太阳能并网光伏发电系统设计研究

太阳能并网光伏发电系统设计研究

贾志杰  薛会合  张翔宇  张彬岳  周昱辰

中电建宁夏工程有限公司， 宁夏 银川 750000

摘要：太阳能光伏发电系统是一种新型的能源技术，它已成为全球各国进行可再生能源开发的重要途径之一。目前，世界各国的光伏发电系统正处于快速发展阶段，在未来的时间里，光伏发电系统将成为重要的能源供应方式之一。

关键词：太阳能并网；光伏发电系统；设计要点

中图分类号：TM615

文献标识码：A

引言

近年来，光伏发电容量持续增长，已在全球范围内建成大量的光伏发电站。发电站不仅建设在阳光充足的地区，也逐渐拓展到了更多地方，包括城市和偏远地区，光伏技术的持续进步促使光伏电池的效率不断提高，同时成本不断降低。高效率的太阳能电池板更加经济实惠，促进了光伏发电的普及。但是，光伏发电仍然面临着诸多技术挑战，如储能、智能电网和成本降低等。未来，随着技术的不断创新和政策的持续支持，光伏发电并网将在清洁能源领域继续发挥重要作用，为实现可持续能源做出更大贡献。

1光伏发电并网系统概述

光伏发电并网系统是一种将太阳能光伏电能转化为电力并将其与电网相连接的能源系统，该系统凭借清洁、可再生、分布式等诸多优点，其发展在能源领域引起了广泛的关注。光伏发电并网系统的基本原理是利用太阳能光伏电池将阳光转化为电能，然后将电能经过逆变器等设备处理后接入电网，其核心在于光伏电池的光电效应，即在光照射到光伏电池上时，光能被转化为电能，使光伏发电系统能够在阳光的照射下发电，同时也使系统可以通过电网实现能源的双向流动，包括电能的注入和抽取。光伏发电并网系统的工作原理比较简单明了，即光伏电池组件吸收阳光中的光能产生直流电，然后由逆变器将直流电转换为交流电，使其与电网同步，最后交流电通过电网供应给众多家庭、工业或商业用户，反之，也可以从电网中获取电能以满足自身需求，双向流动的电能实现了系统的智能化和高效性。

2太阳能并网光伏发电系统设计要点

2.1光伏阵列

光伏阵列的设计主要是根据当地的光照情况、地理环境等因素，选择适合当地条件的光伏组件，并对其进行合理安装，从而确保所安装的光伏组件能最大程度地吸收太阳辐射能量，并将其转换为电能，从而满足当地用电需求。在设计过程中，应考虑到以下方面：

（1）确定所选光伏组件的参数。光伏组件的参数主要包括太阳能电池板的最大功率点、光伏电池板的I-V特性曲线、光伏电池板的光致衰退特性曲线、光伏电池板的开路电压特性曲线、光伏电池板的短路电流特性曲线等。由于影响太阳能电池板发电效率及输出功率高低的因素有很多，如太阳能电池板组件材料、安装倾角、环境温度等，因此，在进行光伏组件选型时，应考虑各因素对输出功率及发电效率影响程度，从而合理地选择与之相匹配的光伏组件。

（2）确定阵列排列方式。目前，常用的光伏阵列排列方式有斜列排列（PV/PF）、水平排列（PV/PS）以及垂直排列（PV/PS）。在实际应用中，还应根据当地日照情况及太阳能电池板安装位置等因素选择合适的阵列布置方式。在设计过程中，应综合考虑不同太阳辐照强度下所需安装位置的日照强度和光伏组件输出功率等因素来选择最佳太阳能电池板排列方式。

（3）确定安装倾角。太阳能电池板在不同季节有不同的倾斜角，因此在实际应用过程中应根据当地日照情况和所选太阳能电池板特性曲线等因素确定安装倾角。一般来说，光伏组件应安装在当地最佳日照位置附近。在实际应用过程中，应综合考虑太阳高度角、纬度等因素来确定最佳安装倾角。

