太阳能光伏系统管理浅析李善凯

太阳能光伏系统管理浅析李善凯

李善凯

（山东水发清洁能源科技有限公司济南市唐冶）

摘要：太阳能已经被世界上许多国家确立为提高产业竞争力、保障能源安全和转型低碳经济的重要途径。将太阳能所产生的电能作为能源来源，并通过储能等技术手段实现能源优化配置，能提高整体经济效益和环境效益。本文基于太阳能光伏系统管理浅析展开论述。

关键词：太阳能；光伏系统；管理；浅析

太阳能作为一种绿色环保的可再生能源，其发展规划已被纳入建设生态文明、保障国家能源安全的战略高度层面。

1光伏发电技术原理

分类与特点，光伏发电技术是一种直接将太阳光的辐射转化为电能的发电模式，利用了半导体PN结的光生伏特效应。当太阳光照射在PN结上时，部分光被反射，其余部分或变成热能，或使光子与半导体的原子价电子发生碰撞形成空穴电子对。由于存在扩散运动，P区带正电，N区带负电，PN结两端产生电势差，如果将多个电池串联或并联在一起，接通外电路就会形成电压和电流，太阳能便被转化为电能。光伏发电技术最重要的组件就是太阳能电池，根据电池材料类型分为以下几种：（a)晶体硅。单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池；（b)非晶硅。薄膜太阳能电池；(c)多元化合物。CdTe太阳能电池、CuInGaSe2太阳能电池、CdS太阳能电池、GaAs太阳能电池等；d)化学染料。染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池。根据电池材料的研发阶段，光伏技术大致可分为三代。由于半导体材料的类型不同，每一代的整体效率和性能差别很大。第一和第二代光伏电池技术较为成熟，已投入大规模的商业化生产；第三代电池技术则多处于研发阶段。

2太阳能光伏技术的基本原理

光伏技术的基本原理是利用光电材料受光照之后发生光电转换，将光能转变成电能。太阳能光伏电池是目前最为成熟的光生伏打电池，它是依据半导体光电效应，实现能量转换的器件。产生光电效应的材料有单晶硅、多晶硅、铜铟硒、硫化镉、砷化镓等，它们的光电转换原理基本相同。对于特定的太阳能光伏组件，光伏电池的输出特性主要与辐照强度及温度有关。光伏电池的短路电流随辐照度升高而升高（电压基本不变），开路电压随温度升高而降低（电流基本不变），所以，辐照度增加、温度降低将都有利于输出功率的增加。

3光伏系统与应用技术进展

3.1光伏系统与应用技术发展概况

光伏市场应用方面。截至2016年底，我国光伏发电新增装机容量为3454万kW，累计装机容量为7742万kW，新增和累计装机容量均为全球第一。其中，光伏电站累计装机容量为6710万kW，分布式光伏发电累计装机容量为1032万kW。2016年全年光伏发电量为662亿kWh，占我国全年总发电量的1%。光伏发电向中东部转移。在全国新增光伏发电装机中，西北地区为974万kW，占全国的28%；西北以外地区为2480万kW，占全国的72%。分布式光伏发电装机容量发展提速，2016年新增装机容量为424万kW，比2015年新增装机容量增长200%，中东部地区分布式光伏有较大增长。

3.2光伏系统与应用政策方面

国家发展和改革委员会、国家能源局、财政部等相关主管部门制定出台了一系列的管理办法、政策和措施，包括下调光伏上网电价、健全项目建设规模管理、全额保障性收购、光伏扶贫、光伏领跑者基地建设等，以应对光伏市场快速发展的态势及相关的新问题，为光伏产业的健康、可持续发展保驾护航。

