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光伏发电并网技术姓名:班级:学号:分数:行必要的退网处理,在退网处理的过程中同样需要实现对逆变器设备以及相关保护装置的管理、管控,以及进行必要的检测操作,避免相应的事故影响范围扩大
五、参考文献1朱文杰.分布式光伏发电系统的并网技术应用[J].集成电路应用,202037976-
77.2王建峰.太阳能光伏发电并网技术的应用分析[J].电力设备管理,2019679-80823光伏发电与并网技术研究李亚国家能源博兴发电有限公司,山东滨州2565004浅析光伏发电并网技术高子元河北工程大学,河北邯郸5并网光伏发电及自动化技术的应用左金伟国家电投集团江苏电力有限公司无锡分公司6刘思宁.光伏发电并网控制及其孤岛检测方法的研究[D].长春:长春工业大学,2022目录
一、国内外发展现状
21.1国外光伏发电技术发展现状2L2中国光伏发电技术现状2
二、国内外发展趋势3国外光伏发电技术发展趋势32中国光伏发电技术发展趋势4
三、光伏发电并网技术的概述
53.1光伏发电并网技术简介52光伏发电并网技术的原理53光伏发电并网系统的构成54光伏发电并网技术的影响因素65应用优势与要点分析6
四、关于光伏发电与并网内容的具体分析71太阳能电池
74.2关于反孤岛保护技术的分析
74.3关于太阳能聚光伏技术的分析
84.4光伏发电与并网技术的施工要点
84.5光伏电源解合环8
五、参考文献9国内外发展现状在社会发展和国家政策的大力推动下,光伏发电得到快速发展,大型光伏电站项目的建设与应用成为常态光伏发电接入电网会对传统配电系统造成一定影响,而应用自动化技术可提升并网光伏发电的时效性和稳定性光伏发电就是通过利用光电技术来实现太阳能向电能的转化,以此来提供绿色清洁能源光伏发电与传统发电方式相比,具有更高的安全性可靠性,并且不会产生污染和大量的噪声,还可以广泛应用于沙漠、戈壁等环境恶劣的地区为大幅度降低电力损耗保护电力资源,完善电网系统,光伏发电和并网技术相结合成为我国电网建设的重要措施国外光伏发电技术发展现状大力发展可再生能源已成为全球能源革命和应对气候变化的主导方向和一致行动近年来,光伏发电作为重要的可再生能源发电技术取得了快速发展,在很多国家已成为清洁、低碳并具有价格竞争力的能源形式2020年全球新增光伏发电装机
1.27亿千瓦,累计装机规模达到
7.07亿千瓦晶体硅电池仍是光伏电池产业化主流技术,新型电池发展迅速光伏电池作为光伏行业的核心部件,根据工艺和原材料不同主要可分为晶体硅电池、薄膜电池、钙钛矿电池、有机电池等其中,晶体硅电池由于其转换效率高、原材料来源丰富、无毒无害等优点,占据了光伏电池规模化生产与应用的主体近年来,PERC(发射极钝化和背面接触)技术的广泛应用,进一步推动晶体硅电池转换效率的提高另一方面,以钙钛矿电池为代表的新型电池成为世界范围内的研究热点,转换效率快速提升,实验室最高转换效率已接近晶体硅电池产业化进程逐步推进,但其在大面积应用、器件稳定性等方面仍面临挑战光伏系统精细化水平不断提升,应用模式多样化光伏系统子阵容量不断增大,1500伏光伏系统应用比例已经逐步超过1000伏系统,并网安全性、可靠性标准不断提高光伏电站发电能力与电能质量不断提升“光伏+农业”“光伏+畜牧业”“光伏+建筑”“光伏+渔业”等复合应用形式规模不断扩大,微电网、智能电网等光伏发电与电网的深入融合逐步成为电力行业新业态中国光伏发电技术现状“十三五”期间,在产业规模快速扩大的带动下,我国光伏发电技术取得快速发展,光伏电池、组件等关键部件产业化量产技术达到世界领先水平;生产设备技术不断升级,基本实现国产化;光伏发电系统成套技术不断优化完善,智能化水平显著提升光伏电池组件技术快速迭代,产业化制造水平世界领先到“十三五”末我国光伏电池制造环节基本实现了从传统“多晶铝背场”技术到“单晶PERC”技术的更新换代,主流规模化量产晶体硅电池平均转换效率从“十三五”初期的
