分布式光伏發(fā)電的原理是什么？

前言

今年的國家經濟工作會議提出：將“做好碳達峰、碳中和工作”作為 2021年的主要任務之一，而我國高速公路里程 15.5萬公里，對能源的需求與日俱增，碳排放量增速明顯。

為了實現采用減少碳排放量，采用清潔能源替代的方式。本文主要講述針對高速公路服務區(qū)建立光伏儲能電站，通過光伏電板借助儲能系統(tǒng)，依托智慧能源管理平臺，可以像“充電寶”一樣儲存著空閑時間電能，在需要的時候也能釋放電能，過程完全綠色無碳，為“碳達峰”目標做出不可或缺的貢獻。

一 實事背景

近日，G40滬陜高速（上海段）長興島服務區(qū)光伏分布式發(fā)電項目正式并網發(fā)電，標志著上海高速公路服務區(qū)分布式光伏發(fā)電項目建設成功。

上海長興島服務區(qū)光伏車棚發(fā)電項目充分考慮服務區(qū)的停車區(qū)的整體規(guī)劃，利用西側服務區(qū)停車場區(qū)域布置光伏組件231塊，以1個并網點就近接入用戶服務區(qū)配電室380V母線上，采用“自發(fā)自用，余電上網”模式接入電網，預計運營期25年。該光伏車棚項目的啟用將為配套的新能源車充電樁提供約12萬度/年，可為電動汽車供20多萬次的充電服務，減少二氧化碳排放量92.64噸/年，相當于1800畝樹林一天的減排量，所釋放的氧氣可供116000人全天呼吸之用。長興島服務區(qū)光伏車棚項目所延展的“光伏”與“車棚”產業(yè)效能，充分利用太陽能研發(fā)的清潔電力的充電方式，使其可以成為綠色環(huán)保車，能夠無憂暢行。

二 服務區(qū)分布式光伏發(fā)電分析

1.服務區(qū)分布式光伏發(fā)電原理

分布式并網光伏系統(tǒng)是利用光伏組件將太陽能直接轉變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式，并且能一定程度保證發(fā)電的穩(wěn)定性、可靠性及供給配電網電能質量，是一種新型的、環(huán)保型且具有長遠

發(fā)展前景的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)在高速公路服務區(qū)在場地或附近建設運行，以用戶側自發(fā)自用為主、多余電量上網且在配電網系統(tǒng)平衡調節(jié)為特征的光伏發(fā)電設施。它能夠就近逐步解決用電問題，通過并網送去實現供電差額的補償與外送。光伏電源處于用戶側，可以合理減少對電網供電的依賴，減少線路損耗。通過借助建筑物表面，將光伏蓄電池作為建筑材料，從而合理地增加光伏電站的占地面積。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模較小，可以根據實際要求進行建設，建設區(qū)域選擇性較大，在未來能源綜合利用發(fā)展中有很大的發(fā)展空間。

2.分布式光伏發(fā)電過程中的影響

光伏并網柜在運行中，會出現電網側電壓、頻率等方面的波動對本站造成沖擊、負荷過高等現象，不僅會對電網設備造成損壞還會威脅到維護人員的生命安全。諧波問題是光伏發(fā)電的主要問題，光伏發(fā)電使用交、直流逆變器，由干逆變器是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，把直流電轉變成了交流電,在此環(huán)節(jié)會產生諧波問題。另外由于光伏項目的不確定性，造成輸出功率的隨機波動，導致電網頻率偏差，電壓波動與閃變等。

3.防孤島效應的危害

當孤島效應發(fā)生時，負荷大于或者小于光伏發(fā)電功率，電網不能控制供電孤島的電壓和頻率，電壓幅值和頻率的漂移會對用電設備帶來破壞。當電網側停電檢修，若并網光伏電站的逆變器仍在繼續(xù)供電，維修人員不一定意識到分布式系統(tǒng)的存在，從而可能危及維修人員的安全

如果逆變器仍然在發(fā)電，由于并網系統(tǒng)輸出電壓和電網電壓之間產生相位差，當電網重新恢復供電時會產生浪涌電流，可能會引起再次跳閘或對分布式發(fā)電系統(tǒng)、負載和供電系統(tǒng)帶來損壞。

4.光伏發(fā)電綜合監(jiān)測解決方案

利用防孤島保護裝置采集并網電壓、頻率及電網進線電流等信號，當發(fā)生孤島現象時，快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離。同時配置電能質量在線監(jiān)測裝置，對電壓諧波、電壓波動與閃變、頻率偏差、電壓不平衡度、電壓暫降/暫升/短時中斷等進行實時監(jiān)測。通過這些設備在光伏并網柜中的使用，為電網的可靠運行提供保障。

三 服務區(qū)分布式光伏發(fā)電產品

1.產品一次上圖

2.防孤島裝置

AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網供電系統(tǒng)。當發(fā)生孤島現象時，可以快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

3.電能質量在線監(jiān)測裝置

APView500電能質量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照 IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中規(guī)定的各電能質量指標的測量方法 進行測量。集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、 事件記錄、測量控制等功能為一體。

四 服務區(qū)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

1.發(fā)電效率監(jiān)測

綜合看板：顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發(fā)電功率。累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

配電圖：以配電圖的形式直觀顯示光伏電站的運行狀態(tài)， 實時監(jiān)測各逆變器的電壓、電流、輸出功率等電參量。

電站狀態(tài)：展示當前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。統(tǒng)計當前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

電站發(fā)電統(tǒng)計：展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.逆變器狀態(tài)監(jiān)測

逆變器狀態(tài)：日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。 直流側電壓電流查詢。

逆變器曲線分析：展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

逆變器發(fā)電統(tǒng)計：展示所選電站各個逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

五 總結

未來，將繼續(xù)以上海市“十四五”規(guī)劃目標為指引，積極探索光伏發(fā)電帶領的能源變革在高速公路服務區(qū)的運用，按照“交通+能源”發(fā)展清潔低碳路沿經濟的思路，滿足未來電動汽車飛速發(fā)展對服務區(qū)用電量的需求。

審核編輯 黃昊宇