光伏并网发电系统初探

摘要：本文首先介绍了太阳能的利用方式，分析了光伏并网发电系统的基本组成，通过研究光伏发电系统的体系结构，解释了对于如何提高光伏并网逆变器的稳定性，加深对光伏并网逆变器的研究对提高整个并网系统的稳定性、提高效率、降低成本的意义。

关键词：光伏；太阳能；体系结构

引言

能源是人类赖以生存和发展的物质基础。近年来，伴随着人类社会经济的增长，各国对于能源的需求量越来越大。也正是由于社会对于能源的需求越来越旺盛，致使像煤炭、石油、天然气等传统的化石能源枯竭的速度越来越快。根据国际权威机构预测，全世界煤炭只能用220年，天然气只能用30到60年，而至于石油的开采也只有20年的时间了。大量化石能源的开发利用会给人类的生存环境带来严重的影响。比如向大气排放有害气体会造成酸雨、气候变暖、冰川融化等危害。

为了保护人类环境，同时也为了人类社会的可持续发展，寻找低碳、清洁的替代能源是实现人类社会可持续发展的必然选择。因此，关于可再生能源的开发利用已经被世界各国提上了议程。太阳能由于其清洁、高效、储量丰富等优点，近年来备受人们的关注。深入开展太阳能并网发电技术的研究，对于能源短缺和环境污染严重的今天以及对人类社会的可持续发展都具有深远的意义。

1.太阳能的利用方式

关于太阳能的利用方式有以下几种方式：发电、发热、生物利用、动力作用、光化作用等。但其中最常用的主要有三种方式：光―热转换，它主要是利用太阳辐射能将水加热，然后将加热的水应用于取暖、温室等。光―化学转换，利用太阳光照射将化学物质进行分解的一项技术。可以用作金属氢化物热分解储能等。光―电转换，主要是利用半导体材料的光生伏特效应制成太阳能电池，然后将太阳能直接转换成直流电能再变成我们能利用的电能加以利用。

综上所述，由于化石能源的短缺以及人类生存环境的破坏，如何开发和利用高效清洁的替代能源已经迫在眉睫，而太阳能发电技术也正是在这个时候应运而生。

2.光伏并网发电系统的基本组成

光伏发电系统是指能够将太阳能转化为电能的一套系统。根据太阳能发电系统与电网之间的关系，又分为光伏离网发电系统和光伏并网发电系统。光伏并网发电系统由光伏阵列、DC/DC和DC/AC变换电路、控制系统和电网等组成

（1）光伏阵列是由光伏电池组件串联和并联组成。它能将采集到的太阳光能转变成直流电能。电池的组件是由单晶硅、多晶硅、非晶体硅及其它类型的材料所制成。因此一般的光伏电池是由半导体器件构成，其输出特性具有强烈的非线性特性，该直流电能受日照强度、环境温度、负载电网情况等因素的影响。

（2）DC/DC和DC/AC变换电路 是将光伏阵列输出的直流电进行斩波和变流的装置。由于光伏阵列输出的电能会受环境因素的影响，因此，电能的质量和性能也会随之不断的变化，需要用DC/DC斩波电路来实现电压的下降和上升。又由于光伏阵列输出的电能是直流电，而电网接受的主要是三相交流电，所以需要通过DC/AC变换电路来实现从直流电到交流电的转变。

（3）控制器 就是能够使光伏阵列和变换电路稳定有序运行的一种控制装置。当光伏阵列输出功率随着环境不断变化时，控制器就会随着这种变化进行最大功率的追踪。至于DC/DC变换电路电压的变化和DC/AC变换电路的逆变，控制器都会准确有序地控制其变化，并且能实现整个过程快速、精确。

（4）电网 就是逆变器输出的负载。并网逆变器的目的是将光伏阵列输出的直流电逆变成三相交流电能送入电网供电网使用，所以电网就是逆变器的负载。逆变器输出的电能必须与电网的相位同步。

3.光伏发电系统的体系结构

众所周知，光伏发电系统追求最大的电功率输出，因此，系统的结构对电功率有着直接的影响。一方面由于光伏阵列的分布式会对发电功率产生重要的作用；另一方面由于光伏逆变器的结构也会随着功率等级的变化而产生变化。所以，为了更好发挥光伏阵列的效能，最大限度地利用光伏阵列，需要根据光伏阵列的输出电压和系统功率来选择合适的光伏发电系统体系结构。

光伏并网发电系统体系结构主要分为6种：集中式、交流模块式、串型、多支路、主从和直流模块式。集中式结构系统只采用一台逆变器结构，结构简单且效率高，适合大型光伏电站应用；交流模块式结构把并网逆变器和光伏组件集成在一起作为一个光伏发电系统模块。相比于集中式损耗更低，效率更高，扩展能力更强，灵活性也更大，而且整个系统工作起来也更加安全；串型结构是把光伏组件通过串联构成光伏阵列给并网逆变系统提供能量的结构，它结合了集中式和交流模块式的优点；多支路结构是由多个DC/DC变换器和一个DC/AC逆变器组成，它结合了串型和集中式的优点，提高了光伏并网发电系统的功率，降低了系统单位功率的成本，提高了系统的灵活性，也是光伏并网系统结构发展的趋势；主从结构是光伏并网发电系统的一种新型体系结构，它通过控制组协同开关，来动态地决定在不同环境下光伏

并网系统的结构，这种结构可以预期的达到最佳效果；直流模块式结构是由光伏直流建筑模块和集中式逆变模块构成，它主要特点就是将大量并联在直流母线上的光伏直流建筑模块发出的直流电能逆变为交流电能且实现并网，同时控制直流母线恒定，保证各个直流模块正常运行。它可以保证每个独立模块都能运行在最大功率点，提高了光伏阵列的效能。

对于以上所说的6种结构，每种结构都有其优缺点，主要是看它的应用场合，使其发挥最大的效能，以降低成本。

4.结语

光伏并网逆变器是光伏并网发电系统与电网连接的一个转接口，它也是光伏并网发电系统的关键设备之一。它可以将太阳能电池板所产生的直流电能转化为与电网电压频率相同、相位相同的正弦波交流电能。因此，光伏并网逆变器的性能也就决定了整个光伏并网发电系统的性能。对于如何提高光伏并网逆变器的稳定性，加深对光伏并网逆变器的研究对提高整个并网系统的稳定性、提高效率、降低成本有着重要的意义。

[参考文献]

[1]张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].修订2版.北京：机械工业出版社，2011.

[2]余运江. 单相光伏并网逆变器的研究[D].杭州：浙江大学，2008.

（作者单位：安徽理工大学 电气与信息学院，安徽 淮南 232001）