分布式光伏发电系统电气设计与分析
袁海清
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袁海清,. 分布式光伏发电系统电气设计与分析[J]. 发电技术与研究,20228. DOI:10.12721/ccn.2022.157156.
摘要: 当前,实现碳达峰碳中和,努力构建清洁低碳、安全高效能源体系、是党中央、国务院做出的重大决策部署。随着经济的日益发展,传统能源的储量已经不能满足现代人的需求。在不久的将来,传统能源的储量会越来越少,直到耗尽为止。在新形态下,减少资源浪费,开发新的可再生能源已成为世界各国的一项重大任务。太阳能是一种容量非常丰富的可再生能源,其来源和结构非常简单,可以转化为光伏发电用于社会。光伏发电不但可以有效降低土地使用面积,同时还可以降低传输的能耗,有效提升能源利用效率,就此,光伏建筑一体化技术不断受到关注。分布式光伏发电的运行方式是用户自发自用的,用户能够将剩下的电量上网。就此,这些年来,分布式光伏发电系统与建筑物的结合不断增加,分布式光伏发电不断加速。分布式光伏发电是指在用户所在场地或附近建设运行,以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。
关键词: 太阳能;电力;资源;环保
DOI:10.12721/ccn.2022.157156
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随着国家和社会经济的不断发展,生产生活对电力的需求越来越旺盛,我国面临化石能源储量逐渐减少的现状。因此,专家建议使用新能源来补充传统能源。在碳达峰、碳中和目标背景下,推动能源转型工作愈发受到重视,在众多新能源中,太阳能得到大力推广。太阳能来自太阳,取之不尽用之不竭。太阳能是清洁的。这样的新资源是节能环保的。在这样的发展背景下,分布式光伏发电应运而生。与传统的煤电、水力发电相比,该方法得到了国家和电力行业的深入研究,发展速度逐渐加快,形成了新的产业链。接下来,展开详细的研究与分析。

1分布式光伏发电系统概述

1.1分布式光伏发电的内涵

与其他能源发电类型相比,分布式光伏发电模块的输出功率较小。通过技术人员的设计和规划,分布式光伏并网发电系统符合国家法律法规要求。其设计与工程建筑相结合,根据房屋结构选择合适的位置。利用外部设备,获得太阳产生的电力资源,完成整个发电过程。就此,它属于一种有效的能源开发手段,其发展空间巨大。通过实践验证,分布式光伏发电的运用可以推动光伏发电站的发电量获得提升,而且能够在一定程度上降低电能的损耗,从而达到节能的目的[1],分布式发电实行“自发自用、余量上网、就近消纳、电网调节”的运营模式。

1.2优势

与其他可再生能源发电方式相比,分布式光伏发电系统具有成本低、噪声小等优点。与化石能源相比,它是环保的,不会产生对人体有害的物质。分布式光伏发电系统可安装在工业厂房(园区)屋顶、公共建筑屋顶(行政机关、医院、金融机构、交通枢纽等公共服务单位)、居民楼顶等。其安装使用不会对居民的正常生活工作造成不利影响,不会产生固体或气态废物污染物。分布式光伏发电系统可以缓解我国电力短缺地区的紧张局面。目前,我国主要有火力发电、水力发电、太阳能发电、风力发电以及核电这几种发电方式,而这些方式都具备很高的环境要求,就此,一些条件不好的地区就受到了限制。然而无论是哪个地区都能够使用分布式光伏发电系统,因为太阳能可以照射到各个地区、各个角落,这样就能够节省成本[2]。分布式发电可以在更多复杂地区建设发电站,利用更加清洁的方式提供更多的电能。

2分布式光伏发电系统设计要点

分布式光伏发电电气系统组件可选用晶体硅电池组件或非晶硅电池组件。多数地区普遍选择后者作为分布式光伏发电模块,投资小,建设周期短。但是这种方法的缺点也很明显:不够稳定,发电效率低。而且长期使用可能导致光电转换频率失效,因此一般不用于大规模分布式光伏发电系统。分布式光源并网的关键在于两点:一是接入公共电网的配电网电压水平要一致,二是选择接入配套变电站。接入的分布式电源需要按照相关规定的方式接入,因此需要优化设计方案。在此基础上,综合考虑电网结构、当前路径现状和城市规划布局。在选择逆变器的过程中,还需要考量MPPT的数量和MPPT的电压区间,直流输入接线端口的数量与功率因素等有关技术方面的参数对分布光伏发电系统电气设计运行带来一定影响[3]。因此,在对分布式光伏发电系统开展电气设计的过程中,针对相关串连接部分要采取“先串联、后并联”的原则。串联方式能够获得设备在使用过程中的工作电压,并联方式可以获得设备在使用的过程中的工作电流流量。