18.5%提升至
22.8%实现跨越式发展TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)、HJT(异质结)、IBC(背电极接触)等新型晶体硅高效电池与组件技术产业化水平不断提高,头部企业多次刷新产业化生产转换效率世界纪录,已具备规模化生产能力与较强的国际竞争力钙钛矿等新一代高效电池技术保持与世界齐头并进,研究机构多次创造钙钛矿电池实验室转换效率世界纪录,部分企业已开展产业化生产研究,并多次刷新产业化生产组件转换效率纪录光伏发电制造设备水平明显提升,基本实现国产化我国光伏设备实现了从低端向高端发展,产品定制化程度不断提高,高产能与高效自动化能力不断提升自动化、数字化、网络化程度的提升推动光伏制造向光伏智造转变多晶硅硅片、电池片、组件各环节生产装备已基本实现国产化光伏发电系统技术不断优化,智能化运维助力发电能力提升大量新技术被应用于光伏电站整体设计以及系统级优化光伏支架跟踪系统、1500伏电压的采用有效提高了光伏发电系统的实际发电能力;智能机器人、无人机、大数据、远程监控、先进通信技术等已在电站运行中使用随着科学技术的不断进步,我国也开始应用光伏发电与并网技术,不仅能有效改善电力资源短缺的问题,更加节能环保,这对于我国绿色能源的开发有着重要作用但是现阶段,我国的光伏发电与并网技术还未得到大范围的应用和推广,诸多技术尚未成熟,因此就需要我们找到切实可行的方法对其进行相应的分析,并逐步提升相关技术,使其得到更好的应用,从而促进我国绿色能源的可持续发展
二、国内外发展趋势国外光伏发电技术发展趋势世界各国持续深化布局光伏发电产全业链创新,作为推进新兴产业发展的主要战略举措,通过全覆盖布局先进材料、制造和系统应用各环节研发实现成本降低与竞争力提升光伏核心器件朝高效率、低能耗、低成本方向发展晶体硅电池已构建了完备的全产业链,将继续占据光伏电池生产量的主要份额,未来将进一步向着更高的转换效率、更少的原材料消耗、更低的能源消耗、更低的制造成本的方向发展钙钛矿电池、叠层电池作为未来光伏电池技术重要的发展方向,世界各国均在此方面重点投入,着力提升器件性能与稳定性,推动产业化布局,在解决大面积、稳定性等方面的问题后,钙钛矿电池将有望改变光伏应用市场的产业格局光伏应用向多利用场景方向发展世界各国结合自身实际情况,积极推动光伏建筑一体化、漂浮式光伏、光伏+农业、光伏车棚等多种新型应用形式发展,与之相关的特异性产品技术、联合运行控制技术等成为研究重点2中国光伏发电技术发展趋势作为全球最大的光伏发电应用市场,我国已成为各类新型光伏电池技术产业化转化与应用的孵化地未来我国将继续聚焦国际光伏发电技术发展重点方向,引领全球光伏发电产业化技术持续创新发展光伏电池效率进一步提升晶体硅电池仍将在一段时间内保持主导地位,并以PERC技术为主采用TOPCon或HJT技术的N型晶体硅电池在综合考虑效率、成本、规模,具备较好市场竞争力后,有望成为下一个主流光伏电池技术钙钛矿电池等基于新材料体系的高效光伏电池以及叠层电池作为研究热点,待产业化技术逐步成熟后有望带来下一个光伏电池转换效率的阶跃式提升光伏组件高效率与高可靠性并进半片技术、叠瓦技术、多主栅等组件技术将进一步广泛应用,双面组件将逐步成为市场主流,提升组件效率与发电能力新型封装技术与封装材料进一步提升组件可靠性光伏发电系统智能化、多元化发展逆变器将向大功率单体机、高电压接入、智能化方向发展,不断深化与储能技术的融合,智能运行与维护技术水平不断提高光伏建筑一体化等新场景应用技术不断完善,拓展应用光伏发电开发空间在科学技术迅速发展的今天,光伏发电与并网技术势必也将得到大规模的推广和应用,虽然现阶段光伏发电与并网技术还只是在少数地区进行了推广和使用但是光伏发电的市场前景是十分广阔的,这也将吸引越来越多的企业加入光伏发电与并网技术的研究和优化中未来的光伏发电与并网技术将主要趋向于电网适应能力的改善,同时将会更多地与数字化技术相结合,根据国内电力资源的实际发展需要,相关的政府部门也将更加重视光伏发电与并网技术的应用,同时也在不断增加相关方面的研发力度和经济投入,通过相关的政策引导,使光伏发电与并网技术将得到更好的创新,从而创造更大的发展空间另外,我国对电力资源的需求是长期的、持续的,因此这对于光伏发电市场来说是非常好的发展机遇,所以加大对光伏发电并网技术的开发和创新,对经济发展有促进作用,同时对于提高人们的生活水平也有巨大的贡献光伏发电并网技术的概述
