配电网中光伏发电技术的运用分析

资泓

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

0 引言

电能是独一无二的，是其他能源无法代替的，它是人们赖以生存的基础；我国幅员辽阔，作为可再生资源的太阳能取之不尽用之不竭，给我国光伏发电项目的建设打下了良好的基础；要想达到光伏电站的持续性发展，还需要对配电网中光伏发电技术进行深入探究，从而更好地实现我国能源的可持续发展。

1 光伏发电工程优势分析

光伏发电的过程原理就是利用光生伏特效应理论进行工作，在太阳能电池的帮助下，把丰富的太阳能资源变为电力资源。随着环境保护和绿色环保政策，光伏电站项目的建设也受到了广泛的关注。作为绿色环保型社会建设工程的基础，其在工程建设中的主要作用是光能和电能转换，满足社会用电需求，光伏发电使用的设备通常情况都是建设在人们居住的地方，以此达到电能更方便的传输到居民家中的目的。光伏发电系统由下边几个部件组成，其中有逆变器、储能电池、控制器以及光伏设备组件，以上各部件中最重要的就是光伏设备组件，光能部件可以将太阳能资源转化为电力资源，于此同时也可以更好的储存和使用，其简单结构如图1 所示。

图1 光伏发电原理

使用光伏发电技术进行发电有以下两个优势：①光伏发电技术能够很好打破传统的线路传输所带来的弊端，利用太阳能资源转化为电力资源直接传输到居民家中，大大节省了线路传输的时间。如果利用光伏发电技术进行发电，在电量非常充盈的情况，可以将多余的电力资源储存到电网系统中，从而实现用电效率，达到电网系统的科学持续发展。②光伏发电技术可以与别的新型能源一块使用，从而改善电能的使用效率，光伏发电技术这一优势不仅能大大改善居民用电质量，对国家的发展更是提供了巨大的贡献。关于其技术的使用要遵从实际，对于不同的地区地势要因地适宜，只有这样才能更好的体现光伏发电技术的优势，以此减轻不可再生资源的消耗。把光伏发电技术与配电网相结合，可以保证电网系统中电力充沛，配电网的其他环节也会随之改变。利用光伏发电可以实现电压的可控调节和优化，并能有效改善频率波动对电网系统的影响，从长远角度来看很大的程度上改善了电网的稳定性和经济性[1]。

2 光伏发电系统的构成

光伏发电系统结构比较复杂。光伏电源由多个光伏串联阵列、光伏模块、控制器（防雷汇流箱、直流配电柜）和交直流并网逆变器等组成。光伏并网发电结构如图2 所示。

图2 光伏并网发电的结构

2.1 光伏组件

光伏组件作为核心部件，由光伏组件片或由激光切割机机或钢线切割机切割开的不同规格的光伏组件组合在一起构成。由于单片光伏电池片的电流和电压都很小，所以要先串联后变成高压，然后通过并联得到到高电流，通过一个二极管输出，然后封装在一个不锈钢、铝或其他非金属边框上，安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封[2]。把光伏组件串联、并联组合起来，就成了光伏组件方阵，也叫光伏阵列。

组件类型如下。

（1）单晶硅：光电转换率≈18%，最高可达到24%，是所有光伏组件中转换率最高的，一般采用钢化玻璃及防水树脂封装，坚固耐用，使用寿命一般可达25 年，单晶硅如图3 所示。

图3 单晶体硅

（2）多晶硅：光电转换率≈14%，与单晶硅的制作工艺差不多，多晶硅的区别在于光电转换率更低、价格更低、寿命更短，但多晶硅材料制造简便、节省电能，所需价格低廉，所以能够大力发展，多晶硅如图4 所示。

图4 多晶体硅

（3）非晶硅：光电转换率≈10%，跟单晶硅、多晶硅的制作工艺不一样，是一种薄膜式太阳电池，其生成过程中相对单晶硅、多晶硅来说非常简单，其制作过程使用硅非常少，所需电能也很低，非晶硅最重要的优势就在于在弱光的环境下也可以发电，非晶硅如图5 所示。

