联网太阳能光伏发电系统

    联网太阳能光伏系统就是太阳能光伏发电系统与常规电网相联，共同承担供电任务。太阳能光伏发电进入大规模商业化应用的必由之路，就是将太阳能光伏系统接入常规电网，实行联网发电。２００１年世界联网太阳能光伏系统装机容量为１９９ＭＷ，占光伏电池当年产量的一半。     联网太阳能光伏发电系统具有许多独特的优越性，可概括为如下几点：      ①利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。     ②所发电能馈入电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池，比独立太阳能光伏系统的建设投资可减少达３５％一４５％，从而使发电成本大为降低。省掉蓄电池并可提高系统的平均无故障时间和蓄电池的二次污染。      ③光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，并且还使建筑物科技含量提高、增加“卖点”。      ④分布式建设，就近就地分散发供电，进入和退出电网灵活，既有利于增强电力系统抵御战争和灾害的能力，又有利于改善电力系统的负荷平衡，并可降低线路损耗。     ⑤可起调峰作用。     联网太阳能光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界太阳能光伏发电的主流发展趋势，市场巨大，前景广阔。     各国联网太阳能光伏系统发展情况如下：      ① 德国。１９９０年德国首先开始实施由政府投资支持、被电力公司承认的“１０００屋顶计划”，继而扩展为“２０００屋顶计划”。到１９９７年，已成功地建成１００００多个联网住宅光伏屋顶系统，每套１～５ｋＷｐ，总计安装光伏组件３３ＭＷｐ。紧接着又于１９９８年提出“１０万屋顶计划”，自１９９９年１月开始实施。计划提出，１９９９年建设６０００套，２０００年建设９０００套，２００１年建设１２０００套，２００２年建设１７０００套，２００３年建设２４０００套，２００４年建设３２０００套，累计１０万套，光伏组件总装机容量３００ＭＷｐ。      ② 美国。美国是最早进行联网光伏发电的国家。２０世纪８０年代初开始实施ＰＶＵＳＡ计划，即光伏发电公共电力规模应用计划，建造了１００ｋＷ以上的大型联网光伏电站４座，最大的为６ＭＷ。１９９６年在能源部的支持下又开始了一项“光伏建筑物计划ＰＶ－ＢＯＮＵＳ”，共投资达２０亿美元。１９９７年６月，在联合国环境与发展大会上又宣布了一个宏伟的“百万太阳能屋顶计划”。该计划的目标是：到２０１０年累计安装１０１．４万套太阳能住宅包括联网屋顶光伏系统和太阳能供热系统，光伏组件的总装机容量为３ ０２５ＭＷｐ；届时，系统的建设成本可降到２美元/Ｗｐ，电价可降到７．７美分/ｋＷ．ｈ，年可减排ＣＯ２３５１．１万吨，总计可增加就业７．１５万人。      ③ 日本。１９９４年１月开始实施“朝日七年计划”，到２０００年安装１６．２万套联网屋顶光伏系统，光伏组件总安装容量１８５ＭＷｐ。１９９７年又再次宣布实施“７万屋顶计划”，每套容量扩大为４ｋＷｐ，光伏组件总安装容量为２８０ＭＷｐ。据日本经产省的数据，到２００１年底，日本国内已建设光伏系统５．２万套，光伏组件总装机容量３１２ＭＷｐ。日本政府提出的发展目标是，到２０１０年光伏组件的总装机容量达到４７００ＭＷｐ。      ④瑞士。提出从１９９１－２０００年的１０年间为３０２９个村庄的居民安装光伏屋顶系统。      ⑤意大利。１９９８年开始实施“太阳能屋顶计划”，５年共投入５５００亿里拉约合３亿美元，到２００２年光伏组件总安装容量达到５０ＭＷｐ。      ⑥澳大利亚。提出了一个光伏组件总安装容量为７５０ＭＷｐ的联网光伏屋顶发展计划，目前正在积极推行。２０００年悉尼奥运会时ＢＰ太阳能公司在运动员村安装了６６５套屋顶光伏系统，每套光伏组件功率ｌｋＷｐ。      ⑦印度。在发展中国家，印度于１９９７年１２月也宣布了一项光伏屋顶计划，提出到２００２年在全印度将推广１５０万套光伏屋顶系统。

