光伏发电电气系统设计优化管理探究

光伏发电电气系统设计优化管理探究

张峻豪

中国华电科工集团有限公司 100031

摘要：随着国民经济的飞速发展，光伏发电现已成为国家节能的发展趋势，国家大力支持光伏产业的发展，使光伏技术得到了迅速发展。然而，光伏发电中仍然存在一些问题，特别是在电气系统的设计中，不仅存在地理和环境因素，而且还与原始电气系统协调。本文分析了光伏发电系统的设计方法，为光伏发电系统的设计和优化管理提供了新思路。

关键词：光伏发电；电气系统设计；优化管理

1 组成

典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图 1 所示。

图 1 典型光伏发电系统的构成

光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过 DC-DC 转换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统需使用到蓄电池储能，而并网型则不一定需要。

2 光伏发电概述

太阳能的光伏发电系统作用原理当前太阳能的光伏发电机制是利用太阳能电池的不均匀半导体或半导体和金属结合部位之间产生的电位差反应，把太阳能的光能辐射能量转变成电能的发电结构，结构构成是由太阳能电池板在前吸收辐射，连接太阳能发电放电控制器、恒流交流逆变器和蓄电池组，组成一整套的发电系统。太阳能光伏发电的电池板是太阳能光伏发电的核心，可以将太阳的光能辐射进行电能的转换，提供电力供应使用或进行储存；太阳能充电放电控制器是控制蓄电池的充电电流和电压的，能够安全、快速的为蓄电池充电，并在充电中尽量减少损耗。增加了蓄电池使用时限，同时减轻蓄电池负担，避免充电过饱和和放电现象的发生；逆变器的作用是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直电流逆变成 220 伏的交流电，交流负载使用；蓄电池组的作用是将太阳能阵列发出的直流电储存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池是处于充放电状态的，日照量大时，除了供给负载使用外，还要进行充电。

3 光伏发电电气系统的设计优化内容
3.1光伏方阵的设计优化
　　在光伏方阵设计上，要充分考虑当地的地理、气候和太阳能资源，这些是光伏方阵设计的基础和前提。，光伏组件的最佳倾角为偏离正南方向正负20度，而当方位角不为正南方向时，通常将光伏组件水平安装。此外，大于10度的倾角，有利于防止组件表面积水、积雪和积尘，保证光伏组件的正常运作。
3.2逆变器的设计优化
　　设计逆变器时，要注意充分考虑光伏空间及距离。当逆变器的光伏间距与光伏朝向存在距离差异时，或部分光线被阴影遮挡，可选用分散逆变的方式。当逆变器光伏方阵有统一集中的间距和朝向时，可选择集中逆变的方式设。设计集中逆变的方式，其操作过程更为简便，不仅如此，后续安装、维护更具便利性，与此同时此方法的成本消耗较低、工程有效利用率较高，可有效保障高质量输出电能，但此方式存在一定的缺陷便是难以灵敏高效的预防故障方式。设计分散逆变方式时，其节能效果显著，可有效减少输出电能的用功消耗，便于维修护理与操作控制，当其出现故障时，部分故障系统不会影响整体系统的正常运行，但是此维护成本较高。
3.3光伏系统的保护设计优化
　　在光伏系统保护设计上，要充分考虑到雷电对光伏的影响。对于直击雷，安装避雷针和避雷带。对于电磁感应产生的感应雷，要安装防雷器。在具体设计时，不仅要考虑到对光伏组件、设备的防护，还要将建筑原有的电气系统纳入防护范围。此外，光伏系统还应该保护建筑的结构安全，不破坏屋面防水，用压重增加支架的稳定性，如果屋面承重不允许采用压重的方式，则可以采用将支架与屋面结构连接的方式。
3.4光伏发电电气系统的整体设计优化
　　对光伏系统进行电气设计时，要充分考虑间和施工的实际环境情况，结合工程的整体要求与特点，避免出现规划不足，与设计矛盾。进行光伏电气系统设计时，要充分进行系统的现代化设计，考量对现有电气设备及系统的优化，提升电气系统的质量，延长其使用年限。除此之外，在进行光伏发电设计时，要结合其特点突破局限性，利用建筑物充分适应环境的特点，根据具体工程的地理条件、天气状况、气候信息等，选择最佳的光伏组件，以此为依据合理的设计光伏方阵的朝向与布局。选择适宜的装机容量，通常选择最佳参数设计光伏组串，准确计算光伏系统的发电量。

3.5设计风光互补发电系统

从本质上来讲，风光互补发电系统，是将风力发电技术与光伏发电技术有效结合的系统，能够根据地方的用电需求和资源配置，将二者共同应用，提高发电量的同时，加强电力供应的稳定性，为当地的经济建设与社会发展，提供更多的帮助，创造出更多的效益。风光发电系统与单一的技术系统不同，其是将风力发电系统和光伏发电系统共同组合的发电系统。该系统在运行过程中，并不会出现两种技术相互冲突的情况。例如，风光互补发电系统中，风能和太阳能，可以独立发电，也可以进行混合发电。具体选择的发电形式，依据当地的情况而定。风光互补发电系统的研究和应用，针对电力供应与配置，产生了较大的积极作用。控制部分主要是根据风力大小、光照强度及负载变化情况，不断地对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。风光互补控制器，是整个系统中最重要的核心部件，一般采用 PWM 无极卸载方式对蓄电池进行管理与控制。一方面把调节后的电能直接送往直流或交流负载；另一方面把多余的电能送往蓄电池组储存起来，当发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池储存的电能送给负载。在这个过程中，控制器要控制蓄电池不被过充或过放，保护了蓄电池的使用寿命，同时也保证了整个系统工作的连续性和稳定性。

4 结束语

综上所述，随着能源互联网的不断发展，新能源发电目前已进入高速发展阶段，目前，太阳能是重要可再生能源，在各行各业中都得到了广泛的应用，在资源能源需求越来越多的今天，光伏发电系统的出现，它不但降低了能耗与资源，对人们生存环境起到了保护的作用，同时也正在走进千家万户，降低人们的生活成本，改善社会的能源结构。因此，我们要对光伏发电系统电气设计方案不断进行研究，进而促进了社会的不断发展。

参考文献

[1]廖东进，黄观吉.离网光伏发电系统优化设计探索[J].科技创新与应用，2018（02）：140-142.

[2]明瑞，周少武.20MW光伏发电系统与电气一次设计[J].湖南工业大学学报，2017（02）：26-31.

[3]许冬梅，熊小俊，孙泽人，庞小霞.谈光伏发电系统电气设计[J].智能建筑电气技术，2017（02）：43-49.

[4]王乐天.我国太阳能光伏发电现状及发展前景分析[J].科学技术创新，2018（14）：194-195.