并网光伏发电系统的构成及特点

并网光伏系统实质上与其他类型的发电站一样,可为整个电力系统提供电力。并网太阳能光伏发电系统分为集中大型并网光伏系统(大型集中并网光伏电站)和分散式小型并网光伏发电系统(屋顶光伏系统或住宅并网光伏系统)两大类型。前者功率容量通常在兆瓦级以上,后者则在千瓦级至百千瓦级之间。

大型集中并网光伏发电站的主要特点是系统所发的电能被直接输送到电网上,由电网统一调配向用户供电。大型并网光伏电站的建设,投资巨大,建设期较长,需要复杂的控制及配电设备,同时需要占用大片土地,同时其发电成本目前要比市电贵,因此其发展受到很多限制。但随着太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段,建设这种大型并网光伏电站就是必然趋势。

与大型并网光伏系统相比,住宅并网光伏发电系统,特别是与建筑相结合的住宅屋顶并网光伏系统,由于具有许多优越性,建设容易,投资不大,许多国家又相继出台了一系列激励政策,因而在各发达国家备受青睐,发展迅速,成为主流。住宅并网光伏发电系统的主要特点是所发的电能直接分配到住宅(用户)的用电负载上,多余或不足的电力通过连接电网来调节。根据并网光伏发电系统是否允许通过供电区变压器向主电网馈电,分为逆潮流和非逆潮流并网光伏发电系统两种。逆潮流系统是在光伏系统中产生剩余电力时将该电能送入电网,由于是同电网的供电方向相反,所以成为逆潮流。

在光伏发电系统中产生的剩余电力,逆潮流系统采用由电力公司购买剩余电力的制度。因为光伏系统由天气决定其输出功率,为了使住宅等使用稳定的电,有必要和电力公司的电力系统并网运行。当太阳电池的输出功率不能满足某一区域需求的情况下,不足部分是由电力公司的电网补充；相反,太阳电池的输出电力的剩余部分,则向电力公司的电网逆潮流送入,由电力公司买进。现在,住宅用光伏系统几乎都采用逆潮流系统。非逆潮流系统在区域内的电力需求通常比光伏系统的输出电力大,因此在不可能产生逆潮流电力的情况下被采用,即光伏系统与电网形成并联向负载供电。因为在非逆潮流系统中无法确认光伏系统产生的剩余电力是否逆潮流送入电力公司电网,所以该系统应具有及时产生很小的逆潮流电流的场合,降低光伏系统的输出电力或者停止光伏系统运行的功能。

住宅并网光伏系统又有户用系统和区域系统之分。户用系统,装机容量较小,一般为1～5kWp,为自己单独供电并自行管理,独立计量电量。区域系统,装机容量较大一些,一般为50～300kWp,为一个小区或一栋建筑物供电,统一管理,集中分表计量电量。还可根据并网光伏系统是否配有储能装置,分为有储能装置无储能装置并网光伏发电系统。配有少量蓄电池的系统,成为有储能系统。不配置蓄电池的系统称为无储能系统。与储能系统相比,无储能系统主动性较强,当出现电网限电、停电、掉电等情况时仍可正常供电。住宅并网光伏发电系统通常是白天光伏系统发电量大而负载耗电量小,晚上光伏系统不发电而负载用电量大。光伏系统与电网相连,就可将光伏系统白天所发的多余电力“储存”到电网中,待用电时随时取出,省掉了储能蓄电池。并网光伏发电系统主要由太阳电池方阵、并网逆变器和控制监测系统设备等三个重要部分构成。

