國網(wǎng)孝感供電公司電力調(diào)度控制中心 黃劍君

光伏作為一種嶄新的發(fā)電能源，在現(xiàn)代智能化變電站建設(shè)和應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用，光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用不僅能滿足電量需求，同時也能保障我國電力企業(yè)獲取社會和經(jīng)濟效益。本文以某110kV 變電站建設(shè)為例，對光伏發(fā)電技術(shù)在變電站中的應(yīng)用進行分析。

1 光伏發(fā)電技術(shù)于我國變電站中應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 光伏發(fā)電技術(shù)在變電站中具體應(yīng)用情況

光伏發(fā)電技術(shù)具有可靠性特征，各變電站會結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)的運作特點來采用光伏發(fā)電技術(shù)。因光伏發(fā)電系統(tǒng)組件在和建筑物結(jié)合上方式相對特殊，為推進光伏發(fā)電技術(shù)在變電站中的有效應(yīng)用，要對光伏組件安裝方式做出調(diào)整，需要注意相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的細(xì)節(jié)，比如在安裝太陽能光伏發(fā)電板上要讓其與地面保持一定夾角，相關(guān)人員要結(jié)合實際情況做出合理的測算，比如要計算地理緯度，得到明確的數(shù)值。也要合理布置光伏組件的位置。同時，變電站應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)，能降低用電量，響應(yīng)國家節(jié)能降耗的號召[1]。

1.2 光伏發(fā)電技術(shù)實踐效能研究

光伏發(fā)電技術(shù)具備一定的環(huán)保性和經(jīng)濟性，在變電站中應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)，能保障電力企業(yè)電網(wǎng)環(huán)境的運作安全，也能提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的運作性能。在光伏發(fā)電技術(shù)實際應(yīng)用中最主要的參考依據(jù)即科學(xué)化的數(shù)據(jù)支撐?；趯嵺`角度來分析，在我國變電站系統(tǒng)運作期間，光伏發(fā)電技術(shù)可以發(fā)揮其作用，所以各部門應(yīng)大力推廣和實施此項技術(shù)，為我國電力產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

2 光伏發(fā)電技術(shù)于我國智能化綠色變電站中的應(yīng)用

某110kV 變電站建設(shè)中引入并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用多晶硅太陽能電池組件，將電池最大功率設(shè)置為280W，該系統(tǒng)共用36塊型號組件，通過串聯(lián)的形式形成一個支路，整個系統(tǒng)開路電壓調(diào)整為44.8V。逆變器輸出的交流電為380V 三相交流電，裝機總功率為10kW，對應(yīng)輸入端接入一臺STP10000TL 逆變器。光伏組件采用雙軸跟蹤方式，可以從方位角、傾角兩個方向運動跟蹤，與單軸追蹤方式相比，發(fā)電量可以至少提高20%～25%。下面對其設(shè)計應(yīng)用思路進行分析梳理。

2.1 A市太陽能資源分析

案例變電站位于A 市，該市常年氣溫保持在22.5℃，每年日照時數(shù)為2000～3200h，日輻射總量為3.71～4.35kWh/m2。結(jié)合表1，A 市作為日常時間較短的地區(qū)[2]。并且蘊含著豐富的太陽能資源，因此比較適合建設(shè)太陽能光伏電站。

表1 我國日照時間長短地區(qū)級別

2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分析

在建設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)上，要做好方位角和傾斜角的控制工作，通常情況下，通常太陽能電池組件吸收的太陽能量會受到電池陣列安裝的影響，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置中，太陽電池方陣方位角一般設(shè)置方陣垂直面和正南方向的夾角，其目的是確保太陽電池能夠提供最大的發(fā)電量，要將方陣朝向正南，在安裝太陽能光伏發(fā)電板上要保持一定程度的傾斜角，以此更加合理地接收輻射光能。一般情況下，要分析各地的經(jīng)緯度，如緯度較高時，傾斜角也要較大。經(jīng)資料顯示，A 市緯度為22°，所以傾斜角也要依據(jù)20°來安裝。

光伏發(fā)電系統(tǒng)通過利用光電效應(yīng)將太陽輻射轉(zhuǎn)化為直流電能。系統(tǒng)的核心是光伏組件，由多個光伏電池片組成。當(dāng)太陽光照射到光伏電池上時，光子與半導(dǎo)體中的原子相互作用，激發(fā)出電子和空穴。這些電子和空穴在半導(dǎo)體中形成電荷分離，從而產(chǎn)生電流。光伏電池片連接在一起形成光伏組件，并通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式構(gòu)建光伏陣列。光伏組件中的直流電流經(jīng)過直流隔離器進入逆變器。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以適應(yīng)供電網(wǎng)絡(luò)的要求。然后，交流電被輸送到電網(wǎng)中或供給給本地用電負(fù)荷。為了確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，系統(tǒng)通常還包括其他組件，例如電池儲能系統(tǒng)、逆變器控制器、電網(wǎng)連接裝置等。這些組件可以幫助調(diào)節(jié)能量的存儲和分配，以滿足電網(wǎng)需求或在斷電情況下提供備用電源。