2.1分布式光伏发电系统设计应考虑因素

2.1.1时间季节

在条件许可的情况下,分布式光伏发电系统的在理想情况下,分布式产能会随着太阳辐射的加强进而提升,在中午的时候能够达到最高,再往后随着太阳辐射的降低产能会逐步下降[4]。

2.1.2天气状况

天气因素也是对分布式光伏发电系统造成影响的一大因素,每当出现阴天或者下雨的时候,太阳辐射明显降低,分布式光伏发电系统产能逐渐下降。就此,天气状况会在一定程度上影响分布式光伏发电系统。

2.1.3系统效率

系统效率是对分布式光伏发电系统产能带来影响的重要因素。太阳能电池组件、逆变器等构成部分的效率直接给系统的发电效率造成影响。就此在开展系统设计的过程中,一定要全方面考虑会给系统效率造成影响的各类因素,这样才可以有助于设计高效率的分布式光伏发电系统。

2.2电气设计

在系统电气设计的过程中光伏组件是考虑的重要方面,基于对电池组件工艺水平转换率的全面考虑,为了确保系统发电的安全性与可靠性,晶硅电池组件是最佳选择。有关逆变器的选择,通常设计人员要结合统装机的容量进而明确,所选用的逆变器一定要与输出功率相符。

2.3防雷设计

在设计的过程中,防雷方面的设计是分布式光伏发电系统设计的关键。太阳能电池阵列是通过大面积金属构成的,很容易形成雷电感应,就此针对发电系统实行防雷的设计也是不可或缺的。另外,接闪系统是由壁垒针组成的,建筑物可以充引发挥下线接地的作用,集萃构成雷电防护系统。科学有效的防雷设计不但可以防止由于雷击进而造成系统损坏,同时还可以确保工作人员的人身安全。

3分布式光伏发电系统性能分析

分布式发电是光伏发电中最常用的发电方式。我们日常使用的是交流电,太阳能发电属于直流电。与两者不同的是,它们不能直接连接到公共电网。因此,需要设备进行改造。因此,需要对其进行优化,首先从安全性、稳定性、工作效率等方面考虑。从这个角度来看,有很多项目需要优化,比如有备用容量的太阳能电池,以及面板阵列系统、逆变器、支撑系统等。由于光伏发电的存在,电网结构和短路电流的大小、方向发生了变化,使配电网由单路供电向多路供电转变。在配电系统中要使用相应的保护设备,对原有的保护和重合闸设备要进行适当的调整,并要求有方向性,保证配电网保护能够快速、准确地排除故障。除此之外,工作人员还要注重PV方阵的装设朝向以及角度的位置,通过绘制PV方阵效率值日照、强度、时间三者关系的曲线图,从中掌握并计算太阳垂直照射PV方阵过程中,输出功率以及转换效率,之后在依照计算的结果掌握PV方阵性能[5]。

4 结语

为了更好地推动中国电力工业的发展,促进生态文明建设,大力发展分布式光伏发电系统是非常必要的。分布式光伏发电系统电注组件接线电气设计的优化与发展,并网逆变器的选型,有效地推动了分布式光伏发电系统的创新与改革。同时,也相信在不久的将来,科技将日新月异,光伏并网发电系统也将不断发展。那些不利于并网分布式光伏发电的因素将慢慢消失,光伏发电将有效降低用电成本,为人们的生活带来更好的电力服务保障。

参考文献:

[1]李家鹏.分布式光伏发电系统对配电网电压的影响分析[J].电子技术,2022,51(03):294-296.

[2]高长伟,刘晓明,孟昭军.分布式光伏发电系统改进虚拟同步发电机控制[J].太阳能学报,2021,42(02):376-382.

[3]王卫卫,徐光辉.分布式光伏发电系统发电量预测方法[J].电源技术,2020,44(11):1630-1633.

[4]韩学栋,王海华,李剑锋.小型分布式光伏发电系统设计[J].电力建设,2014,35(01):104-108.

[5]王震,鲁宗相,段晓波,李晓明.分布式光伏发电系统的可靠性模型及指标体系[J].电力系统自动化,2011,35(15):18-24.