3.1光伏发电并网技术简介光伏并网发电系统主要是由继电保护装置、太阳能光伏列阵、控制器、逆变器、储能装置、配电柜以及最大功率点跟踪装置等部分组成太阳能光伏阵列是光伏发电系统的核心装置,太阳能光伏阵列由太阳能光伏电池串并联形成最初的光伏电池原材料为硅,用硅作为衬底,成本高、损耗大,故对光伏电池进行改进后,当前普遍应用的光电池内部由薄膜电池和晶体硅构成不仅可以减小损耗还可以提高光伏转化效率最大功率点装置是为了能够高效利用太阳能源,使光伏阵列在系统运行过程中时刻保持最大功率输出储能装置的主要作用就是对电能进行控制,例如当太阳能源充足时,可以利用储能装置将电网中多余的电能储存起来,当太能源匮乏时,通过逆变器再将储存的电能释放出去,以此来保证发电系统稳定运行逆变器可以将直流电转化为交流电,再通过变压器转化成供人们日常使用的标准交流电压和频率2光伏发电并网技术的原理并网光伏发电的主要原理是让太阳辐射照射高纯度硅料制作的太阳能电池板,激活硅材料表面的光电子并形成电流,之后储存太阳能转化得到的电能[2]当前,相关技术存在一定的局限性,实际使用较少在并网过程中,对电能质量、功率、孤岛保护、电压保护、频率保护和电网恢复等都有一定要求[3]并网光伏发电利用光伏效应产生电能,太阳辐射照射在P-N结上会产生新的电子空穴对,电子和空穴在P-N结电场的作用下会转移到结的两侧,从而形成电势差,如图3-1所示此时,光生空穴会移动到P区,光生电子会移动到N区,从而形成电流图3-1光伏效应示意图3光伏发电并网系统的构成并网光伏系统由太阳能电池板、控制器、蓄电池组和交直流逆变器等配电装置构成其中,太阳能电池板是整个系统的关键部件,是系统获取电力的关键因此太阳能电池板的生产质量和造价成本将直接影响整个系统运行效果
[5]o目前,常用的太阳能电池板根据材料的不同可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅电池不同电池的光电转化率各不相同,分别为15%、10%和14%左右4光伏发电并网技术的影响因素阳光辐照经过光伏组件后会转化为直流电,后经并网逆变器转换为与电网系统频率、相位一致的电流,从而实现并网并网光伏发电具有诸多优点,如能源清洁、安全性强、使用寿命长、后期维护便捷、能源获取方便、经济价值显著等但并网光伏发电的光电转化率较低,能量密度低,能源获取稳定性不理想,会受内外部因素的影响,该技术的应用受到一定制约外部因素1昼夜和季节变化并网光伏发电能源来源为阳光,随着昼夜和季节的变化,阳光照射的辐照量存在巨大差异,进而对并网光伏发电负荷产生较大影响对此,在电网中通常会增加与并网光伏发电容量相等的发电机作为备用,以保证电网电力的稳定输送2气候变化当并网光伏发电不使用蓄电池时,其发电效果会受所在地区气候变化的影响,在气候变化较大的地区,电容量会出现极大波动若并网光伏发电所在地区的空气质量较差,或出现阴雨、雾霾等天气,也会导致光伏发电效果大打折扣3地理环境光伏电站适合建在日照时间长、阳光充沛的地区我国国土面积辽阔,自然环境多样,不同地区的地理环境差异较大我国地势西高东低,不同地区的日照时间有显著差距,如我国西部地区每天的日照时间可达
