光伏電站的節(jié)能優(yōu)化簡析

1、光伏電站的節(jié)能優(yōu)化簡析摘要：光伏電站，采用不經蓄電池儲能直流逆變后直接并入交流電網的運行方其技術具有波動性大和間歇較長的特點。實際運行中還存在電池板積塵、電纜漏電接地、硬件機械故障等缺陷隱患，所以，在光電轉換的發(fā)電過程及逆 變并網的用電過程中存在能源利用率和轉化效率較低以及輸配電損耗較大等現(xiàn)象1過總結光伏電站在運行過程 中的問題，對其如何實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化進行簡單分析。關鍵詞 光伏電站節(jié)能優(yōu)化轉化損耗1前言光伏發(fā)電，是指將太陽光照中短波波長的光子所具有的高能量通過半導體多晶硅電池的光電轉 換所激發(fā)光生載流子被電極吸收形成光電流的能量轉化過程。在石化能源短缺、環(huán)境污染嚴重背景 下，太陽能作為清潔可再生

2、能源用于光伏發(fā)電的產業(yè)對于國家發(fā)展戰(zhàn)略上調整能源結構，實現(xiàn)可持 續(xù)發(fā)展，有著舉足輕重的地位。但是，光伏發(fā)電也有其局限性，晝夜交替及光照強度等不受人力控 制的自然因素使其具有間歇較長、波動性大的特點，光電轉換的過程還受灰塵溫度等影響，作為分 布式電源在輸配電方面線纜較多等因素，使光伏電站在太陽能的轉化利用過程中存在較大的浪費和 損耗。本文通過總結光伏電站在運行過程中的問題，對其如何實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化進行簡單分析。2公司光伏電站簡介公司在黃河水源地自備水廠新建一座光伏電站裝機容量為0MWp，分為10個1MWp發(fā)電并網 單元。每個單元2臺500kW并網逆變器，每個逆變器輸出315V三相交流電，通過1600

3、A的斷路器引 至低壓母線，2路逆變器出線通過低壓母線連接到該#-O0kVA升壓變壓器的低壓繞組上，經升 壓變升壓為6kV高壓，通過6kV轉接箱將1-5單元、6-10單元五五并聯(lián)為兩路電源后經水廠二級 泵站兩個6kV開關柜，實現(xiàn)與Kv A B兩個工作段的并網?？偣?萬多塊電池板分布布置于水廠平流排泥池岸邊有的直接布置漂浮于平流池水面上。每塊電池板接受光照，進行光電轉換后不經蓄電池儲能24翻p的電能經匯流箱并聯(lián)送至并網逆 變器，逆變器將450V-820V的直流電逆變?yōu)?5V的三相交流電，經升壓變升至5炒高壓后，直接并 網。3光伏電站運行中的問題3.1電池板積灰的問題公司地處內蒙古中西部地區(qū)，常年風

4、沙較大，降水較少，光伏電站積灰較多也是不爭的事實。電池板的積灰對于光伏發(fā)電能效轉換是一個重要影響因素。3.1.1熱斑效應灰塵的組成包括土壤、巖石、動植物細屑等風化顆粒及燃燒煙塵等，灰塵會遮蔽射達光伏電池 板的光線，由于灰塵物理性質有差異，且在電池板上分布不均勻，電池板因灰塵遮擋局部帶負電壓 形成負載，伴隨光電流熱耗的增加，形成局部熱點，即熱斑效應。這種效應能破壞電池板，導致電 池板功率輸出損失甚至永久性的開路失效，另外熱斑效應造成的功率輸出不平衡容易使系統(tǒng)其他組 件如濾波器阻尼電阻等燒損。3.1.2溫升效應灰塵與電池板導熱性差，灰塵的覆蓋會影響電池板表面的散熱，電池板本身由于光生載流子、 光電

5、流等電熱效應產生的熱耗及太陽光照中長波光子帶來的熱量而溫度升高時，不良的散熱條件使 光電轉換輸出變弱，導致系統(tǒng)的開路電壓降低，致使系統(tǒng)最大輸出功率下降，一定條件下系統(tǒng)將跳 閘脫網甚至癱瘓。不光電池板，逆變器的功率單元對于散熱的要求也很高，灰塵積聚于功率單元控 制驅動板同樣也會因溫升效應導致大功率器件散熱不良而燒損。3.1.3腐蝕效應具有酸堿性的灰塵沉積到電池板表面，將會侵蝕電池板面使其粗糙不平，這將進一步有利于灰 塵的積累，增加對光的遮擋、反射，降低透過率，從而降低光電轉換能效。同理，如果腐蝕性灰塵 腐蝕逆變器功率單元控制驅動板，則可能造成集成電路板短路燒損。3.2發(fā)電質量的問題由于托電光伏電