2.3 光伏發(fā)電應(yīng)用思路分析

在變電站中應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)的思路如下所示：在建筑屋頂安裝太陽能電池板，借助太陽能為變電站供電。在變電站供電上會借助由主變低壓側(cè)通過10（20）kV/380V 降壓變供電[3]。為保障供電的安全與可靠，光伏發(fā)電系統(tǒng)在建設(shè)期間要采取并網(wǎng)運作的模式。具體包括兩個供電來源，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)以及10（20）kV/380V 降壓變，當(dāng)站用電負(fù)荷缺乏太陽能供給時，會使供電方式發(fā)生改變，站用電負(fù)荷在有太陽能的時段時，光伏發(fā)電系統(tǒng)與降壓變共同供電。據(jù)調(diào)查：A 市電網(wǎng)應(yīng)用的模式為固定電源供電，在具體應(yīng)用期間，為避免出現(xiàn)孤島效應(yīng)，光伏系統(tǒng)在380V I 段母線電壓消失時，會于200ms 內(nèi)和I 段母線斷開連接。

2.4 實際運作情況

A 市建設(shè)的光伏發(fā)電系統(tǒng)不應(yīng)用蓄電池，在系統(tǒng)建設(shè)期間，該系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器將產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為與電壓，電網(wǎng)電壓同相，同頻的交流電，當(dāng)建設(shè)的光伏系統(tǒng)發(fā)電量可以滿足控制回路的需求，則系統(tǒng)會處于停止?fàn)顟B(tài)。如果光電板對外發(fā)出的直流電量出現(xiàn)明顯不足的現(xiàn)象，會逐漸啟動逆變器控制回路系統(tǒng)，使整個光伏發(fā)電系統(tǒng)處于停止的狀態(tài)。

該系統(tǒng)在使用過程中采用最大功率跟蹤法，將并網(wǎng)逆變器輸入端口的光電板功率設(shè)置超過最大功率的6%。光伏系統(tǒng)對外輸出的交流電電壓，經(jīng)過逆變器DC/AC 變換后，接入380V 交流側(cè)配電網(wǎng)，并且與配電網(wǎng)電壓保持同步，負(fù)荷會優(yōu)先消耗掉其發(fā)出的電力，緩解城區(qū)及高用電負(fù)荷區(qū)域白天供電壓力，起到節(jié)約化石能源、減輕環(huán)境污染的作用[4]。

2.5 效益分析

在計算上以燃燒煤炭的火力發(fā)電項目為參照依據(jù)，以年為單位將節(jié)能減排效益加以計算，相關(guān)信息如下：年發(fā)電量14500kWh、節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5300kg、減排碳粉塵3954kg、減排二氧化碳14209kg、減排氮化物220kg。對于A 市來說，如在變電站建設(shè)上安裝10kW 屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)，會補充A 市的電力，對環(huán)境不會產(chǎn)生污染，同時在白天也能發(fā)揮“削峰”作用。

3 光伏發(fā)電光伏電池組件在變電站中安裝方式和保障對策

3.1 光伏電池組件的安裝和位置選擇

在變電站中應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)，要對光伏電池組件做出合理的安裝，也要明確各組件的安裝位置。在柱上安裝要結(jié)合電池板離地的高度，來選擇安裝的位置。在地上安裝是最簡單的一種安裝方式，但此種安裝方式需變電站空地較多，所以在敞開式變電站中可以應(yīng)用在地上安裝的方式。在屋頂上安裝是大部分變電站會應(yīng)用的安裝方式。究其原因，在屋頂上安裝因位置較高，容易受到陽光的輻射。在墻壁上安裝會受到較多因素的影響，如會受到圍墻與建筑墻壁遮擋的影響，所以變電站很少應(yīng)用此種安裝方式。

3.2 光伏陣列的運作模式

進行固定式運行。在安裝光伏組件上要考慮其安裝穩(wěn)定性和安全性，固定式運行是現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛且技術(shù)相對成熟的一種模式；進行單軸跟蹤。在光伏組件安裝上角度的不同，接受太陽光輻射的總量也存在區(qū)別。據(jù)調(diào)查顯示：針對北緯30～40°的地區(qū)，應(yīng)用水平單軸跟蹤方式能將發(fā)電率提高約20%，水平單軸跟蹤即地面與單軸轉(zhuǎn)軸所成的角度為0°；雙軸跟蹤。雙軸跟蹤能盡可能與太陽電池對太陽光的應(yīng)用率保持相同，該安裝方式在不同的氣候和溫度下，雙軸跟蹤系統(tǒng)提高太陽電池發(fā)電量的程度也存在差異，如在較晴朗的地區(qū)可提升發(fā)電量30%～40%，在有霧氣的地方可提高發(fā)電量15%～20%。

