光伏发电与并网技术分析

李臣斌

中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司新能源分公司 吉林 长春 130021

引言

从配电系统发展完善方面来看，应根据风力发电和光伏发电并网后的运行特点探究更加有效的新型配电系统，加强理论研究的同时，还要实地考察风力发电与光伏发电电源位置和方向，研究两者的容量、并网方式是否科学合理，或减少因为容量过大或并网连接不合理而引起的电压谐波和电压波动问题。在未来，应合理规划并网电力系统，以确保风力发电与光伏发电并网后电力系统运行的安全可靠。

1 并网光伏发电特点和现状

并网型光伏发电指的是将太阳能光伏发电与电力系统连接起来组成并网型发电系统，可以为电力系统提供无功和有功功率，实现光热资源向电能资源的转换，并利用变压器将其变成和电网相一致的电压，使得电能在电网中正常传送。光伏发电不需要蓄电池，减少了资源的消耗和对环境的污染。同时，可实时供电，运行也更加安全和环保，且操作起来简便，具有很高的经济和社会效益。但光伏发电同样会受到环境和技术因素的影响，在未来还需加大资金方面的投入，加大技术研究[1]。

2 光伏发电共网技术优势

传统的“发电-输变电-配电-用电”运行与保护方向性很明确，建筑光伏大量推广应用时，有逆向上网流的情况出现，电力部门势必担心其接入影响配电网安全运行。建筑光伏往往分散在城市各处，通常无法要求“一点并网”，“一点并网”需要使用汇流导线和设备将大量分散分布的光伏电力集中到一点入网，大大降低了光伏电力应用效率。光伏共网应用模式将分散建筑上的分散阳光，分散地变为光伏电力，即可以作为电力就地高效为负荷供电，也可以根据配电网运行需要，用于就地无功补偿和谐波补偿。光伏共网控制系统可根据配电网需要，实现光伏电力“即发即用”和对配电网的“设备级本质安全零逆流”。系统实现了光伏电力“对电网友好、为用户发电”使光伏应用适应智能微电网的发展，实现互动。共网应用模式特别适合在那些大量分散的建筑上建设太阳能电池板，产生的光伏电力就地使用，而市政电力作为基础供电，保证系统正常用电[2]。

3 光伏发电与并网技术的具体内容分析

3.1 关于太阳能电池技术的分析

近年来，随着国内科学技术水平的不断进步，光伏电池也前后历经了多次的改良。最初一代的光伏电池通过采用硅原料来进行工作，其缺陷主要表现在材料成本偏高，电能损耗程度也相对较高；随着光伏发电技术应用范围的逐步扩大，第二代光伏电池相继出现，该类电池采用非硅类的材料作为其衬底，这样一来，能够在减少原料成本的同时大大降低对电能的损耗程度。

3.2 关于光伏发电及并网施工技术的分析

光伏发电及并网施工工作需要：一是及时做好施工前的准备，即提前完成施工现场的具体定位、结构焊接、设备安放以及并网调试等工作；二是要加强工程施工全过程的安全管理，及时做好光伏屋面的清洁工作，并要求技术人员严格按照规范图纸来逐步进行操作；三是在太阳能电池板的安装环节，工作人员应提前做好电池质量的检验工作，对开路电压进行准确的测量和记录，同时还应对电缆材料距离进行合理的控制，以保障整个安装过程人员及设备的安全；四是在并网的调试过程中，工作人员应全面做好所有设备运行情况的核对工作，并对系统内部各类参数进行实时的监测控制。只有在确保系统一切功能及状态处于稳定的前提下，才可以正式启动运行并网系统。

3.3 关于反孤岛保护技术的分析

所谓孤岛效应，是指当电网系统内部出现突发状况时，会发生供电中断的情况，但与此同时，发电系统仍保持着负载电压的运行供电模式，并源源不断地进行输出，这就将最终形成独立的孤岛模式。若孤岛效应未能及时得到监测和控制，就会导致系统内部的电频及电压出现问题，从而对用户的设备及工作人员的人身安全造成极大的威胁。针对孤岛效应问题，可以通过利用反孤岛保护技术来进行解决。反孤岛保护技术的科学应用，能够及时在系统电网故障发生的第一时间强制其转为停机状态，从而能够有效防止发电系统持续运行情况的出现。

4 光伏发电的前景分析

4.1 最大功率点跟踪技术

光伏电池阵列的输出功率受太阳辐射强度、工作温度以及负载匹配情况等因素影响，其输出输入功率呈非线性，当光伏电池阵列工作到一个特定输出电压值时，光伏发电会获得最大的输出功率。在不考虑光伏发电矩阵的温度效应下，使用最大功率点跟踪技术，使光伏发电随着信号转变，从而实现最大化太阳能利用。

4.2 槽式聚光太阳能技术

现阶段我国光电转换效率门槛为18%，理论上最高光电转换效率为31%。利用成熟的聚光技术，将入射太阳能聚光到光伏电池阵列，在相同的电池材料用量下，光伏发电成本及输出功率将会提高。不过大量聚光会导致光伏电池温度升高，发电效率受到影响，并且出现光伏电池烧毁的情况。聚光光伏发电系统的另一特点是光伏余热集中，利用余热回收系统可以提高太阳能的利用率[3]。

5 结束语

目前光伏的主流应用技术是光伏并网应用，以传统大型光伏电站为代表的光伏输电侧并网为主，光伏电站将太阳能转换为与大电网同频同质的交流电力后，并入大电网。这实际上是以传统火电为主的传统“发-输-配-用”模式在太阳能这种具有较强间歇性发电特征能源发电的延续，直接并入高电压等级大电网，会给系统安全稳定运行带来诸多影响，因此光伏发电并网技术仍有很大的发展空间。