高效屋顶光伏发电及其并网系统研究

    李学亮

    摘 要：在我国社会主义现代化不断改革创新的过程中，人们的生活水平变得越来越好，整个国家也已经从一个农业化国家发展成为了半农业化半工业化的发展中国家。这一过程是伴随着不断进步的科学而进行的，但是也损害了大量的不可再生资源，为了促进可再生能源的利用，越来越多的高效屋顶光伏发电系统被应用起来。本文就着重研究高效屋顶光伏发电及其并网系统，以探索出最佳的使用方式来促进能源的合理化利用。

    关键词：屋顶光伏发电；可再生能源；并网速变器；并网系统

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.160

    1 前言

    随着我国社会的进步步伐不断前进，各个方面的社会建设都已经呈现出来一派欣欣向荣的发展景象。但是就现阶段的进程来看，我国建筑屋顶对于太阳能的利用还不够，相应的能源开发程度还不够完善。为了促进资源的合理化使用，针对高效屋顶光伏发电以及相关的并网系统进行研究，借助最大功率跟踪和单位功率并网等问题入手，来优化相应的资源使用。

    2 光伏发电系统在应用中会出现的问题

    现阶段，我国虽然已经意识到了光伏发电技术应用的各项好处，而且在一些试点也已经展开了应用，但是就整体的社会发展趋势来看还并没有进行大面积的屋顶光伏发电系统建设。而且现在的光伏发电系统在技术上相对来说还不是那么成熟，所利用的材料价格也比较高，这就会进一步带来消极的影响，使得光伏发电的并网难度系数被增加。因此，笔者在经过大量参考文献和实际案例的研究，总结出我国现阶段的光伏发电系统还存在着以下几点问题：

    2.1 应用技术的局限性

    在光伏发电中应用比较广泛、而且专一性比较强的技术就是MPPT技术，这是一种包含了固定电压法、扰动观察法等技术的综合性技术。虽然已经被应用在了很多的方面，而且对于不同光照条件下的光伏发电功率变化跟踪也做出了很好的感应和调节[3]。但是想要在比较大面积的情况下进行使用也并不是一件简单事，很可能会由于技术的单一性造成感光的效率变低，而且在动态调整光伏电池的安装角度时，为了提高相应的工作效率还需要改变光伏电池的安装角度，但实际上这一角度的改变实现起来是比较困难的，也会使得资源的消耗增加。因此，MPPT技术在实际的光伏发电系统应用中还需要被尽可能地完善，或者积极促进科学人员能够发明出更为科学的技术。

    2.2 间歇性发电的影响性

    所谓的光伏发电就是要根据光感的不同而利用太阳能进行发电，实际上是一种对于天气变化特别敏感的技术。一旦天气条件和外部环境变得比较恶劣，光感效应不是那么好，就会使得光伏发电系统的发电功率发生一定的波动，这进一步导致在并网过程中会出现很多的间歇性发电现象，给电网的工作造成了电压波动，降低了电网的稳定程度。另一方面，间歇性发电的电压不稳定还会使得电网的输出功率不稳定，很容易造成电压闪变的情况出现。这时候就必须要在三相逆变控制的过程中采用PI控制器才能够引入电压前馈，来增强整个电力系统的稳定性。但是这并不是一劳永逸的，电网还会随着使用时间的不断变长而出现稳定性控制中的误差，会影响光伏发电系统的工作效果。

    3 高效屋顶光伏发电的研究

    3.1 高效屋顶光伏发电系统分析

    光伏发电的太阳能电池一般被称为光伏电池，在建筑中使用的时候往往需要在建筑的屋顶部分先安装支架，之后再将光伏电池放置在上面。那么建筑内部的组成部分就主要是汇流箱、变流箱、配电箱、储能电池和一般常用的家用电器。在建筑的内部还需要安置电能表，才能够将内部所产生的电能数和外部电网提供的电能数进行记录，为能源的节省做好数据监测。

    3.2 双级变换器工作原理

    双级变黄器主要是由光伏电池、DC-DC变换器、DC-AC变换器、蓄能电池、家用负载和配电网等单元组成。在进行工作的时候，要求前级DC-DC电路采用Boost-Buck型，所使用的电抗器是三相电抗器、单位功率因数逆变器为三相半桥式DC-AC电路，才能够保证基本的工作步骤能够被完成。

    3.3 系统控制技术

    最为常见的系统控制技术就是基于MPPT技术所衍生出来的双环最大功率跟踪技术（英文全称，Double Loop Maximum Power Point Tracking， DL-MPPT），是一种能够在不同日照时间段内都能够获得最大光伏电能输出的技术，能够合理控制电压的波动。第二种技术就是高效并网逆变技术，能够使得逆变器一方面在逆变状态下工作，另一方面还能够给电池充电，是对光伏发电系统中适宜多变的环境和解决不确定性因素带来影响的关键性技术。

    4 高效屋顶光伏发电及其并网系统的建设

    由于在高效屋顶光伏发电的建设过程中必须要保证电网的稳定性，这就要求相应的技术人员必须要解决屋顶光伏电系统在不同类型的发电系统和要求中所出现的不均衡特点，然后将上文中多提到的DL-MPPT技术和并网逆变技术等进行综合性的应用。为了使得应用的适应性增强，在将其投入到实际工作过程之前，最好来进行仿真与实验验证。一般来讲，为了验证相应的控制策略和技术，都需要搭建10kW的太阳能发电系统实验平台，并研制出双级变流器来进行验证。实验分为两个部分，一个是最大功率跟踪实验，另一个就是双向逆变器并网实验，最终实现光伏电能并网和为储能电池充电， 并提高了系统单位功率因数运行的稳定性。

    5 结束语

    综上所述，由于不可再生资源的总量不断下降，人们对于资源的需求不断提升，这就使得环保、可再生的资源成为了社会建设过程中必不可以少的研究对象。光伏发电技术作为一种与人们日常工作和生活息息相关产业，随着技术的发展已经能够在一定程度上有效地缓解资源的稀缺问题，只是在并网的过程中会遇到一些小的失误。因此，结合着实际的应用情况和问题来着重对高效屋顶光伏发电以及并网系统进行研究，是促进社会建设的一条重要道路。

    參考文献：

    [1]徐臻.广东东莞0.9M分布式屋顶光伏并网发电项目设计实例研究[J].建材与装饰，2018（20）：238-239.

    [2]陈毅湛，陈惠秋，冼丽娴，邝键培，赵丽特.基于高效PERC太阳电池屋顶光伏发电系统的设计及能效分析[J].硅酸盐通报，2017，36

    （S1）：184-188.

    [3]刘辰亮.推广光伏发电法律问题研究[D].中央民族大学，2017.