1.太阳电池方阵

太阳电池方阵由大量的光伏组件串并联构成。光伏组件包括晶体硅光伏组件、薄膜组件、跟踪组件和聚光光伏组件等。它是光伏系统的核心,在系统中太阳电池所占投资比重最大,因此选择合乎系统需要的光伏组件,对整个系统都有重要影响。在选择组件时首先要求具有非常好的耐气候性,能在室外严酷的条件下长期稳定可靠地运行,同时具有高转换率和廉价性。另外选择光伏组件时任何生产厂家生产的光伏组件都必须经过中国国内的常规检测或国际著名机构的认证,如通过《地面用晶体硅光伏组件 设计鉴定和定型》(GB/T 9535—1998)或IEC 61215的测试及《地面用薄膜光伏组件 设计鉴定和定型》(GB/T 18911—2002)或IEC 61646：1996的测试。目前光伏系统中的太阳电池方阵还主要采用以晶体硅为主要材料的太阳电池组件,同时也可辅助采用部分成熟的薄膜太阳电池组件及跟踪和聚光组件等。考虑了光伏组件的选型后,要将平板式的地面型太阳电池方阵安装在方阵支架上,用于支撑太阳电池组件。支架可分为固定式和跟踪式两种。

2.并网逆变器(www.xing528.com)

并网逆变器(功率变换器),由将直流电转变为交流电的逆变器和当系统发生故障时保护系统的并网保护装置构成。因为功率变换器的主要部分是逆变器,所以它也可称为逆变器。所谓逆变器就是把直流电能转变为交流电能供给负载的一种电能转变装置,它正好是整流装置的逆向变换功能器件,因而被称之为逆变器。逆变器的重要的性能参数有：额定输出、容量输出、电压稳定度、整机效率、保护功能、启动性能。

在优化设计中,主要考虑逆变器的实际效率,应达到90%以上。作为大型并网光伏系统中应用的逆变器,除了具有直流-交流转换功能外,还必须具有光伏阵列的最大功率跟踪功能和各种保护功能,为了不对公用电网造成不利影响,要求输出抑制谐波电流的电流。因此在设计时有很多特殊的设计与使用上的要求,如考虑输出功率和瞬时峰值功率,逆变器输出效率、输出波形及逆变器输入直流电压的问题,这些是检验逆变器技术性能的重要指标。另外当系统并网运行时,为避免对公共电网的电力污染,要求逆变器电源输出正弦波电源,并且“孤岛”检测保护响应快、可靠性好。

一般情况下,单台逆变器容量越大,单位造价相对越低,但是考虑到单台逆变器容量过大,在故障情况下对整个系统影响较大,所以需要结合光伏组件安装场地的实际情况,选择额定容量适当的并网逆变器。并网逆变器单台容量目前国产最大可达到500kW,国外产品现已达到1000kW,如德国SMA公司SC1000 MV,额定容量1000 kW,重量35t。但是考虑大功率光伏电站的安全及经济运行,并网逆变器可以考虑分散组成相对独立并网的方式,这有利于整个光伏发电系统的稳定运行。对于兆瓦级的并网光伏电站可选用寿命长,可靠性高,效率高,噪声和谐波少,启动、停止平稳并可进行多机并联的产品。另外根据相关国际标准光伏并网逆变器输出的并网电流波形总谐波畸变率(THD)应小于5%,各次谐波畸变率小于3%。为了使光伏并网逆变器输出的并网电流满足例如IEEE 929、IEC 61727还有IEC 61000-3-2等相关国际或欧洲标准,对并网光伏发电系统的电路拓扑结构以及控制策略都提出了更高的要求。

3.控制监测系统设备

对于并网光伏系统中的控制监测系统设备通常是与逆变器设置在一起,通过电子装置与外部计算机连接可以对整个电站的运行状况进行实时测量和监控。因为控制装置的存在可以对系统起到控制及并网保护的作用,因此在设计监控系统时应保证为有效去除受天气变化影响太阳电池的输出效率,使其具有最大功率跟踪控制功能,并具有自动运行、停止等功能。另外通过太阳能光伏发电系统的测量设备和显示装置,可以监视整个系统运行状态,掌握发电量,收集评价系统性能的暑假。

4.其他

并网光伏系统除了以上的主要硬件设施,还包括配电系统设计,以及系统的基础建设等。上述各种设备在设计和选取过程中要综合考虑系统所在地的实际情况、系统的规模、客户的要求等因素,并参考国家标准正确合理的做出判断。