分布式微网光伏发电与储能系统的设计研究

[摘 要]随着工业文明的不断发展，全世界面临的最棘手的问题是能源与环境，开发利用新能源材料及相应的技术，将是解决这一问题最有效的方法。而太阳能相比常规能源而言，作为绿色环保的新能源，具有“取之不竭，用之不尽”的特点，因此太阳能将在资源可持续发展战略中扮演重要的角色；文章首先介绍了分布式光伏发电的研究背景及意义，阐述了其基本原理，并对其各组成部分进行了设计计算说明。

[关键词]分布式；光伏发电；储能系统；设计研究

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2017.06.071

1 研究背景及意义

能源一直是社会关注的焦点问题，因为它不仅关系到社会的发展，还会对自然环境产生巨大的影响。由于科技的不断发展，太阳能取得越来越广泛的应用；发展太阳能有着极其重要的意义；我国便于集中式发电站的发展地区主要集中在西部，但是这些地区的用电负荷低，就地消耗电能的能力较东部地区弱，如果对其他地区进行供给，需要长距离的输送。但我国的电力输送能力有限，加之光伏发电本身具有一定的波动性，这使得大规模的输送变得更加困难，为解决这种不平衡的现象，在东部经济较发达地区发展分布式光伏系统有巨大的意义。

2 分布式光伏发电系统的基本原理

分布式光伏发电作为近几年提出的“微电网”的一部分，基本原理是利用太阳能电池组的光生伏打效应，通过逆变器将电池所产生的电能直接转换成为可直接使用的交流电。其主体步骤为：①在太阳能电池在吸收一定能量的光子以后，半导体内产生电子空穴对，电子本身带负电，而空穴带正电；②电极性相反的光生载流子被太阳能电池产生的静电场分离开；③光生载流子和空穴分别被太阳能电池的正负极所吸收，从而在外电路中产生电流，进而形成电能；下面对系统部分进行逐个分析设计。

2.1 逆变器的分析设计

在太阳能光伏发电系统中，逆变器作为一个不可或缺的重要原件，会以消耗一定的电能来维持自身的运转，对于整个逆变器的效率而言，就是输入功率与输出功率之间的比较，在整个发电系统中，逆变器就是需要将太阳能的直流电转换成为交流电，对于太阳能电池的效率发挥着关键的作用。驱动升压部分采用TL494芯片进行DC-DC升压PWM控制；EG8010是一款数字化、功能比较完善自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片，可以应用于DC-DC-AC功率变换架构，内部集成SPWM正弦波发生器，符合光伏发电逆变器的技术要求。

2.2 控制器控制策略分析

众所周知，光伏发电系统受到太阳的光照强度以及周围温度的影响，导致电力输出的变化很大，所以需要根据太阳能电池所能产生的电能输出功率，找到最大功率的转换效率，即最大功率点后，就可以对太能进行更充分的利用。最大功率跟踪就是通过传感器监测整个电池板的输出，判断最大功率，通过调节，达到计算在最大功率输出条件下的条件。

2.3 太阳能光伏部分设计计算

通过安装地点的气象部门获取当地经纬度、太阳能资源数据和其气候数据。由于太阳光的自然特性，根据欧洲委员会的EN 50461―2006标准，对太阳能电池输出功率在一定条件下将太阳能电池的输出功率定义为“太阳能电池输出功率”。在实际的工程应用中，“太阳能电池输出功率”是一个非常重要的物理量；在这部分设计中，最优化的设计方法应该是光伏组件能够在光照最恶劣的情况下满足负载需要，也就是在太阳辐射最差的条件下，也能够使蓄电池充满电。

上文已经提到，影响光伏组件发电能力的因素有很多，因此在计算分析中，光伏组件的日平均发电量可以采用公式Q=η1×η2×η3×η4×η5×Wp×Tp计算；其中，Q为日平均发电量，Wp为太阳能组件最大输出功率，Tp为系统所安装地区峰值日照数，η1、η2、η3、η4、η5分别为逆变器损耗、温度损失因子、灰尘遮蔽损耗、充放电损耗、输配电损耗。

由光伏组件构成的光伏方阵提供给系统控制器的电能可以采用公式计算。

Qsum=（0.78×0.9）Wp

对于光伏电池板往往需要串联光伏组件，来保证输出电压基本等于蓄电池浮充电压，以系统的正常运行和蓄电池的最长使用寿命计算公式

Ns=VRVOC=VF+VD+VCVOC计算。

2.4 蓄电池组的设计计算

分布式微网系统必须配备独立的储能系统才能保证系统的正常进行，以保证能量转化过程的顺利进行和系统对负载能量输出的稳定性，蓄电池组是系统的核心储能元件，在此设计中我们选择封闭式阀控铅酸蓄电池；蓄电池容量的合理选择对于系统稳定性具有重要意义。在计算中需要综合考虑蓄电池独立工作可放电深度、自放电率等多种因素，在光伏发电系统中，一般采用下式进行计算。

BC=A×Q1×N1×T0CC，其中，BC为蓄电池的容量，A为引入的安全系数，Q1为日耗电量，T0为温度系数，CC为蓄电池的放电深度，N1为系统的自给天数。

3 光伏供电系统硬件设计

光伏供电系统主要通过光伏组件将太阳能转换为电能，由光伏组件、追光传感器、光伏阵列运动机构、连接线等构成，系统能够在用户端实现对光伏阵列对光的人工控制即对光伏阵列移动方向的人工控制，系统的自启动以及系统的急停等安全措施；在本系统需要添加的部分是对模拟光源启动和关闭的控制，对模拟光源的模拟光线改变即模拟光源运动方向的控制；光伏供电系统是由光伏控制供电单元、光伏输出监控单元、光伏阵列控制单元、光伏PLC单元、接线单元这五个单元所组成。

4 结 论

我国对太阳能资源进行开发利用的同时，技术还在不断的摸索之中，太阳能所具有的优点是不可抹杀的。面对我国土地资源和电力负荷的不平衡，分布式光伏发电是太阳能光伏发电技术的大规模应用的最佳方式，也是解决中国的动力和出发点；所以我们应该大力发展分布式光伏发电技术，为经济社会的飞速发展和建设“美丽中国”的奋斗目标而不懈努力。

参考文献：

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[3]王自满.直流母线式光伏发电系统前级DC/DC变换研究[D].天津：天津大学，2014.

[4]张小霞，沈辉.太阳能光伏技术系统原理和应用[J].中国科技产业，2014（11）.