏電池組件和控制器。各部件在系統中的作用是:

    光伏電池:將太陽能光能量轉化為直流電能?! ?/span>

    控制器:作用于整個系統的運行過程控制,控制蓄電池過沖過放。光伏發電系統中使用的控制器類型很多,如2點式控制器,多路順序控制器、智能控制器、大功率跟蹤充電控制器等,我國目前使用的大都是簡單設計的控制器,智能型控制器僅用于通信系統和較大型的光伏電站?! ?/span>

    蓄電池:蓄電池是光伏發電系統中的關鍵部件,用于存儲從光伏電池轉換來的電能。目前我國還沒有用于光伏系統的專用蓄電池,而是使用常規的鉛酸蓄電池?! ?/span>

    交直流逆變器:由于它的功能是交直流轉換,因此這個部件重要的指標是可靠性和轉換效率。并網逆變器采用大功率跟蹤技術,最 大限度地把光伏電池轉換的電能送入電網?! ?/span>

    2.太陽能光伏電池板:

    太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結。工作原理與二極管類似。只不過在二極管中,推動P-N結空穴和電子運動的是外部電場,而在太陽能電池中推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱產生的內電場。也就是通常所說的光生伏特效應原理。目前光電轉換的效率,也就是光伏電池效率大約是單晶硅17%-19%,多晶硅16%-18%。

    3.太陽能光伏發電系統的分類:

    目前太陽能光伏發電系統大致可分為三類,離網光伏發電系統,光伏并網發電系統及前兩者混合系統。

    A)離網光伏發電系統。這是一種常見的太陽能應用方式。在國內外應用已有若干年。系統比較簡單,而且適應性廣。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護困難而限制了使用范圍?! ?/span>

    B)光伏并網發電系統,當用電負荷較大時,太陽能電力不足就向市電購電。而負荷較小時,或用不完電力時,就可將多余的電力賣給市電。在背靠電網的前提下,該系統省掉了蓄電池,從而擴張了使用的范圍和靈活性,并降低了造價?! ?/span>

    C)A,B兩者混合系統,這是介于上述兩個方之間的系統。該方案有較強的適應性,例如可以根據電網的峰谷電價來調整自身的發電策略。但是其造價和運行成本較上述兩種方案高?! ?/span>

    二、光伏發電的優點  

    光伏發電的優點充分體現在以下幾個方面:

    1.充分的清潔性。(如果采用蓄電池方案,要考慮對廢舊蓄電池的處理)

    2.絕 對的安 全性。

    3.相對的廣泛性。

    4.確實的長壽命和免維護性。

    5.初步的實用性。

    6.資源的充足性及潛在的經濟性等?! ?/span>

    三、光伏發電局限性?! ?/span>

    任何事物總是具有兩面性。目前有太多的文章介紹光伏發電的優點和優勢,這里有必要指出光伏發電的一些局限性。太陽能具有能量密度低,穩定性差的弱點,并受到地理分布、季節變化、晝夜交替等影響。光伏發電的局限性包括以下幾個方面:  

    1.時間周期局限。由于光伏發電的條件是在有太陽能的時候,光伏發電設備才能正常工作發電。因此,白晝黑夜,一年當中春夏秋冬各個季節對光伏發電的負荷影響巨大。

    2.地理位置局限。光伏發電設備基本上只能依附建筑物安裝建設,也就是所謂的光伏屋頂就地供電。如果離開建筑物來建設光伏發電,將會大大增加成本。

    3.氣象條件局限。氣候對光伏發電影響。采用光伏并網發電無蓄電池方案時,如果一個城市上空的氣候大幅變化,將造成電力負荷的大幅波動;當一個城市上空的空氣質量比如空氣污染,或能見度變差比如霧天,陰天等都將使光伏發電在線或實時出力下降。

    4.容量傳輸局限。在解決了光伏發電的成本問題后,大功率,高電壓,遠距離從荒漠面積輸送電力到負荷中心,由于光伏發電沒有傳統電機的旋轉慣量,調速器及勵磁系統,將給交流電網帶來新的經濟和穩定問題。

