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并网光伏发电电站的应用及案例

时间:2012-05-24 10:24来源:未知 作者:林辉群 点击:
我国面临着严重的环境问题和能源问题,节能是建筑外围护结构行业的重要责任,我国建筑能耗是相同气候条件发达国家的 2至3倍。国家发改委发布了我国第一个《节能中长期专项规划》,要求在十一五期间新建筑严格实施节能50%的设计标准,其中北京、天津等少数大城市率先实施
        我国面临着严重的环境问题和能源问题,节能是建筑外围护结构行业的重要责任,我国建筑能耗是相同气候条件发达国家的2至3倍。国家发改委发布了我国第一个《节能中长期专项规划》,要求在“十一五”期间新建筑严格实施节能50%的设计标准,其中北京、天津等少数大城市率先实施节能65%的标准。建筑节能是提高住宅舒适度、降低运行费用的基础,也是可持续发展的迫切要求。建筑节能的65%主要由建筑围护系统承担。到本世纪一二十年代,光电成本估计将有可能降低到与常规电价相竞争水平,幕墙企业、设计师将和能源企业、工程师相结合,促进光电屋顶发展。光电屋顶作为有效地节能建筑围护系在中国的大规模推广应用是可以预见的,光电屋顶推广应用除了有关研究开发机构及公司企业进一步努力之外,很重要的一个方面,还需要政府有关机构和部门对其重要性和迫切性进一步提高认识,进一步扩展其战略规划和发展计划,进一步制订有效的扶持政策和措施,进一步加强指导和引导,使光电幕墙、光电屋顶在不太长的时间内,大规模合理应用,大规模健康发展。    
 
    并网光伏发电系统的优势
    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。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。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,省掉蓄电池,比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达35%一45%,从而使发电成本大为降低。省掉蓄电池并可提高系统的平均无故障时间和蓄电池的二次污染。

    (3)分布式安装,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统抵御战争和灾害的能力,又有利于改善电力系统的负荷平衡,并可降低线路损耗。
    (4)可起调峰作用。联网太阳能光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点,是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势,市场巨大,前景可观。

    并网光伏发电系统设备构成及类型
    太阳能电池发电系统原理是利用光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集,并在外电路中产生电流,从而获得电能。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,太阳能电池方阵发出的电经过并网逆变器将电能直接输送到交流电网上,或将太阳能所发出的电经过并网逆变器直接为交流负载供电.
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1  并网发电原理图
    1.太阳能电池组件
    一个太阳能电池只能产生大约0.5伏的电压,远低于实际使用所需电压。为了满足实际应用的需要,需要把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池,这些太阳能电池通过导线连接。如一个组件上,太阳能电池的数量是36片,这意味着一个太阳能组件大约能产生17伏的电压。
    目前工程上应用的太阳能电池方阵多为由一定数量的晶体硅太能电池组件按照并网逆变器的电压要求来进行串、并联组成。通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件,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。
    2.直流/交流逆变器
    将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池发出的是直流电,而一般的负载是交流负载,所以逆变器是不可缺少的。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正弦波逆变器。逆变装置的基本结构,除上述的逆变电路和控制电路外,还有保护电路、输入电路、输出电路等;并且还可对频率、电压、电流、相位、有功与无功、同步、电能品质(电压波动、高次谐波)等进行控制,具有如下功能:
   
① 自动开关 根据从日出到日落的日照条件,尽量发挥太阳电池方阵输出功率的潜力,在此范围内实现自动开始和停止。
   
② 最大功率点跟踪(MPPT)控制,对跟随太阳电池方阵表面温度变化和太阳;辐射度变化而产生的;输出电压与电流的变化进行跟踪控制,使方阵经常保持在最大输出的工作状态,以获得最大的功率输出。
   
③ 防止(孤岛)运行,系统所在地发生停电,当负荷电力与逆变器输出电力相同时,逆变器的输出电压不会发生变化,难以察觉停电,因而有通过系统向所在地供电的可能,这种情况叫做孤岛运转。在这种情况下,本应停了电的配电线中又有了电,这对于安全检查人员是危险的,因此要设置防止单独运行功能。
   
④ 自动电压调整,有剩余电力逆流入电网时,因电力逆向输送而导致送电点电压上升,有可能超过商用电网的运行范围,为保持系统电压正常,运转过程中要能够自动防止电压上升。
   
