光伏太陽能系統在變電站直流系統中的應用

    鋰電世界  對于可再生能源的發掘與發展如今已經變成了全球性的研究命題，通過我們對各種可再生能源的比較分析可以發現，對太陽能的開發利用具有巨大的潛力和光明的前景。從世界范圍來看，太陽能光伏發電具有最大的能源節約功效，同時作為一種高新技術產業，可以有效的促進綠色電力的迅速發展。為了解決各國普遍存在的能源和經濟、環境之間的矛盾，對光伏產業的大力發展可謂是最佳途徑之一。由于我國的國家大型工程項目和國際合作項目的大力推動，使得光伏產業在我國獲得了良好的發展環境。如今，節能減排政策和光伏產業政策在我國陸續出臺并得到了有效的實施，在未來的發展中，光伏產業的應用與推廣范圍必將更將廣泛。

    1簡述變電站光伏直流系統的構成要素

    1.1對系統構成的概述

    太陽能的光伏陣列即電池組件、光伏的控制器、蓄電池組以及高頻的開關充電裝置也就是充電機等組合在一起構成了變電站光伏直流系統。

    太陽能對“光生伏打”效應進行充分利用，以把光能有效的轉變成電能。當一定的光照條件被滿足時，電壓與電流會隨之產生。太陽能板由許多塊的太陽能電池塊組合而成，通過串并聯多塊太陽能板，使得負載要求的電壓與電流得到充分的滿足，這邊是所謂的光伏組件陣列。

    整個變電站光伏直流系統的核心便是光伏控制器，它對太陽能板的發電、蓄電池的充電與放電以及對于負載的管理和保護工作起到一個控制作用；除此之外，它還可以進行本地顯示和遠程監控。

    在變電站光伏直流系統中，儲能設備是蓄電池。它對太陽能組件工作過程中產生的多余電能進行存儲，以在正常的太陽能組件發電量小于負載的實際需要時，提供及時的供電。變電站原本配置的蓄電池組完全可以達到直流系統的需求要求，因而，進行重新配置是沒有必要的。

    所謂的高頻開關充電裝置即變電站光伏直流系統中的充電機。屬于系統的原配裝置。在對充電機的啟停進行控制時可以通過加強對系統交流輸入端與接觸器的閉合與斷開的控制工作。

    1.2設計系統

    若要實現變電站光伏直流系統的完善設計，應當以國際和國內的相關標準以及有關的氣象數據為依據，對直流負載需要消耗的功率、電壓的等級以及工作的時間等信息作出詳細的了解，最重要的數據資料是變電站的建設地點的氣象情況，諸如日照的強度、環境的溫度和濕度、風速級別、以及沙塵暴、臺風等惡劣天氣的持續時間。在進行多種設計時遵循系統的安全級別要求，設計的類型包括關于光伏組件的容量大小的設計、對于蓄電池容量的設計、接地防雷系統以及關于系統安全性的設計等各種類型。在進行系統設計時應當遵循同時滿足負載的用電需求以及系統的長期性與可靠性兩個條件，也就是說，可靠性與經濟性是當時并駕齊驅、缺一不可的。

    1）對光伏組件方陣容量設計時應當考慮的因素。

    通常來說，日照強度、光譜和溫度等會對光伏組件的方陣容量產生影響，影響效果最顯著最直接的是日照強度。一般來說，氣象部門關于日照強度的數據是通過水平面上的測量得到的，而通常來說，太陽能板的放置具有一定的傾角，因而，在對相關數據進行使用時應當把其進行換算。

    2）如何選擇光伏組件的方陣傾角。

    將光伏組件方陣放在不同的傾角下，對不同情況下的發電量進行比較，由此才能確定最佳傾角，使得變電站光伏直流系統在夠在各月接收到基本等量的日照強度，為系統的常年正常運行打下基礎。伴隨著信息時代的不斷發展，目前我們已經可以利用相關軟件計算光伏組件方陣的最佳傾角。通常情況下，在我國境內，多數地區的最佳傾角都要比本地區的維度更大。

    2探究光伏直流系統的工作原理

    2.1關于光伏控制器的研究

    在系統的研制過程中，光伏控制器是核心設備，因而，它發揮的作用是關鍵性的。它功能的實現是通過將太陽能電池組方陣與蓄電池組進行連接并加以控制。調節并分配系統的輸入輸出功率，從而實現對變電站內光伏直流系統的控制。

    光伏控制器的組成構件主要包括單片機電路、掌控電源的開關的電路、對時鐘進行實時控制的電路、利用液晶對顯示進行驅動的電路、以及對開關進行充電、驅動鍵盤接口等的電路。具體來說，在單片機電路中，實現輸入輸出口與其他不同功能的電路的連接，對蓄電池和光伏電路進行采樣測量工作的實現主要依靠A/D輸入口；為單片機及其他電路提供電源的是開關電源電路；而利用液晶對顯示進行驅動的電路的主要功能是以半字節的數據和控制的縱線為橋梁實現與單片機電路的連接。應當注意的是，液晶顯示電路的控制器是本身所有的獨立的，它的工作電源的提供是由電源模塊來負責。而通過將SCL、SDA總線與單片機進行串行連接使得讀寫功能發揮出來，這是由實時時鐘電路來完成的；對開關進行充電的電路采用場效應管方式，通過一組控制線實現與單片機電路的相連接，并將充電控制信號輸出。

    2.2闡述系統工作的原理

    變電站光伏直流系統在工作時要依托太陽能組件方陣的作用將太陽能轉換成有效的電能，在光伏控制器的作用下穩壓輸出，與直流系統合母實現對接。如果由太陽能組件輸出的電壓符合直流系統的電壓要求，在光伏控制器的控制下充電機的輸入端交流接觸器就會自動斷開，對變電站直流系統供電的工作便由光伏電源來完成。相應的，如果輸出的電壓不能滿足直流系統對電壓作出的要求，輸出工作就會在光伏控制器的控制下自動停止，與此同時，充電機的輸入端的交流接觸器也會隨之發生閉合，這時候變電站的直流系統供電工作便由充電機來完成。光伏控制器和充電機就在這樣的工作原理下進行交替的工作，實現自動切換。

    3結束語

    變電站光伏直流系統充分運用了可再生能源實現發電，實現了與我國相關能源與光伏產業政策的相吻合，深入貫徹落實了建設資源節約型和環境友好型社會的基本國策，可以有效的促進電網企業與節能環保產業的不斷高效發展。該系統以其獨有的環保性能、可靠性能等優點獲得了不斷的推廣，使人們看到了這一產業發展的廣闊前景。在實踐過程中，我們還應努力將這一技術推廣到站用電系統，使得變電站光伏并網得到不斷的開發。