    5.光能轉換效率偏低。和傳統能源(礦物能源,石油,水能,原子能,等)的轉換效率相比,光伏能量的轉換效率不能令人滿意?! ?/span>

    四、光伏發電并網對未來電網的影響  

    1.負荷峰谷對電網的影響。由于光伏并網發電系統不具備調峰和調頻能力,這將對電網的早峰負荷和晚峰負荷造成沖擊。光伏并網發電系統增加的發電能力并不能減少傳統旋轉機組的擁有量,電網必 須為光伏發電系統準備大量的旋轉備用機組來解決早峰和晚峰的調峰問題。光伏并網發電系統向電網供電是以機組利用小時數下降為代價的。這當然是發電商所不愿意看到的。

    2.晝夜變化,東西部時差以及季節的變化對電網的影響。由于陽光和負荷出現的周期性,光伏并網發電量的增加并不能減少對電網裝機容量的需求。

    3.氣象條件的變化。當一個城市的光伏屋頂并網發電達到一定規模時,如果地理氣象出現大幅變化,電網將為光伏并網發電系統提供足夠的區域性旋轉備用機組和無功補償容量,來控制和調整系統的頻率和電壓。在這種情況下,電網將以犧牲經濟運行方式為代價來保證電網的安全穩定運行。

    4.遠距離光伏電能輸送。當光伏并網發電遠距離輸送電力在經濟和技術上成為可能時,由于光伏并網發電沒有旋轉慣量,調速器及勵磁系統,它將給交流電網帶來新的穩定問題。如果光伏并網發電形成規模采用高壓交直流送電,將會給與光伏發電直流輸電系統相鄰的交流系統帶來穩定和經濟問題,(專門用于光伏并網發電的輸電線路,由于使用效率低,將對荒漠太陽能的利用形成制約。用于借道或者兼顧輸送光伏并網發電系統電能的輸電線路,由于負荷率低下,顯得很不經濟。)不論采用高壓交流或直流送出,光伏并網發電站都必須配備自動無功調壓裝置。至于對電網穩定的影響,目前還未見到光伏發電在電網穩定計算中的數學模型(包括電源模型和負荷模型)。光伏并網發電將對電網安全穩定運行有多大的影響目前尚不清楚。

    5.降耗問題。光伏并網發電的一個主要優勢是可替代礦物燃料的消耗。由于光伏并網發電增加了發電廠旋轉發電機的旋轉備用或者是熱備用,因此,光伏并網發電的實際降耗比率應該扣除旋轉備用或熱備用損失的能量。光伏并網發電的降耗效率應該考慮到由于光伏并網發電系統提供的電力導致發電公司機組利用小時數降低帶來的效率損失。由于電力系統是作為一個整體來運行的,光伏并網發電向電網輸送電力將侵害其他發電商的利益,這是作為政策制定者需要考慮的問題。這是由于電網在考慮安全,穩定和經濟運行時,不僅僅只由水電廠擔任旋轉備用。因此,系統中總的光伏并網發電量所等效的理論降耗標煤量前應該乘以一個小于1的系數,并且等比例的減去旋轉備用機組的廠用電損耗?! ?/span>

    公式來判斷光伏發電實際的降耗作用:  

    W=[(Wc/Wn)*Wp-(Pc/Pn)Pd);1  

    1)W--光伏并網發電實際獲得的降耗量(標煤);

    2)Wc--電網火電總發電量;

    3)Wn--電網總發電量;

    4)Wp--光伏并網發電理論降耗量(標煤)

    5)Pc--火電機組總的廠用電損耗(標煤);

    6)Pn--電網中總的廠用電損耗(標煤);

    7)Pd--旋轉備用機組的廠用電損耗(標煤)?! ?/span>

    6.環保問題;光伏發電帶來的減排效果是否應該只考慮火電排放的二氧化硫和二氧化碳還有待研究,因為當光伏并網發電時,同樣電網在考慮電網安全,穩定和經濟運行時,往往減少出力的不僅僅是火電廠,而考慮旋轉備用時,也不僅僅是水電廠來承擔旋轉備用的任務(水電廠承當旋轉備用任務損失較?。?。


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