石麗冰

[摘 要]由于城市化的進(jìn)一步發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于傳統(tǒng)能源的過(guò)度使用導(dǎo)致了當(dāng)前國(guó)際上普遍出現(xiàn)了能源危機(jī)以及環(huán)境污染的問(wèn)題。這些問(wèn)題隨著時(shí)間的推移，逐漸變得越來(lái)越突出和嚴(yán)重。而太陽(yáng)能是一種新型的能源，許多國(guó)家和地區(qū)都在對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行利用。利用太陽(yáng)能的光伏發(fā)電是當(dāng)前各個(gè)國(guó)家的能源項(xiàng)目，能夠?qū)崿F(xiàn)電能資源的分配與調(diào)度，構(gòu)建更加科學(xué)合理的現(xiàn)代化的發(fā)電系統(tǒng)和體制?；诖?，就要對(duì)太陽(yáng)能的光伏發(fā)電情況進(jìn)行分析，以此來(lái)促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]光伏發(fā)電 太陽(yáng)能 設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）17-0394-02

一、光伏發(fā)電的概念和原理

光伏發(fā)電就是能夠利用半導(dǎo)體將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能的法術(shù)，原理是根據(jù)光生伏特的效應(yīng)。光伏的發(fā)電系統(tǒng)主要包括逆變器、太陽(yáng)能的電池板、控制器等結(jié)構(gòu)部分。在這些組成部分中，太陽(yáng)能的電池板主要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)它還能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行儲(chǔ)存；而控制器則能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，決定太陽(yáng)能的電池板以及一些其他的部分能夠有序地進(jìn)行控制；而逆變器則主要是將在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成為交流電；而保護(hù)裝置則能夠確保系統(tǒng)的安全性[1]。

在白天，太陽(yáng)能板正常地進(jìn)行發(fā)電的工作，而控制器進(jìn)行相應(yīng)地操作和控制來(lái)將電能儲(chǔ)存到蓄電池中，在這個(gè)過(guò)程中，控制器會(huì)對(duì)逆變器進(jìn)行相應(yīng)的操作，以此來(lái)給家用電器進(jìn)行供電的工作；而到了晚上，由于沒(méi)有了太陽(yáng)，太陽(yáng)能電板就會(huì)停止發(fā)電，主控制器就要將電能轉(zhuǎn)換成為交流電，這樣能夠保證給家用電器的供電工作不會(huì)受到影響。如果蓄電池中的電量不足或者發(fā)電的系統(tǒng)中出現(xiàn)了一定的故障，控制器就會(huì)自動(dòng)切換到電網(wǎng)供電的線路中，這就是光伏發(fā)電的整個(gè)過(guò)程和其中的原理。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)供電的環(huán)境與設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和改造，光伏發(fā)電的系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有很多的控制方案來(lái)進(jìn)行選擇。如遠(yuǎn)程控制、智能控制等等，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要來(lái)進(jìn)行方案的選擇，這是設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)進(jìn)行解決的問(wèn)題。在進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)不同類型的發(fā)電規(guī)模，從各個(gè)方面來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操控，從而使得各方面能夠得到優(yōu)化，提升項(xiàng)目的運(yùn)行效率[2]。

1.對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

①發(fā)電量以及組件的總功率的計(jì)算

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其發(fā)電量與組件總功率的計(jì)算有相應(yīng)的公式，具體如下：

g——每天的發(fā)電量；hI——每個(gè)小時(shí)的發(fā)電量；Pm——光伏組合的總功率；y——單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量；其年平均的量為G=g×365（kWh）。

②并網(wǎng)逆變器的選用

對(duì)于并網(wǎng)逆變器的選用，其判斷的標(biāo)準(zhǔn)和要求主要是一下幾個(gè)方面：第一，逆變器的額定功率為0.85-1.2Pm；第二，逆變器的最大輸入電流電壓一定要大于光伏方陣空載的電壓；第三，逆變器的輸入直流電壓范圍要大于光伏方陣中的最小電壓；第四，逆變器的最大輸入直流電流大于光伏方陣的短路電流；第五，逆變器的額定輸入直流電壓與光伏方陣的最大功率電壓要保持相等；第六就是額定的輸出電壓與電網(wǎng)的額定電壓也要相同[3]。除此之外，其額定的頻率與電網(wǎng)的頻率、相數(shù)與電網(wǎng)的相數(shù)也要相同，短路、過(guò)壓以及弱壓等保護(hù)功能也是并網(wǎng)逆變器應(yīng)該具備的。