3.3光伏创新方面

多项光伏关键技术取得了突破性进展，出现了多种光伏创新应用模式。在大型并网光伏电站方面，针对大型光伏电站电力汇集和接入问题，提出了一种光伏电站分散式直流串联升压汇集接入系统结构；突破了基于逆变器的光伏电站无功电压快速响应和协调控制技术，提出了涵盖光伏电站、就地控制器、光伏逆变器的大型光伏电站无功电压分层控制解决方案；推进虚拟同步机技术实用化，攻克了虚拟励磁调压、惯性控制和协调控制等关键技术；建成了我国第一个寒温(高原)气候的国家级光伏系统及平衡部件实证性研究基地和我国第一个MW级光伏系统和平衡部件野外公共测试平台。

4智能光伏系统设计

4.1电力调配设计

现有光伏系统主要由太阳能光伏组件、控制器、逆变器、配电柜、储能模块、电网及客户端等构成。依据现有光伏系统，增加中央管理服务器、可充电的信号二次储能模块和云通讯网络。中央管理服务器主要依据光伏组件和储能模块的数据状态（电能不足或电能过剩），完成系统控制。同时，中央管理服务器根据预测数据通过通信网控制其他光伏组件组团、储能模块组团及其他控制器控制组团生成与其他光伏系统电量剩余或不足进行交换的控制信号。太阳能光伏系统以光伏组件、逆变器、储能模块和电网为基础，以一个独立光伏系统为一个组团，同时可以添加多个光伏发电组团。发电组团不仅限于各地面光伏电站，还可以是家用分布式系统等等。各发电组团与中央管理服务器和云通讯网络连接，中央管理服务器对各发电组团双向控制，根据各组团控制器反馈信号，双向对各储能模块和外部电网之间进行电能调配。

4.2独立系统设计

太阳能光伏电站或家用分布式系统由多块光伏组件构成，每个光伏电站或每个家用分布式系统为一个发电组团。由于光伏组件依靠太阳能光照时间和光照强度进行光电转换，其发电量跟上述因素有直接关系。因此，可以将每块光伏组件或几块组件为一组，表面设置光线探测器，将光伏组件和探测器安装到太阳光追踪装置上，用来追踪调整光伏组件的光照方向和倾斜角，当光伏组件表面探测器检测到光伏组件表面状态的信息后（当前温度、光量、组件倾斜角等信息）并传送到系统控制中心。通过系统控制中心依据传回的检测信息，计算当前光伏系统所处经纬度、太阳高度角、追踪装置调整倾斜度和旋转方向及旋转度数，同时可将系统修正信息通过云通讯网络传送到中央管理服务器。

结束语

地球上的太阳能资源十分丰富，太阳辐射到地球表面的总能量约4×1015兆瓦/年，相当于36万亿吨标准煤，约为全球每年能耗的2000倍[1]。而且，太阳能具有清洁、安全、分布广泛、就地可取、无需运输等优势，是国际公认的最具竞争力的新能源之一。我国陆地每年接受太阳辐射的能量相当于2.4万亿吨标准煤，实际可利用的区域也十分广阔。把太阳能作为国家未来能源开发的重点，对经济可持续发展具有十分重要的战略意义。随着科技进步，光伏发电成本持续下降，光伏发电平价上网的目标会很快实现。由于光伏发电的诸多优势，其应用领域也会越来越广泛，在工商业用户侧、微电网储能、大型太阳能发电站、海水淡化、太空领域、光伏扶贫以及未通电地区的离网发电等场合具有很高的应用价值。

参考文献

[1]时璟丽.分布式光伏的愿景和挑战[J].能源,2018(Z1):133-135.

[2]查理.世界各国支持光伏产业发展的政策走向研究[J].特区经济,2018(11):109-110.

[3]郑欣,庄毅华,许维敏.上海轨道交通分布式光伏的示范应用与发展前景[J].绿色建筑,2018,10(06):17-20.

[4]江松,李东波,顾锋,童一飞.光伏电池片自动串焊产线信息管理系统研究与开发[J].机械设计与制造工程,2018,47(11):87-90.

[5]关晓晴,何安然.电导增量法在光伏系统MPPT中的分析与改进策略[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2018,38(06):81-86.