徐振福

摘 要：太陽能是取之不盡、用之不絕的一種免費清潔能源，在當(dāng)今諸如煤、石油、天然氣等化石能源逐漸短缺，能源危機日益嚴重的情況下，太陽能是未來人類最直接、最安全、最理想的替代能源。特別是在偏遠地區(qū)、電網(wǎng)的敷設(shè)受到各種因素的制約，此時小型的光伏電站就能解決偏遠地區(qū)居民最起碼的用電問題，隨著光伏技術(shù)的不斷進步，產(chǎn)品的價格也趨于合理區(qū)間，如果當(dāng)?shù)毓庹諚l件又非常的好，那在這些地區(qū)推廣光伏電站的使用就很有必要了。

關(guān)鍵詞：光伏電站；逆變器；蓄電池

中圖分類號：TM914 文獻標(biāo)識碼：A

1光伏電站綜述

1.1太陽能光伏電站系統(tǒng)是利用太陽電池-半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為直流電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)一般由以下三部分組成：太陽電池組件；充、放電控制器、逆變器、測試儀表和計算機監(jiān)控等電子設(shè)備和蓄電池以及輔助發(fā)電設(shè)備。2009年科技部、財政部和國家能源局聯(lián)合打造“金太陽工程”，中央財政從可再生能源專項資金中安排一定資金，支持光伏發(fā)電技術(shù)在各類領(lǐng)域的示范應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化（簡稱金太陽示范工程）。光伏發(fā)電不光在國內(nèi)抄的很熱，同時這股熱潮也涌向了非洲我們的老朋友，由于美國、歐盟對中國光伏產(chǎn)業(yè)雙反調(diào)查反傾銷案的勝訴，中國政府也不得不尋求新的市場，所以對于在非洲進行光伏電站的推廣也提到政府辦公的正式議程上來。

1.2太陽能發(fā)電系統(tǒng)廣泛的說一般分為離網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)兩種方式，離網(wǎng)系統(tǒng)需使用蓄電池作為儲能單元，采用太陽電池組件組成太陽電池陣列，太陽能陣列把光能轉(zhuǎn)換為電能，太陽電池陣列通過防雷匯流箱后，通過防雷處理進入光伏控制器，通過光伏主充電控制器為蓄電池組充電，逆變器把蓄電池逆變?yōu)锳C220V頻率（50Hz±2%）交流電，通過AC220V交流配電柜輸出配電和后級防雷保護處理后，供負載使用。主要優(yōu)點是因為有蓄電池儲能，所以即使受天氣、季節(jié)的影響較小，但隨之而來的是系統(tǒng)比較龐大，因為要保證負荷的正常運行就必須增加蓄電池的用量和光伏電池的用量，而蓄電池一般壽命4～9年，其廢棄物又會對自然環(huán)境造成二次污染，一般多使用在少電、缺電的地區(qū)。所以推廣起來并沒有多少優(yōu)勢。

1.3并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概括的說就是通過并網(wǎng)逆變器將電能送至電網(wǎng)，然后在供給負載，可作為建筑物用電的一個有效的補充，在北京2008年奧運工程中作為“綠色奧運”一大理念被大量采用。直到今天經(jīng)過大量的推廣使用，技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)十分成熟。但是在非洲就不太適合，由于當(dāng)?shù)貤l件受限，電網(wǎng)運行一般都不夠穩(wěn)定，電壓的波動超過±20%，并網(wǎng)條件不成熟，我們從失敗的案例中汲取經(jīng)驗，也協(xié)同光伏電站廠家和研究機構(gòu)尋找解決方案，結(jié)合國外的成功案例成功設(shè)計并實施了一種新的光伏電站系統(tǒng)，就是本文重點說明的小微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。并且已經(jīng)在坦桑尼亞成功實施了援坦桑尼亞達累斯薩拉姆大學(xué)大圖書館項目。