      联网太阳能光伏系统可分为集中式大型联网光伏系统以下简称为大型联网光伏电站和分散式小型联网光伏系统以下简称住宅联网光伏系统两大类型。大型联网光伏电站的主要特点是所发电能被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电。建设这种大型联网光伏电站，投资巨大，建设期长，需要复杂的控制和配电设备，并要占用大片土地，同时其发电成本目前要比市电贵数倍，因而发展不快。而住宅联网光伏系统，特别是与建筑结合的住宅屋顶联网光伏系统，由于具有上述的优越性，建设容易，投资不大，许多国家又相继出台了一系列激励政策，因而在各发达国家倍受青睐，发展迅速，成为主流。因此，下面重点介绍住宅联网光伏系统。       住宅联网光伏系统的主要特点，是所发的电能直接分配到住宅用户的用电负载上，多余或不足的电力通过联接电网来调节。住宅系统并可分为有逆流和无逆流两种形式。有逆流系统，是在光伏系统产生剩余电力时将该电能送入电网，由于是同电网的供电方向相反，所以称为逆流；当光伏系统电力不够时，则由电网供电（见图11-14）。这种系统，一般是为光伏系统的发电能力大于负载或发电时间同负荷用电时间不相匹配而设计的。住宅系统由于输出的电量受天气和季节的制约，而用电又有时间的区分，为保证电力平衡，一般均设计成有逆流系统。无逆流系统，则是指光伏系统的发电量始终小于或等于负荷的用电量，电量不够时由电网提供，即光伏系统与电网形成并联向负载供电。这种系统，即使当光伏系统由于某种特殊原因产生剩余电能，也只能通过某种手段加以处理或放弃。由于不会出现光伏系统向电网输电的情况，所以称为无逆流系统（见图11-15）。

      住宅系统又有家庭系统和小区系统之分。家庭系统，装机容量较小，一般为１－５ｋＷｐ，为自家供电，由自家管理，独立计量电量。小区系统，装机容量较大些，一般为５０～３００ｋＷｐ，为一个小区或一栋建筑物供电，统一管理，集中分表计量电量。       根据光伏系统是否配置蓄电池，又有可调度型系统和不可调度型系统之分。配置少量电池的系统，称为可调度型系统（见图11-16）。不配置蓄电池的系统，称为不可调度型系统（见图11-17）。可调度型系统主动性较强，当出现电网限电、掉电、停电等情况时仍可正常供电。     住宅联网光伏系统通常是白天光伏系统发电量大而负载耗电量小，晚上光伏系统不发电而负载耗电量大。将光伏系统与电网相联，就可将光伏系统白天所发的多余电力“储存”到电网中，待用电时随时取用，省掉了储能蓄电池。其工作原理是：太阳能电池方阵在太阳光辐照下发出直流电，经逆变器转换为交流电，供用电器使用；系统同时又与电网相联，白天将太阳能电池方阵发出的多余电能经联网逆变器逆变为符合所接电网电能质量要求的交流电馈入电网，在晚上或阴雨天发电量不足时，由电网向住宅用户供电。住宅联网系统所带负载的电压，在我国一般为单向２２０Ｖ和三相３８０Ｖ，所接入的电网为低压商用电网。     典型住宅联网光伏系统主要由太阳能电池方阵、联网逆变器和控制器等３大部分构成，如图５所示。         太阳能电池方阵是联网光伏系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。目前工程上应用的太阳能电池方阵多为由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照联网逆变器输入电压的要求串、并联后固定在支架上组成。住宅联网系统的光伏方阵一般都用支架安装在建筑物的屋顶上，如能在住宅或建筑物建设时就考虑方阵的安装朝向和倾斜角度等要求，并预先埋好地脚螺栓等固定元件，则光伏方阵安装时就将很为方便和快捷。