⑤ 异常情况排解与停止运行,当系统所在地电网或逆变器发生故障时,并网逆变器的保护功能应控制逆变器停止运转,以便及时排查。
并网光伏系统可分为集中式大型并网发电系统和分散式小型并网光伏系统两类型。大型并网光伏电站的主要特点是所发电能被直接输送到电网上,由电网统一调配向用户供电,如下图2所示。
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2 大型并网发电光伏图
    分散式小型并网光伏系统主要特点是,所发的电能直接分配到用户的电用负载上,多余或不足的电力通过并接电网来调节。住宅系统可分为有逆流系统和无逆流系统两种形式。有逆流系统,是在光伏系统产生剩余电力时将该电能送入电网,由于与电网的供电方向相反,所以称为逆流。当光伏发电系统不够时用电网供电,这种光伏发电系统是为用电负载小所发的电能或负载用电时间和发电时不相匹配设计的(图3)。
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     图3   有逆流系统图
    无逆流发电系统,是指发电系统当天所发的电小于或等于负载用电量,电量不够时电网提供系统和电网并接向负载供电,该系统发出有多余的电能;也只能对其加以处理,如图。
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4 无逆流系统图
    分散式小型并网光伏系统又分为带蓄电池发电系统和不带蓄电池发电系统。带蓄电池发电系统应用性强,出现电网停电、限电、抢修等情况时仍可正常运行。
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 图5 带蓄电池并网光伏系统图
    住宅并网发电光伏系统通常是白天的发电量大于负载用电量,晚上光伏系统不发电而负载耗电量大。将光伏系统和电网相接,就可以将白天发的电多余部分存到电网中。根据用电随时取用,不用蓄电池。
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6   不带蓄电池并网光伏系统图
    建筑与光伏系统的组成
    光伏系统电太阳能组件可以安装在建筑物的屋顶上,引出端经过控制逆变装置与电网联接,由光伏系统和电网并联向用户供电,多余的向电网反馈,不够向电网取用。光伏系统电太阳能组件可以与建筑材料相结合,或者利用支架安装在屋顶上。采用玻璃幕墙做成集成化。其功能是启保护内部属及做装饰的作用。把屋顶、外墙、遮阳板、窗户等等材料用光伏发电系统来代替,既能作为建筑材料和装饰材用。能发电,一举两得。使光伏发电系统的造价降低。这对光伏器件的要求更高、更新的要求,应具有建筑材料所要求的性能。如隔热保温、电气绝缘、防火阻燃、防水防潮、抗风耐雪、重量较轻、具有一定的强度和刚度且不易破裂等性能,还应具有寿命与建筑同步、安全可靠、美观大方、便于施工等。
    应用案例
    1、3360Wp并网光伏发电系统工程简介
    该系统是由珠海兴业新能源科技有限公司承建, 该项目建于公司大楼三楼楼顶上。光伏系统总设计峰值功率为3360Wp,与公司电网并接,当电网断电时,可独立给公司负载供电。还给展示台液晶电视供电。电池板全部采用6mm钢化超白玻璃+EVA+电池片+EVA+6mm钢化超白玻璃双玻光伏组件。投入运行以来,安全可靠、发电稳定、并网良好、达到设计标准。根据珠海的地理位置及气象气候条件,通过计算确定太阳能电池板摆放在正向朝南方向。倾角25~30度范围时能接受到的太阳辐射最多,发电量最大,为方便工程施工以及太阳能电池支架的制作,取倾角27度。光伏安装面积:约130
㎡,如图7所示:
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                     图7 太阳能电池板安装摆放图
1) 电气设备系统介绍
    系统主要由太阳能电池方阵、蓄电池组、双向逆变器、并网逆变器和控制设备组成。如图所示。
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 图8 带蓄电池并网光伏发电系统构成
    (2) 光伏系统工作原理
    光伏电池7块串联起来,经二极管集线箱把12组并联起来组成一组输出给逆变器。逆变器逆变出来的交流电与公司电网并接,中间接双向逆变器加蓄电池组储电,以便市电停电时候切换到蓄电池组供电给负载。太阳能电池正常发电时候,先通过双向逆变器向蓄电池组充电。蓄电池组充满电时,太阳能电池发出的电直接逆变到电网。当市电停电,失压脱扣器脱扣,失压脱扣器脱扣之后,发出信息给双向逆变器,双向逆变器逆变启动,蓄电池组投入使用,供电给负载使用。如图8所示