2光伏電站系統(tǒng)設(shè)計

2.1坦桑尼亞達市位于坦桑尼亞南部，6.87°S ，39，20°E ，海拔90m。年平均氣溫22.13℃。該地區(qū)全年太陽能日照資源豐富。根據(jù)NASA氣象網(wǎng)站查閱，當(dāng)?shù)氐乃矫嫫骄照諘r間為5.95小時，在光伏組件陣列向北傾斜10?時為最佳傾斜角。有效光照時間長，特別適合光伏電站。光伏電站隨發(fā)隨用的效率是最高的可以達到0.75，離網(wǎng)的效率因為要經(jīng)過逆變，效率一般不會超過0.6，基于這個理論我們的小微網(wǎng)系統(tǒng)，就是把離網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)進行有效的整合，通過合理的系統(tǒng)配置盡最大努力提高光伏電站的整體效率。

2.2本項目在圖書館屋面設(shè)置了太陽能電池板，并在圖書館屋頂設(shè)置光伏電站機房，建立光、儲微電網(wǎng)獨立供電系統(tǒng)，正常情況，負載由該微電網(wǎng)獨立供電，當(dāng)出現(xiàn)無日照且蓄電池?zé)o電的極端情況下，系統(tǒng)可自動或手動負載供電，為圖書館的閱覽室照明負荷提供電源。

2.3圖書館閱覽室照明負荷約45kW，同時利用系數(shù)約為0.7，供電時間為13小時，估算日用電量為409kW·h，圖書館光伏電站的設(shè)計容量為160.00kWp。儲微電網(wǎng)獨立系統(tǒng)的主系統(tǒng)由160kWp的光伏組件、160kW的逆變器、2臺50kW的雙向變流器、50kW·h的鋰電池、528kW.h的鉛酸蓄電池、交流配電單元組成。

2.4光伏電站供電模式為隨發(fā)隨用，并儲存多余的電能以備晚上使用，白天，當(dāng)光伏電站供電能力良好時，全部負載由光伏電站供電；夜晚，當(dāng)其供電能力局部下降時，由光伏電站的儲能蓄電池供電，當(dāng)陰天或夜晚長時間使用時，端電壓下降到0.8Ue時，電源轉(zhuǎn)換裝置動作，切換到市電供電，當(dāng)光伏電站供電能力恢復(fù)，端電壓上升到0.95Ue后，電源轉(zhuǎn)換裝置切換到光伏電站供電。

2.5光伏電站設(shè)防直擊雷的外部防雷裝置和防閃電電涌侵入的措施。在建筑物樓頂設(shè)置避雷針保護光伏發(fā)電電池板不被雷擊毀；在光伏電站發(fā)電系統(tǒng)的連接線路上，以及設(shè)備的前端安裝浪涌保護區(qū)SPD，防止雷電電磁脈沖對設(shè)備造成的損害。

2.6系統(tǒng)采用目前先進的光儲微電網(wǎng)設(shè)計，包含智能化的微電網(wǎng)能量管理中心，實現(xiàn)智能化供電需求，具有如下特點：

該系統(tǒng)有效利用太陽能發(fā)電電力，光伏發(fā)電最大限度邊發(fā)電邊使用，多余的電力才進行存儲。系統(tǒng)采用目前最先進的混合儲能方案，選用鋰電池和鉛酸電池組成混合儲能單元，滿足微電網(wǎng)最佳的控制需求，有效降低微電網(wǎng)中儲能單元成本比例，并且實現(xiàn)最佳的蓄電池管理，延長蓄電池使用壽命。系統(tǒng)控制部分采用多冗余設(shè)計，保證系統(tǒng)供電可靠性，同時關(guān)鍵控制設(shè)備均可以停用進行檢修而不影響整個供電系統(tǒng)的正常運行。系統(tǒng)帶載能力強，可以實現(xiàn)超過設(shè)計負載供電功率的100%供電能力，同時系統(tǒng)后續(xù)擴容非常方便，只需適當(dāng)增加光伏與儲能容量，不改變原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即可以實現(xiàn)供電能力的提升。

光伏逆變器采用高效的高頻隔離多路MPPT跟蹤形式，可以實現(xiàn)單路光伏的MPPT跟蹤，發(fā)電效率更高，同時可以完全防止匯流箱由于熱斑與遮擋而產(chǎn)生的過熱現(xiàn)象，更穩(wěn)定，更安全可靠。