图5 非晶体硅

2.2 光伏串联阵列的构成

光伏电源由多路光伏电池板串联阵列构成光伏组件[3]，如图6 所示。

图6 光伏电池板串联阵列

2.3 控制器

该控制器由多路光伏阵列防雷合流箱和直流配电柜组成。通过直流配电柜的开关，可以控制光伏容量，消除光伏组件故障。

2.4 直流-交流并网逆变器

逆变器就是将光伏矩阵中的直流电变化为交流电然后通入整个电网中。如果光伏发电出现问题时，逆变器会立即停止作业进入故障状态，相应的会发出信号提示。逆变器工作过程中都是无须人为干涉的。其自动检测电网是否满足并网条件，检测到条件允许后会自动进入并网模式。在其工作过程中，逆变器一直以最大功率点跟踪方式使光伏阵列输出的能量最大。当电网电压超出允许范围三相（250～362V）和电网频率超出正常范围（47Hz～51.5Hz）异常时，逆变器会自动断开与电网的联系，立即进入保护模式。当电网侧出现短路时，逆变器向电网输出的短路电流大于额定电流的120%，经延时与电网断开。

3 光伏发电的使用问题

近年来，随着可持续发展观的不断深入，世界各国都非常重视优化能源结构，在新能源开发利用方面大力推动分布式发电的技术应用与创新，而光伏发电技术在我国能源产业的发展中担任重要的角色。因此，大力发展包括光伏发电在内的可再生能源已成为我国保障能源供应、控制环境污染、促进节能减排、应对气候变化的战略选择。

3.1 安全方面

光伏发电与配电网系统的结合会影响配电网的电流和分散性能，同样会使整个电网存在安全隐患。当配电网处于短路状态时，光伏发电系统中的所有部件会集中向短路位置流入电流[4]，从而导致短路处的电流瞬时流量变大，对电力安全造成严重危害，也就是说，光伏发电如果在使用后连接到配电网，会使电路中的电流发生一些变化[5]。

3.2 检维修问题

利用光伏发电技术接入配电网中，在正常情况下都是在用电户处并网。因此，只要负载和输出相同，就会出现孤岛效应问题。此时，如果有检修人员对电网进行检维修作业时，只要配电网中的光伏发电设备没有采取正常的保护措施，就会给检修人员的人身安全带来极大的危险[6]。

3.3 计量问题

当光伏发电技术光伏发电技术通入配电网时，普通家庭如果想要使用的话，必须要安装成一套完整的光伏发电计量表，就目前而言无论从技术角度还是设备角度都很难杜绝出现漏电和偷电行为的出现，因此在很大程度上难以保证用电量的准确性，给工作人员的采集带来了很大困难。

4 解决光伏发电系统并网问题的措施

4.1 解决保护问题

在电网发生短路时，根据光伏发电原理可知，此时的电流不是很大，在光伏发电下游发生短路时一般会减少和保障电流效应，与之对应的缩小的区域和光伏发电的容量密切相关[7]。因此，光伏发电并网后，无须对电站内的10kV 开关增加其他保障措施。通过对保护定值应用的不断完善，可以起到很好的作用。

4.2 解决维护安全问题

在光伏发电技术中的孤岛效应在一定程度上很难避免。现阶段还没有很好的改进和监管办法，只能不断检查和完善相关政策，提高检维修人员的安全意识。在工作过程中，通过协商决策，规划配电网光伏发电的维护问题，在技术和安全方面加强管控，尽可能减少影响因素的发生，消除安全风险。

4.3 解决计量问题

在用电过程中，计量问题一直是存在争议最大的，为了更好地解决该问题，我们可以通过相应的法律宣传以及组相应的普法活动，普遍普及老百姓的法律意识，积极的对《电力法》和用电系统传播到每一个家庭，并通过多媒体等多方面的形式来组织用户定期学习，使人们能够深入了解盗电的违法行为。在进行普法的同时，也可以适当建立电力监控系统，对用电情况进行监控，对损坏情况进行报警或记录，不断完善监控设备，加强对用电情况的监督和指导，建立科学完善的计量体系，为人与社会的和谐发展提供安全保障。

5 结语

本文对光伏发电系统接入配电网的相关技术进行分析，提出了光伏发电接入配电网的条件与考虑因素，为配电网中光伏发电技术提供了理论指导和实际参考经验[8]。

如今，电网系统不断发展，在以后光伏发电将通过与更多的形式与配电网的衔接，通过不断完善光伏发电技术，建立一个科学、健康的配电网系统。在配合配电网开发建设的同时，如何最大限度地发挥和实现光伏发电系统的优势，还需要在实践中不断探索。