2.光伏組件的方陣設(shè)計(jì)

對(duì)于光伏組件的水平頻角來(lái)說(shuō)，對(duì)其能夠產(chǎn)生影響的要素包括發(fā)電系統(tǒng)所處的地理位置以及一年中各個(gè)季節(jié)對(duì)電量分配的要求。

①如果該系統(tǒng)所處區(qū)域的各個(gè)季節(jié)電量的要求基本均衡的話，那么可以利用下表來(lái)進(jìn)行組件頻角的選擇工作（表1）。

②具體到我國(guó)來(lái)說(shuō)，很多地區(qū)的地理位置不同，但是其地質(zhì)環(huán)境比較相似，所以可以選擇緯度加7°的組建水平的傾角。而對(duì)于一些條件比較特殊的地區(qū)，則要根據(jù)不同季節(jié)的情況來(lái)選擇適合的水平角。

3.光伏方陣的傾角設(shè)計(jì)

光伏方陣的傾角是影響發(fā)電效率的一個(gè)重要因素，對(duì)于發(fā)電量的影響比較大，是區(qū)域中發(fā)電效率的決定性因素。一般情況下，光伏方陣的朝向應(yīng)該為北半球，這樣能夠提高光伏發(fā)電作業(yè)的效率[4]。對(duì)發(fā)電生產(chǎn)的調(diào)度也能夠起到一定的輔助作用，這樣便于實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電生產(chǎn)的一體化。

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體應(yīng)用

光伏發(fā)電的項(xiàng)目發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，國(guó)家也比較重視，在這個(gè)項(xiàng)目中不斷地進(jìn)行投資，也出臺(tái)了相關(guān)的政策起到扶持。這在很大程度上推動(dòng)了新發(fā)電模式的應(yīng)用，為電力轉(zhuǎn)型起到了引導(dǎo)的作用。設(shè)計(jì)的過(guò)程就是對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行總體性的規(guī)劃，對(duì)于發(fā)電的生產(chǎn)模式起到一個(gè)調(diào)整的作用，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的可持續(xù)性。光伏發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)平臺(tái)來(lái)確定應(yīng)用的形式。

1.交、直流供電系統(tǒng)

由于電流的形式不一樣，光伏發(fā)電的系統(tǒng)要考慮到電流之間的轉(zhuǎn)換，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要更加注重電力調(diào)控系統(tǒng)的靈活性，這樣能夠提升發(fā)電的效率。交、直流的供電系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換的作用，能夠在兩種電流之間實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)接，這就形成了相對(duì)穩(wěn)定的電力傳輸模式

2.并網(wǎng)系統(tǒng)

在進(jìn)行并網(wǎng)的布局階段，太陽(yáng)電池組會(huì)對(duì)電流的形式造成一些影響，在逆變器進(jìn)行工作時(shí)，城市的電網(wǎng)會(huì)形成交流的形式。而并網(wǎng)的系統(tǒng)運(yùn)行能夠使網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)形成有效的連接，提升電流轉(zhuǎn)換的效率。在這個(gè)過(guò)程中，是將電網(wǎng)的信號(hào)直接反饋給調(diào)度中心的，直接將電能輸入到電網(wǎng)當(dāng)中去，這就省去了配置蓄電池的步驟，節(jié)省了工作和負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能夠降低能量的損耗。

3.混合供電的系統(tǒng)

太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，除了使用太陽(yáng)能的電池組件陣列以外，還可以將燃油發(fā)電機(jī)作為備用的能源來(lái)進(jìn)行使用。而這樣就使得供電系統(tǒng)是混合性的，好處就是能夠綜合兩種能源的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的短板和不足[5]。使得可再生能源能夠得到更好地利用?？稍偕茉淳哂胁环€(wěn)定性，會(huì)不斷地進(jìn)行變化，所以在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要以最少的能量時(shí)期來(lái)進(jìn)行。

4.并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)

要想發(fā)揮光伏系統(tǒng)的最大功能，可以對(duì)不同種類型的電網(wǎng)進(jìn)行綜合性的改造，這是一個(gè)比較漫長(zhǎng)的組網(wǎng)過(guò)程。使用并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)，能夠構(gòu)建出不同的網(wǎng)絡(luò)處理方式。并網(wǎng)混合供電的主要特點(diǎn)是組合性，能夠?qū)⒖刂破饕约澳孀兤鬟M(jìn)行組合，這樣就提升了可調(diào)度，使得電能的資源能夠與數(shù)字控制協(xié)調(diào)的運(yùn)行。