選擇光伏陣列運行方式。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和資料顯示，在安裝和運行光伏組件上，善用跟蹤式運行模式能顯著提高發(fā)電量，如水平單軸跟蹤法對比傳統(tǒng)的固定運行法，能提高發(fā)電量18%～32%。而在緯度不同的地區(qū)，光伏組件運行方式也存在區(qū)別，比如在低緯度地區(qū)，一般采用水平單軸方式，而在高緯度地區(qū)，一般采用雙軸和斜單軸運行方式。

由此可見，要想提高光伏組件發(fā)電效率，不僅要考慮發(fā)電量提升的效果，同時還要重視可安裝光伏組件數(shù)量變化上，例如在水平單軸跟蹤應(yīng)用中，該方式為橫向支撐整體旋轉(zhuǎn)，所以在運作期間能承擔(dān)較多的風(fēng)荷載，在實際布置期間，相關(guān)人員也要關(guān)注組件和地面角度變化帶來的陰影遮擋等因素，以北緯30° 10×10m 的地面為例，綜合考慮上述影響因素，并做出具體的測算，經(jīng)調(diào)查了解到，基于固定運作模式下能安裝32塊光伏電池板，基于水平單軸跟蹤運行模式下能安裝24塊光伏電池板，雙軸跟蹤模式下能安裝16塊光伏電池板。表2是結(jié)合上述因素，不同運作模式光伏組件的發(fā)電量的對比數(shù)據(jù)。

表2 不同運作模式光伏組件的發(fā)電量的對比

綜合表2數(shù)據(jù)能了解，基于發(fā)電量角度來分析，幾種運作模式差異不大，除了考慮發(fā)電量因素之外，也要將關(guān)注重心聚焦在運行模式的安全可靠，價格成本以及建設(shè)完畢之后的維修費用上。

3.3 特殊運作環(huán)境下的防范對策

第一，進行抗風(fēng)沙防范對策。結(jié)合各地最大風(fēng)速來設(shè)計光伏電池組件的支架和基礎(chǔ)，同時針對支架的金屬表面要做出熱鍍鋅處理，避免受到風(fēng)沙的腐蝕與沖刷，同時為保障各組件和設(shè)備能正常發(fā)揮作用，不受外界因素的影響，可實施針對性的抗風(fēng)沙舉措，比如采用外部阻擋風(fēng)沙的方式，或者在光伏電池組件基礎(chǔ)上進行抗風(fēng)沙設(shè)備的設(shè)置。

第二，抗污穢措施。相關(guān)人員要定期清洗各組件，維護電池發(fā)電的效率，或者結(jié)合組件運行情況設(shè)計小型微水循環(huán)系統(tǒng)，如遇惡劣的環(huán)境與天氣，要定期清洗各個組件，同時也要派遣專人應(yīng)用除塵設(shè)備來清理組件表面的灰塵。

第三，抗雨水浸泡措施。10°是太陽電池板和水平面的最小傾斜角，在設(shè)計期間保持10°的傾斜角，可以保障雨水落在太陽電池板上第一時間滑落地面，防止太陽電池板受到雨水浸泡?；蛘咴诮M件安裝基礎(chǔ)上應(yīng)用地腳支撐和混凝土臺的方式，保障光伏組件在安裝之后脫離屋面和地面，為保障組件發(fā)揮作用，也要在場地周邊實施排水處理。

第四，抗積雪對策。比如可以將組件表面設(shè)計為玻璃結(jié)構(gòu)，同時也可應(yīng)用自潔涂層，該涂層具備較高的光滑度，不容易產(chǎn)生積雪。在安裝上將組件朝向正南，保持其與地面有夾角，保障在寒冷的冬季也能受到太陽能較大的輻射。

3.4 做好光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷設(shè)計

為保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的運作安全，要針對該系統(tǒng)運作情況進行防雷設(shè)計，具體的保障措施如下所示：第一，實施防直擊雷保護措施，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中實施防直擊雷保護對策，引進相關(guān)的設(shè)施，能保護太陽電池方陣，為達到防直擊雷的目的，在安裝和設(shè)計期間，要連接屋頂電池陣列鋼結(jié)構(gòu)和屋頂避雷網(wǎng)帶。第二，實施一級防雷保護措施，比如可以在盒內(nèi)安裝設(shè)計過電壓浪涌保護器。

綜上所述，在變電站中應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)對我國變電站運營和發(fā)展起著較大促進作用。光伏發(fā)電技術(shù)在轉(zhuǎn)換能源上產(chǎn)生的污染性較低，不僅起到環(huán)境保護的作用，同時也能減少能源消耗。本文以A市變電站應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)為例，分析出光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的思路和應(yīng)用取得的效益，并探究出安裝光伏電池組件的要點，提出保障光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的措施，希望可以為各部門提供參考。