太阳能并网发电技术

太阳能并网发电技术

摘要：本文介绍了太阳能并网发电系统的原理、组成和优点，总结了太阳能并网对电网的影响。

关键词：太阳能并网发电影响电网

一、太阳能并网发电增长情况太阳能并网发电代表了太阳能电源的发展方向，是

21 世纪最具吸引力的能源利用技术。全球范围内太阳能光伏电池产能显著增长的同时，太阳能光伏并网发电的发展步伐逐年加快。据EPIA 统计数据，20 世纪末期，太阳能光伏并网发电容量开始出现逐年扩大趋向。

21 世纪以来，全球太阳能光伏并网发电年度并网容量增长44.1 倍，从2000

年的287MW递增至2008年的12.95GW,年均增长率达60.99%，同比2007年增长72.67%。

全球太阳能光伏并网发电并网累积总量增长10.5倍，从2000年的1.435GW增长至2008年

的16.4GW，年均增长率为35.6%，同比2007年增长60.78%；预计2010年的全球累积并网将接近30GW。

过去几年并网光伏装机主要集中于3 个国家：日本、德国和美国，主要是上述国家对于光伏发电支持性政策较多，而近几年其他诸如西班牙、韩国、葡萄牙等国家也相继出台了一系列政策鼓励太阳能光伏应用的发展。

近几年来，随着太阳能光伏并网发电技术的发展步伐逐步加快，发达国家的新增并网容量增长趋势愈发明显。随着光伏发电成本的降低和耗能发电成本的提高，总有一天光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。到那时候，光伏发电将会进入商业化应用阶段。

欧盟已成为全球太阳能光伏并网发电的主导区域，引领未来全球太阳能光

伏并网发电的发展。可以预测，欧盟太阳能光伏并网发电将于2010—2020年逐步大规模进

入主流能源市场，2020—2030年间接近电力市场高峰电价，在2020—2040年间接近电力市场平均电价。

二、并网发电系统的原理及组成通过太阳能电池（又称光伏电池）将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能电池发电系统（又称太阳能光伏发电系统）。太阳能发电是将太阳光能直接转换成电能的转换方式，包括光伏发电、光化学发电、光感应发电等。太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。地面太阳能光伏发电系统的运行方式，主要可分为离网运行和联网运行两大类。

光伏发电的能量转换器件是太阳能电池，又叫光伏电池。光伏电池为系统的基本单元，它是由太阳能电池单体串、并封装成的组件，根据系统的需要，太阳能电池再串、并联连接并装在支架上构成太阳能电池阵列( PV Array )。在光伏电池的两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能直接转换成了电能。光伏发电系统，是利用光伏电池方阵将太阳能转化为电能并储存到系统的蓄电池中或直接供负载使用的可再生能源装置。其工作原理是：白天，光伏电池组件接收太阳光，转换为电能，一部分供给直流或交流负载工作；另一部分

多余的电量可通过防反充二极管给蓄电池组充电，在夜晚或阴雨天，光伏电池组件无法工作时，蓄电池组供电给直流或交流负载工作。

光伏发电系统一般是包括光伏电池板、DC-DC变换装置、储能装置、电能输

出变换装置、控制器五大部分，见图1。

(1)光伏电池板：光伏电池板是系统的基本单元，当光照在电池阵列上时，电池吸收光能并产生光伏效应，将太阳能转化为直流电能。

(2)太阳能控制器：由于光伏电池阵列具有强烈的非线性特性，为保证光伏电池阵列在任何日照和环境温度下始终可以输出相应的最大功率，通常引入了光伏电池最大功率点跟踪( MPPT-Maximum Power Point Tracking )控制。

(3)DC-DC 变换装置：通过控制回路中功率器件的导通与关断，将光伏电池

阵列输出的低压直流电升压成高压直流电，为DC-AC逆变器的工作提供前提条件，能保证

在直流输入电压大范围变化的情况下输出稳定的高压直流电，并同时实现最大功率跟踪控制功能。

(4)逆变器：逆变器的作用就是将光伏电池板和蓄电池提供的低压直流电逆

变成220 伏交流电，供给交流负载使用。

(5)储能装置：蓄电池组一般是由一定数量的铅酸蓄电池经由串、并联组合而成，其容量的选择应与光伏电池阵列的容量相匹配。该部分的主要作用是光伏电池阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。

目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。太阳能电池并电发电系统是利用光生伏打效应原理制成的，它是将太阳辐射能量直接转换成电能的发电系统。它主要由太阳能电池方阵和逆变器两部分组成。

太阳能并网发电系统通过把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接

通过并网逆变器，把电能送上电网。家庭光伏并网发电系统的原理如图2 所示，白天有日照时，太阳光照射太阳能电池板后产生的直流电，经逆变器转换成交流电后供设备使用。所发电的电力超出设施的消耗电力时，剩余的电力将逆流到商用交流电网由电力公司购买（目前此制度在中国还没实施）。即使是阴天或雨天，根据日照量也可以发电。但是，所发的电量不能满足设施内的消耗时，不足的部分可从电力公司购买。夜间不能发电时，用于设施的电力，将从电力公司购买。

1.太阳能电池组件

太阳能电池片是一个单一的可发电器件，相当于一节有0.5v 左右电压的电池；而电池组件则相当于有多节电池经串/ 并联组成的电池组。太阳能电池组件的组成数量通常是由系统电压（蓄电池电压）来决定，通常组件电压是蓄电池电压的1.4-1.5 倍。例如：蓄电池电压为12v,组件工作电压一般为16.8-18V之间，那么电池片数量为18v/0.5v , 也就是36 片。所以常用数量36 或40 片，大功率组件为72 片。

经过封装后组合成可以独立作为电源使用的太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。

2.太阳能逆变器

太阳能逆变器是一种功率电子电路，能把太阳能电池板的直流电压转换为交流电压来驱动家用电器、照明及电机工具等交流负载，是整个太阳能发电系统的关键组件。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。

逆变器有两个基本功能：一方面是为完成DC/AC 转换的电流连接到电网，

另一方面是找出最佳的操作点以优化太阳能光伏系统的效率。对于特定的太阳光辐射、温度及电池类型，太阳能光伏系统都相应有唯一的最佳电压及电流，从而使光伏系统产生最大的能量。

三、并网发电系统的优点与离网太阳能发电系统相比，并网发电系统具有以下优

点：

1.利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。

2.所发电能馈入电网，以电网为储能装置。当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，提高系统的平均无故障时间和蓄电池的二次污染，并降低了造价。

3.光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，并且还使建筑物科技含量提高、增加“卖点”。

4.分布式建设，就近就地分散发供电，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系