微网光伏电站在援外项目中的应用研究

徐振福

（中国中元国际工程有限公司，北京 100089）

1 光伏电站综述

1.1 太阳能光伏电站系统是利用太阳电池－半导体材料的光电效应，将太阳光辐射能直接转换为直流电能的一种新型发电系统。光伏系统一般由以下三部分组成：太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电子设备和蓄电池以及辅助发电设备。2009年科技部、财政部和国家能源局联合打造“金太阳工程”，中央财政从可再生能源专项资金中安排一定资金，支持光伏发电技术在各类领域的示范应用及关键技术产业化（简称金太阳示范工程）。光伏发电不光在国内抄的很热，同时这股热潮也涌向了非洲我们的老朋友，由于美国、欧盟对中国光伏产业双反调查反倾销案的胜诉，中国政府也不得不寻求新的市场，所以对于在非洲进行光伏电站的推广也提到政府办公的正式议程上来。

1.2 太阳能发电系统广泛的说一般分为离网系统和并网系统两种方式，离网系统需使用蓄电池作为储能单元，采用太阳电池组件组成太阳电池阵列，太阳能阵列把光能转换为电能，太阳电池阵列通过防雷汇流箱后，通过防雷处理进入光伏控制器，通过光伏主充电控制器为蓄电池组充电，逆变器把蓄电池逆变为AC220V频率（50Hz±2%）交流电，通过AC220V交流配电柜输出配电和后级防雷保护处理后，供负载使用。主要优点是因为有蓄电池储能，所以即使受天气、季节的影响较小，但随之而来的是系统比较庞大，因为要保证负荷的正常运行就必须增加蓄电池的用量和光伏电池的用量，而蓄电池一般寿命4~9年，其废弃物又会对自然环境造成二次污染，一般多使用在少电、缺电的地区。所以推广起来并没有多少优势。

1.3 并网发电系统概括的说就是通过并网逆变器将电能送至电网，然后在供给负载，可作为建筑物用电的一个有效的补充，在北京2008年奥运工程中作为“绿色奥运”一大理念被大量采用。直到今天经过大量的推广使用，技术在国内已经十分成熟。但是在非洲就不太适合，由于当地条件受限，电网运行一般都不够稳定，电压的波动超过±20%，并网条件不成熟，我们从失败的案例中汲取经验，也协同光伏电站厂家和研究机构寻找解决方案，结合国外的成功案例成功设计并实施了一种新的光伏电站系统，就是本文重点说明的小微网发电系统。并且已经在坦桑尼亚成功实施了援坦桑尼亚达累斯萨拉姆大学大图书馆项目。

图1

2 光伏电站系统设计

2.1 坦桑尼亚达市位于坦桑尼亚南部，6.87°S ，39，20°E ，海拔 90m。年平均气温22.13℃。该地区全年太阳能日照资源丰富。根据NASA气象网站查阅，当地的水平面平均日照时间为5.95小时，在光伏组件阵列向北倾斜10º时为最佳倾斜角。有效光照时间长，特别适合光伏电站。光伏电站随发随用的效率是最高的可以达到0.75，离网的效率因为要经过逆变，效率一般不会超过0.6，基于这个理论我们的小微网系统，就是把离网系统和并网系统进行有效的整合，通过合理的系统配置尽最大努力提高光伏电站的整体效率。

2.2 本项目在图书馆屋面设置了太阳能电池板，并在图书馆屋顶设置光伏电站机房，建立光、储微电网独立供电系统，正常情况，负载由该微电网独立供电，当出现无日照且蓄电池无电的极端情况下，系统可自动或手动负载供电，为图书馆的阅览室照明负荷提供电源。

2.3 图书馆阅览室照明负荷约45kW，同时利用系数约为0.7，供电时间为13小时，估算日用电量为409kW·h，图书馆光伏电站的设计容量为160.00kWp。储微电网独立系统的主系统由160kWp的光伏组件、160kW的逆变器、2台50kW的双向变流器、50kW·h的锂电池、528kW.h的铅酸蓄电池、交流配电单元组成。

2.4 光伏电站供电模式为随发随用，并储存多余的电能以备晚上使用，白天，当光伏电站供电能力良好时，全部负载由光伏电站供电；夜晚，当其供电能力局部下降时，由光伏电站的储能蓄电池供电，当阴天或夜晚长时间使用时，端电压下降到0.8Ue时，电源转换装置动作，切换到市电供电，当光伏电站供电能力恢复，端电压上升到0.95Ue后，电源转换装置切换到光伏电站供电。

2.5 光伏电站设防直击雷的外部防雷装置和防闪电电涌侵入的措施。在建筑物楼顶设置避雷针保护光伏发电电池板不被雷击毁；在光伏电站发电系统的连接线路上，以及设备的前端安装浪涌保护区SPD，防止雷电电磁脉冲对设备造成的损害。

2.6 系统采用目前先进的光储微电网设计，包含智能化的微电网能量管理中心，实现智能化供电需求，具有如下特点：

该系统有效利用太阳能发电电力，光伏发电最大限度边发电边使用，多余的电力才进行存储。系统采用目前最先进的混合储能方案，选用锂电池和铅酸电池组成混合储能单元，满足微电网最佳的控制需求，有效降低微电网中储能单元成本比例，并且实现最佳的蓄电池管理，延长蓄电池使用寿命。系统控制部分采用多冗余设计，保证系统供电可靠性，同时关键控制设备均可以停用进行检修而不影响整个供电系统的正常运行。系统带载能力强，可以实现超过设计负载供电功率的100%供电能力，同时系统后续扩容非常方便，只需适当增加光伏与储能容量，不改变原有系统结构，即可以实现供电能力的提升。

光伏逆变器采用高效的高频隔离多路MPPT跟踪形式，可以实现单路光伏的MPPT跟踪，发电效率更高，同时可以完全防止汇流箱由于热斑与遮挡而产生的过热现象，更稳定，更安全可靠。

微电网智能控制与能量管理系统内集成了完善的监控系统，微电网能量自动化管理系统。可以实现对系统的智能管理、自动化运行，远程监控，减少系统的维护工作量和维护成本，几乎不需特殊操作，对使用方的技术能力要求较低，用户只要负责用电即可。

该系统配有智能管理系统，可以根据负载的变化，对逆变器、双向变流器自动调节，使光伏储能交流母线输出合理的功率与负载匹配；具备远程监控模式，即使运行人员不在，也可随时监视检查各种设备的运行状态，同时可通过互联网将全部数据上传。

3 光伏电站系统主要设备介绍

3.1 太阳电池组件

太阳电池组件是太阳能离网发电系统中的主要部分，也是系统中价值最高的部件，其作用是将太阳的辐射能量转换为直流电能。本项目采用250Wp的晶体硅光伏组件。

3.2 蓄电池组

其主要任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。可根据系统直流电压等级的要求来配置蓄电池；本项目采用铅酸1200AH，2V/只。

3.3 储能型逆变器

储能逆变器是微网型太阳能发电系统的核心部件之一，负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。为了提高光伏发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，逆变器的性能指标非常重要。SC 系列储能变流器应运而生，它能够应用在不同的场合，是具有一系列的特殊功能，应用在储能环节，适合分布式发电系统建设的并网逆变器SC-50通过三相全桥变换器，实现整流、逆变。

结语

针对非洲电网波动比较大的问题，传统的离网光伏电站系统和并网光伏电站系统都不合适。但小的微网光伏电站系统确能够很好的运行，无论从系统的稳定还是经济性都是适合受援国实际情况的，也为以后的中国援外项目的多元化设计提供一种可行的思路。

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