6、站采用不經蓄電池儲能，直流逆變后直接并入交流電網的運行方式，其技術具 有波動性大和間歇較長的特點。在發(fā)電過程中容易產生諧波和三相不平衡電流等問題，從而造成系 統(tǒng)電壓波動甚至閃變。由此，給光伏系統(tǒng)的發(fā)電質量造成極強的不穩(wěn)定性影響，而且對光伏系統(tǒng)本 身也產生威脅，特別是對并網逆變器功率單元的大功率器件的沖擊，極易造成過載燒損，從而引發(fā) 跳閘脫網，影響電網可靠性。3.3光伏電網的可靠性問題大規(guī)模的光伏發(fā)電在輸電及并網過程中會對電網產生一些不良影響，例如光伏發(fā)電的間歇性出 力可以導致電網電壓波動，無旋轉慣量的電流源接入是的電網穩(wěn)定性降低等，另外光伏系統(tǒng)本身電 池板及線纜鋪設均處于露天環(huán)境，電池板受風其

7、支架應力變形甚至折斷，電池板陣列角度、朝向、 傾斜角等發(fā)生改變，光電轉換的效率將隨之降低；大量的線纜防護存在漏洞及隱患，漏電及接地故 障會帶來大量的電能損耗和浪費。4光伏電站的節(jié)能優(yōu)化實踐證明，以上問題的存在很大程度上影響著光伏發(fā)電的效率和質不過，針對這些問題，光伏發(fā)電系統(tǒng)還有很多可以優(yōu)化的空間，以下分析的幾方面辦法和技術若在實際中現(xiàn)實運用，或可 以達到節(jié)能降耗的目標。4.1清潔積灰，提高能量轉化效率研究表明，光伏電池板上積灰對于發(fā)電量的影響重大尤其在低照輻度條件下灰塵對發(fā)電量 的影響更為明顯有實驗證明，對15日未清潔的光伏陣列進行清潔啟發(fā)電量明顯提高，實驗期間 日均發(fā)電效率提高%以上。粗略計

8、算，10MWp的光伏電站，年發(fā)電量約為600kWh清潔后效率增 加8%，貝懷均發(fā)電量可以增加28萬kWh電能，按年300天晴好推算，日均提高發(fā)電量4200kWh以 上。按照托電煤耗指標每千瓦時電能0g標準煤折算，有效清潔的10MWp光伏電站，年可節(jié)約標準 煤460噸，每年可減少碳氧化物和氮氧化物排放上千噸。另外，有效清潔電池板，降低灰塵的負面 效應影響，可以顯著提高電池板以及其他功率組件和濾波元件的使用壽命。4.2優(yōu)化控制，提高電能質量利用各種技術手段，通過優(yōu)化調節(jié)對光伏系統(tǒng)的控制來盡量克服自然因素以及分布式電源技術 所帶來的負面影響，是目前國內外對光伏發(fā)電運用領域研究的重點，例如通過研究光電

9、轉換與光照 輻射強度和溫度的關系跟蹤太陽能最大功率輸出工作點，實時控制光伏設備工作點來獲得最大功率 輸出；再如優(yōu)化調度控制光伏出力與電網負荷，提高置信容量、合理無功補償、改善波動性，提高 綜合資源利用降低綜合損耗；又如采用更高性能轉換技術，系統(tǒng)控制分布式電源多變換器集群統(tǒng)一 協(xié)作，克服相互之間不利影響，通過優(yōu)化控制算法、元器件參數(shù)和脈寬調制驅動等實現(xiàn)諧波質量的 控制，提高能量轉化效率和電能質量。等等這些方面的技術應用不一而足，但針對托電光伏電站的 應用技術需經過較長時間的統(tǒng)計分析、詳細計算和試驗論證方能得出結論獲得成果，目前的理論分 析應用依然處于摸索階段。4.3加強維護和技術改造，提高光伏電

10、網可靠性由于設計缺陷及施工質量的問題，光伏電站露天建設，存在諸如電池板被風吹落、被飛沙走石 擊碎、電池板支架受風應力變形、底座開焊、直埋電纜破皮接地燒損、電纜井滲水浸泡中間接頭、 直流電纜受潮漏電接地等等或大或小的缺陷隱患，威脅著光伏發(fā)電系統(tǒng)設備的可靠安全。維護和技 術改造工作致力于消除這些隱患和缺陷，可以行之有效的降低光伏發(fā)電設備及電能的損耗。電池板作為電源應屬重中之重，光伏電池板陣列的朝向及傾斜角直接關系到光照資源的最大化 利用，在最優(yōu)化計算設計其分布布置的前提下，還需要考慮統(tǒng)計最大風力作用于電池板受風面積情 況下的應力因素，對電池板及其支架的固定進行相應力學設計并可靠的緊固和焊接，尤其對于水上 光伏電池板的固定施工標準要求應更為嚴格。電纜作為輸電載體受電通道，線路損耗不容忽視。直埋電纜必須按照標準進行鋪設，否則在填 埋過程中發(fā)生破皮漏電甚至接地短路，對于電能損耗及用電可靠性影響巨大。技改條件允許應盡量 改為橋架鋪設，對于橋架內電纜應做好防水防雨防護，即使出現(xiàn)問題也容易維護檢修。對于高壓電 纜中間接頭的電纜井，必須做好防水措施，否則一旦下雨滲漏，電纜井并將積水，積水浸泡電纜接 頭，絕緣受潮，泄漏電流增大，介質損耗增加，不僅影響能耗指標，且嚴重威脅用電安全。6結語本文以“價值思維”和“效益導向”為出發(fā)點，對光伏電站的節(jié)能優(yōu)化進行了簡單分析。光伏 發(fā)電技術根本