2.2太阳能跟踪系统

太阳能跟踪系统是太阳能光伏发电系统中重要的组成部分，它能有效地提高太阳能光伏发电效率，节省人力、物力和财力。目前，应用最多的是光电跟踪系统和光热跟踪系统。光电跟踪系统是通过光电传感器（如太阳能电池板）或光敏元件（如光伏组件）将太阳的光能直接转换成电能，其原理是使太阳光线始终对准太阳能电池板。这种方法的优点是成本低，且具有较高的光电转换效率，但是该方法也有缺点。当太阳光照射到光电传感器上时，会使其产生热斑效应。此外，这种方法对太阳光的强度有一定要求。光热跟踪系统是利用热效应原理将太阳光聚集起来，再通过一定的方式将这些太阳热能传递到需要供热的设备上。这种方法主要是利用了太阳辐射能的辐射和热能来进行发电，其原理是通过改变阳光照射角度或太阳高度角，使太阳能电池板上形成的光电流向有利于光伏电池板发电方向运动。由于光热跟踪系统具有较高的光电转换效率，因此它适用于大型太阳能光伏发电系统。虽然光伏发电系统具有较高的光电转换效率，但是太阳能电池板是一种特殊材料制成的器件，其电气性能、机械性能等与普通材料有一定的差异。如果不对其进行改造，当光伏发电系统在运行过程中遇到强风或雨雪等天气时，容易产生大量静电，从而影响光伏电池板的使用寿命和发电效率。因此，为保证光伏发电系统高效稳定地运行，应对其进行改造升级，以使太阳能电池板能适应恶劣天气。目前常用的改造方式是采用太阳能跟踪系统和光电跟踪系统相结合的方式。

2.3电池储能系统

在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏发电系统对环境的影响，通常采用电池储能系统，在电池储能系统中，为了更好地提高它的效率，必须保证电池储能系统的安全，因此必须对其进行有效的设计。根据目前的研究情况来看，为了使电池储能系统具有安全性和稳定性，必须保证其具有较高的效率。同时，还应该对电池储能系统进行合理的设计，在对其进行设计时需要充分考虑以下方面：（1）对电池储能系统中的能量进行合理的分配。在对其进行设计时必须充分考虑各部分能量之间的平衡性，只有这样才能够有效地提高其效率。（2）电池储能系统中应该安装相应的保护装置。目前在很多国家中都已经建立了相应的电池储能系统保护装置，但这些保护装置一般都是针对大型设备而设计的，因此在对其进行设计时必须充分考虑小型设备在运行过程中可能出现的故障。因此在对其进行设计时必须充分考虑小型设备在运行过程中可能出现的故障。在对电池储能系统进行设计时必须充分考虑它和电网之间的连接方式，只有这样才能够确保电池储能系统能够在电网发生故障时对其进行有效的保护。

2.4并网功率变换

光伏发电系统产生的直流电需要转换为交流电才能与电网连接，并网功率变换技术就是实现该转换的关键技术，负责将光伏阵列产生的直流电转换为电网所需的交流电，并确保在不同工作条件下实现高效的能量转换。集中式逆变器是目前应用最为广泛的功率变换技术之一，能够将多个光伏电池板的直流输出电集中到逆变器中，然后将其转换为交流电，该技术具有成本低、安装简单的优势，适用于大规模光伏电站。微逆变器是一种分布式逆变器技术，每个光伏电池板都配备有独立的逆变器，可以实现对每个光伏电池板的单独控制，提高了系统的稳定性和效率，且微逆变器还具有监测和检测故障的功能。混合式逆变器结合了集中式逆变器与微逆变器的优点，适用于大规模光伏电站和分布式光伏系统，具有一定的灵活性。

结束语

分布式光伏发电站在实际运行的过程中，降低了碳排放，因此被大范围推广和应用，其在建设的过程中，以并网控制技术为核心，并细化分析、设计光伏阵列运行方式、光伏电池组件、最佳倾角、光伏厂区规划以及光伏组件的并网结构和串并联方案，以此提升整体运行有效性。

参考文献

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