四、某項(xiàng)目中在實(shí)際中選用的光伏發(fā)電形式

在確定了外部的條件適合采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電后，就要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的細(xì)化進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要有獨(dú)立和并網(wǎng)兩種系統(tǒng)形式。

①獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電的系統(tǒng)主要有電池板、控制器、太陽(yáng)電池方針、逆變器等幾個(gè)部分構(gòu)成的，由于蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，配備蓄電池的成本又比較高，整個(gè)系統(tǒng)的成本就比較高，而由于蓄電池是有一定的期限的，廢棄的蓄電池會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次的污染。

②而并網(wǎng)型的太陽(yáng)能光伏電站與獨(dú)立性構(gòu)成部分大部分相同，只是其需要計(jì)量電表和連接器。其工作原理就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電能，通過(guò)逆變器形成交流電，最后將多余的電進(jìn)行儲(chǔ)存。就當(dāng)前的大環(huán)境來(lái)看，該項(xiàng)目采用的是并網(wǎng)型的太陽(yáng)能光伏發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)方案。

五、光伏電的發(fā)展前景

在當(dāng)前社會(huì)不斷發(fā)展惡化變化的過(guò)程中，對(duì)能源進(jìn)行戰(zhàn)略性的開(kāi)發(fā)是必不可少的，對(duì)于新型發(fā)電項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)也是必不可缺少的。在對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行扶持建設(shè)的過(guò)程中，要對(duì)新項(xiàng)目的投入以及產(chǎn)出的效益進(jìn)行綜合的考慮和分析。在對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到結(jié)構(gòu)模塊的布局，電池板、控制器、逆變器這些當(dāng)然是核心的部分，優(yōu)化軟硬件方面的操控系統(tǒng)，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)更加科學(xué)、合理、安全。在當(dāng)前的時(shí)代背景下，許多種光伏電池技術(shù)為了取得市場(chǎng)建立優(yōu)勢(shì)，都在爭(zhēng)相地進(jìn)步和發(fā)展[6]。第一代的晶硅電池比較高校，價(jià)格也比較低廉，使用相對(duì)比較廣泛；而第二代的薄膜電池成本和耗能進(jìn)一步提升，其發(fā)展的前景更加廣闊；第三極短就是新型的太陽(yáng)能電池，雖然效果要比前兩代好，但是其昂貴的價(jià)格使得其市場(chǎng)相對(duì)較小，還處于進(jìn)一步的探索中。光伏電網(wǎng)的發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就是在保證穩(wěn)定性的同時(shí)，降低成本，利用光伏發(fā)電作為最主要的電源方式，這樣能夠與其他的裝置相互配合，在用戶周圍實(shí)現(xiàn)負(fù)荷供電。具有標(biāo)志性的就是微電網(wǎng)能夠脫離主網(wǎng)，也可以與主網(wǎng)進(jìn)行連接，這樣就減少了太陽(yáng)光間歇性帶來(lái)的不利影響。這種主要適用于成本相對(duì)較高的偏遠(yuǎn)地區(qū)以及對(duì)供電要去比較高的用戶來(lái)使用。

六、光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議

1.政府要充分發(fā)揮領(lǐng)頭作用，對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展設(shè)立專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，同時(shí)配備相應(yīng)的優(yōu)惠政策進(jìn)行扶持；

2.要在政府的主導(dǎo)下進(jìn)行多元化的投資，降低光伏產(chǎn)業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)，多方參與，共同制定出完整的產(chǎn)業(yè)鏈；

3.在技術(shù)上要堅(jiān)持自主研發(fā)，同時(shí)不能夠閉門造車，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，建立并完善技術(shù)體系；

4.對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要有合理和現(xiàn)實(shí)的規(guī)劃，提升相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，從而增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前的社會(huì)形勢(shì)，使得能源進(jìn)行戰(zhàn)略性開(kāi)發(fā)是必要的，進(jìn)行新型發(fā)電項(xiàng)目的研究也是不可或缺的。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的綠色和環(huán)保，同時(shí)太陽(yáng)能的資源是可以再生的，擁有廣闊的發(fā)展前景。政府在進(jìn)行光伏發(fā)電站項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，要對(duì)投入以及產(chǎn)出的效益進(jìn)行綜合性的考慮和分析，對(duì)模塊的布局要細(xì)致，明確核心，優(yōu)化軟硬件的配置操控，從而保證太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

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