    3、运行曲线
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   电压-时间曲线
    4、 设备主要参数
    (1) 太阳电池方阵:由84块非晶硅薄膜太阳能电池,总功率为3360W,组件尺寸:1245mm×635mm×7mm,组件功率为40Wp。
    (2) 蓄电池组:选用2V900AH全密封免维护阀控铅酸蓄电池24只,组成48V900AH的蓄电池组。
    (3) 双向逆变器:全自动不间断运行,选用于5000W,额定交流电压230V,蓄电池电压为DC48V。功率强大、可靠、耐用、过载性能优良。
    (4) 并网逆变器:选用3000W,微电脑(CPU)控制技术,性能卓越,整机逆变效率高,节能环保;智能的电池充电管理和过充过放保护功能,延长电池使用寿命;适应温度范围宽,可高海拔使用。绝缘强度:1500VAC,1分钟;环境温度:-20
℃~+55℃;环境湿度:0-90%,不凝结;具有软启动、电池反接保护、输出过载/短路保护、电池欠压/过压保护、过温保护。
    (5) 控制柜:有直流输入控制,交流电网供电控制,并网电量计量、防雷保护等功能。
    5、数显监控系统介绍
    监控系统包括以下设备:辐射照度仪、温度计、风速计、控制器、调制调解器、终端控制(显示)设备、数据缆线等。
    通过电脑等相关终端的显示,可实现实时监控相关数据。通过程序转换相关的界面,可轻易转换终端(电脑、电视等)所显示的界面,并在界面中显示如系统温度、直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、交流功率、日发电量、总发电量、气象数据等信息,体现出系统运行效果。如图9所示:
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    图9 系统监控
    6、光伏系统优势
    (1)无须向国家电网申请:本系统所发出的电力只在建筑物内应用,对市政电网无任何影响。
    (2)系统稳定:与电网一起工作,使所有用电器在太阳能发电较少的情况下,直接转用市电,两个系统互为补充,安全可靠。
    (3)两种运行方式:系统可以运行在两种的运行方式中,当市电正常时候,光伏电池对负载供电;当市电停电时候,断开市电,由蓄电池组和光伏电池对负载供电。
    (4)实时监控:系统采用整套实时监控系统,可以实时监控系统的运行,以便操作人员对系统的监视。
    7、经济效益
    本项目方案按估计如期每年发出6023千瓦时的电力。我国常规电能以煤碳发电为主,煤碳发电量占全部发电量的70%以上,2001年我国煤碳发电厂平均每千瓦时电能耗用为360克标准煤。
    光伏系统发电每6023kWh,可省燃油1566升或省煤2吨,意味着少排放6吨的二氧化碳、71千克的二氧化硫和25千克氮氧化物,同时减少因火力发电产生的16吨粉尘,节约2.4万升净水。
    其它案例
    1、深圳万科中心办公楼屋项,发电峰值总功率为282KWp
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    2、深圳侨香村住宅房项目屋顶,发电峰值总功率为107KWp
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结束语
    长期以来,我国一直以煤炭发电为主,由于多年来无止尽的开采,我国煤炭储量已经不能支持我国电力的发展,加之使用化石能源带来了空气污染,水污染等环境的问题,中国正在以历史上最脆弱的生态系统,承受着历史上最多人口和最强的发展压力,作为能源消费大国,提高能源效率和发展新能源与再生能源已是燃眉之急。风光互补发电减少了对不可再生能源的利用和污染,用完美演绎了能源供应和环境保护的双重使命,体现了人与自然相互依存,和谐发展的理念。光伏发电具有地理分布范围广泛的潜能,使太阳能成为唯一新颖的能源来源而被应用于建筑中,从大规模、地域化的供电系统脱离出来。将太阳能光伏发电应用于外伶仃岛中,为珠海周边岛屿展示可再生能源的应用,体现建筑与高新技术的结合,并且为环境保护作出的巨大示范作用,为我国构建和谐社会,走可持续发展的道路作出瞩目的贡献。
(责任编辑:admin)
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