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太阳能光伏并网系统的优化设计 摘要：太阳能既“取之不竭”又“安全环保”，所以太阳能发电被誉为是理想的能源。现有能源主要有火电、水电和核电。 　　火电需要燃烧石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，石油。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。 　　水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。 核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。 图1 太阳能电池发电系统示意图 1．太阳能电池方阵 太阳能电池单体是用于光电转换的最小单元。将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串联、并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，它可以满足负载所要求的输出功率。 2．硅太阳能电池 常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池，主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20％以上， 图2 独立发电系统 2．混合发电系统 这种太阳能光伏系统中不单是使用太阳能电池方阵，还使用了各种发电技术，如燃油发电机、风力发电等。使用混合供电系统的目的是为了综合利用各种发电技术的优点，避免各自的缺点。比如，独立光伏系统的优点是维护少，缺点是能量输出依赖于天气，不稳定。综合使用柴油发电机和太阳能电池组件的混合供电系统与单一能源的独立系统相比所提供的能源对天气依赖性小；负载匹配更佳。但是混合系统控制较复杂；设计、安装和施工工程较大；需要更多的维护工作；有噪音和污染。 图3 混合发电系统 3．并网发电系统 太阳能并网发电系统是利用太阳能电池方阵，在白天有光照时产生的直流电通过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后直接接入公共电网，产生的电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或晚上，太阳能电池组件没有产生电能不能满足负载需求时则由电网供电。这种系统直接将电能输入电网，免除了蓄电池储能装置，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电能从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。 图3 并网发电系统 三、太阳辐照量 太阳辐照量的随机性比较大，所以无法确定安装后方阵面上各个时段确切的太阳辐照量，只能根据气象台历年记录的太阳辐照量历史资料作为参考。但是气象台提供的通常只是水平面上的太阳辐照量，而光伏方阵安装时都是尽量朝向赤道倾斜安装，其一是可以增加方阵面上全年接收到的太阳辐照量，其二是倾斜放置时可以增加冬季方阵面上接收到的太阳辐照量，而减少夏季接收到的太阳辐照量，使系统能全年比较均衡地工作。系统设计时，要将水平面上的辐照量通过计算得到倾斜面上的太阳辐照量。对于月平均太阳辐照量的计算，目前国外通常用Klein和Theilacker的计算方法来算出不同方位和不同倾角的倾斜面上的太阳辐射量。 这类计算非常复杂，一般只能通过编制计算程序软件来得到不同方位角和不同倾角时方阵面上的太阳辐照量，再将单位换算到,可得到该方阵面上的平均日照时数。 对于并网的光伏系统，由于不受蓄电池荷电状态的限制，所以通常都希望全年方阵面上接受到最大的太阳辐射量，计算显示，所对应的方阵倾斜角要小于当地的纬度。 四、光伏方阵发电量的计算 在实际应用中，需要将一定数量的太阳电池组件进行串、并联以满足用户对电压和功率的要求。在系统设计时，首先要根据规模的大小，逆变器的要求，光伏组件的参数等因素，确定光伏方阵的直流工作电压。目前一般光伏组件通常是由36或40片太阳电池串联而成，其额定工作电压约在16V左右，光伏方阵的直流工作电压取决于组件的串联数，对于由性能基本相同的组件构成的光伏方阵，其工作电压： 式中：为串联组件的数目，为每块组件的工作电压。 系统运行时，太阳的辐射强度变化很大，对于独立光伏系统，由于有蓄电池的稳压作用，工作电压变动不大，而并网光伏系统的工作电压波动较大，这在逆变器设计时要特别注意。 光伏方阵的工作电流应为： 式中：η为系统中各部件的效率以及