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太阳能光伏发电的发展趋势及其对配电网的影响

发布时间:2016-5-27 14:46:13

太阳能作为重要的可再生能源,其光伏发电技术有着巨大的发展空间和应用市场,并对光伏发电系统并网后给配电网的影响做了详细的分析,对光伏发电系统的未来发展前景做了展望。

1 太阳能光伏发电的发展趋势

随着世界经济的不断发展和全球能源环境问题的不断突出,寻求可再生能源,走可持续发展的道路就迫在眉睫。据估算,太阳能作为分布广泛的可再生清洁能源,每天到达地球表面的辐射能量大约相当于2.5亿桶石油。我国太阳能资源十分丰富,陆地面积每年接收的太阳辐射能量大约相当于17000吨标准煤。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上,西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时,年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比,与美国相近,比欧洲、日本优越得多。将太阳能直接转化为电能的光伏发电技术日趋成熟,发展趋势迅猛,并逐步突破高成本的制约瓶颈,有望在未来几十年成为我国重要的电力能源之一。

目前,在世界各国政府对可再生资源的大力支持下,太阳能光伏产业发展迅速。据统计,2012年全球光伏新增装机容量约为18GW,而2013年约为27GW,涨幅高达50%,全球累计安装量超过67GW。

1.1 太阳能电池材料的发展

太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、负载等几部分组成,太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心。太阳能电池用半导体材料制成,在半导体上照射光后,由于半导体吸收光能会激发出电子和正电荷,从而半导体中有电流流过,称为“光伏效应”。

太阳能电池技术是太阳能发电技术的主要组成部分。太阳能电池主要有以下几种类型:单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池。单晶硅、多晶硅电池具有制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点。薄膜电池具有弱光效应好,成本相对于硅类太阳能电池较低的优点。随着薄膜光伏电池技术不断进步,薄膜光伏电池的市场份额将快速增长,相对而言未来薄膜电池有更大的发展空间和更好的发展前景。

1.2 光伏建筑一体化的发展

我国大量的建筑屋顶都是没有充分的利用,针对太阳能比较丰富的地区应当大力兴建与建筑相结合的并网光伏系统。在我国东部沿海发达地区,用电量大,对光伏发电市场需求较强。同时,目前我国光伏产业主要集中在东部省份。光伏产业对当地经济的发展也起着重要作用。

在城市建设光伏建筑一体化集成光伏系统,对于城市的供电保障与能源节约都能起到很好的促进作用。根据国家可再生能源发展规划,至2020年,我国将累计安装建筑光伏一体化系统2万套。其中,深圳国际园林花卉博览园就采用了光伏建筑一体化的设计方案,该项工程堪称我国并网光伏行业的成功典范。该太阳能光伏并网发电系统分布于园内的标志性建筑的屋顶,并就近并入变压器低压侧母线,从而实现与电网的并网运行。这种运行方式降低了系统的安装和发电成本,降低了输配电损耗,提高了发电效率。该套光伏发电系统发电总装机容量达到1 MW,除了满足自身负荷需求外,每年还可向电网输送约100万kWh。

1.3 太阳能地面光伏发电站的发展

我国有广阔的荒漠资源,主要分布在太阳能资源丰富的西北地区,其年总辐射约为每平方米2000千瓦时。在我国新疆、甘肃、内蒙古以及陕北等地区可以大力建设装机容量较大的太阳能地面光伏发电站,不但能解决这些偏远地区长期无电的窘境,还能促进我国光伏产业的迅速发展。其中,徐州协鑫光伏电站就是典型的地面并网型光伏电站,其总装机容量为20MW,该电站采用了多种跟踪方式安装光伏组件,并装设有完善的计算机监控系统。该项目填补了我国大型地面光伏并网电站建设领域的多项技术空白,为我国电力事业的快速发展,优化电源结构,促进节能减排,促进智能电网的不断建设提供了科研依据和技术保障。

1.4 其他应用

太阳能光伏发电技术诞生之际主要应用于军事领域,如间谍卫星、各种航天器等,然后逐步民用化。早期民用应用主要集中在航标灯及灯塔的供电,这是太阳能应用最为成功的领域之一。随着光伏发电技术的发展,光伏发电技术还应用于城市景观亮化、路灯照明、公交站台照明、广告灯箱等,这些领域有着巨大的市场潜力,而且技术成熟、可靠,便于管理和操作。在通讯领域,由于某些基站建设的地点是电网无法达到的地区,使用柴油机发电维护费用又非常昂贵,因此太阳能光伏发电便成为理想的选择。

2 太阳能光伏发电系统对配电网的影响

众多周知,光伏发电系统受天气的影响很大,其波动性很强,将其接入系统后势必会对电网产生很大的影响。尤其是光伏发电容量将会越来越大,那么其对电网的影响不可忽视。

2.1 对电能质量的影响

(1)对稳态电压分布的影响

传统配电网一般呈辐射状,稳态运行情况下,电压沿馈线的潮流方向逐渐降低。接入光伏电源后,在稳态情况下,由于馈线上的传输功率减少以及光伏系统输出的无功支持,使沿馈线的各个负荷节点的电压有所升高。而电压被升高多少与接入的光伏系统的位置和总容量的大小有关。

(2)对系统电压波动的影响

传统配电网中的有功、无功负荷随时间变化会引起系统电压波动。光伏发电系统接入配电网后,会影响系统电压的波动,使其增大或减小。

(3)电压闪烁

当大型光伏发电系统突然启动时,光伏发电系统的输出突然变化时,光伏发电系统和电压控制设备相互影响时都会引起配电网电压发生闪烁。

(4)谐波污染

光伏发电系统本身就是一个谐波源,光伏发电系统中的直流电经过逆变器变换为交流电并入电网时会产生谐波,对电网带来谐波污染。

2.2 对系统潮流分布的影响

光伏发电系统的接入使传统的配电网由辐射式变为多电源网络,潮流将不再单向地由变电站母线流向各个负荷节点,而可能出线逆流,出线多种复杂的电压分布情况。光伏发电系统受自然条件变化的影响较大,输出功率的不确定性会导致并网后的各种负荷分布情况交替出现,也使系统潮流具有一定的随机性和复杂性。

2.3 对配电网规划的影响

由于分布式光伏发电系统一般直接并网于配电网,因此,当其大量上网时,将会极大地影响配电系统的设计、控制和运行,影响系统的安全性和可靠性。这就要求传统的配电网规划方法做出相应的改变。

(1)由于大量光伏发电系统的接入为系统提供电能,使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的增长情况,从而影响后续的配电网规划的准确性。

(2)光伏发电系统虽然可以减少电能损耗,并且可以减少对电网升级的投资,但是如果光伏发电系统的位置和容量选择不合适,反而会导致电能损耗的增加,致使网络中一些节点电压的下降或出现过电压,同时还会改变故障电流的大小、方向和持续时间。因此,只有对光伏发电系统给配电网造成的影响做出准确的评估后才能制定合理的规划,进而使得光伏发电系统在电网的逐步发展过程中不会破坏电网运行的安全性和经济性。


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