7.5h以上;在我国南方地区,日照时长较短,如成都的年日照时长仅为1089h光伏发电的转换效率较低内部因素并网光伏发电太阳能电池板的最高光电转化率为15%左右,相较于传统发电方式不具有优势不过随着科学技术的不断发展,对太阳能利用的研究也在不断深入,相信未来可以在太阳能光电转化率方面获得突破性的进展过去,光伏电站通常采用地面光伏形式,这种构建形式不仅需要占用大量的土地面积,还会对当地生态环境造成破坏随着人们对生活质量要求的提高和环境保护意识的提升,光伏电站开始改用光伏屋顶电站和光伏建筑相结合的搭建方式,提升光伏发电的效率5应用优势与要点分析传统的发电方式相比,光伏发电的优势还是比较明显的
①光伏发电属于绿色资源,在发电的过程中不会产生大量的污染物,因此更加的低碳环保,而且安全可靠,另外通过光伏发电并网技术,可以使所发电能直接馈入电网,从而更加高效便捷,节省成本;
②利用光伏发电的过程中对无需消耗生产燃料,因此它的适用性更强、更广,无论是在广阔的沙漠还是戈壁均可以被广泛应用;
③光伏发电属于可再生资源,因此将有效解决资源短缺和资源枯竭的问题,无论是从经济上还是生态保护上都有十分积极的作用在光伏发电与并网技术应用的过程中,需要特别注意并网点的谐波含量、电压波动及无功平衡3个方面,确保光伏系统输出优质的电能,从而使其得到高效利用
①谐波,在光伏发电的实际过程中,由于受到部分电子元器件的影响,很容易产生谐波污染,这将对电能的质量带来不利影响,因此这就需要相关人员提起高度注意,在光伏发电并网之前,做好严格的检测,确保谐波的电流和电压符合相关的要求;
②电压波动,在光伏系统运行的过程中,无论是天气条件、温度条件或是设备运行情况都可能对输出的功率造成影响,从而无法确保输出功率的稳定性,因此就会造成电网电压的波动,所以,在光伏发电并网之前,相关工作人员也要确保相应的电压波动符合光伏发电并网的相关要求,这样才能保障光伏发电并网系统的正常运行;
③无功平衡,在光伏系统运行的过程中,随着系统输出的有功功率和无功功率不断地变化,系统的功率因数也会随之发生变化,所以光伏系统的设计人员要充分考虑到相应的无功补偿,以保障系统无功需求和功率因数符合相应的标准,从而确保光伏发电系统安全、稳定运行
四、关于光伏发电与并网内容的具体分析
4.1太阳能电池现阶段光伏发电最主要的运转核心就是太阳能电池,也就是我们现在常说的光伏电池随着技术的不断更新,现阶段应用的光伏电池主要是二代光伏电池,这种光伏电池相较于传统的光伏电池优势在于,使用的范围更加广泛,内部原料由传统的硅成分转变为了非硅成分,这样不仅有效降低了在原材料上的经济投入节省了成本,同时在运行期间还能减少对电力的消耗,既节约了资源,同时也提高了运行效率2关于反孤岛保护技术的分析在电网运行的过程中,孤岛效应是一种比较常见的现象孤岛效应形成的原因主要是在电网发生故障时或者因为某些原因进行检修时一,相应的运行工作就会停止,这时安装在用户端的光伏并网发电系统很难在第一时间发现停电情况,进而无法及时将自身切离电网此时,就会形成由光伏发电系统向周围负载供电的孤岛现象一旦形成孤岛现象,其产生的负面影响是非常大的,尤其是对配电系统的设备以及用户端的设备均有可能产生影响具体主要体现在以下4个方面
①由于孤岛区域内的供电不稳定,极大可能损坏用电设备;
②无法保障用电安全,因此很有可能危及相关人员的安全;
③容易引起继电保护的错误动作;
④供电恢复时,可能会因为电压相位不同步引起系统再次跳闸孤岛效应产生的影响是显而易见的,因此就需要加强对反孤岛保护技术的分析,同时光伏发电并网系统需要根据实际需要配置防孤岛检测装置,避免因孤岛效应对电网造成损害3关于太阳能聚光伏技术的分析在光伏发电过程中,太阳能聚光光伏技术的应用在提升太阳能的利用效率方面发挥了巨大的作用通过太阳能聚光光伏技术,能够把太阳光能集中分布在聚光电池中,由此就能够提高太阳的辐射强度,从而减少太阳能的消耗,既能够增加太阳能资源的生产量,又能有效降低成本投入通过太阳能聚光光伏技术,实现光能与电能的转换,这样就有利于光伏发电技术得到更好的应用和发挥4光伏发电与并网技术的施工要点在光伏发电与并网技术的实际运行中,首先需要做好相应的准备工作针对具体的施工环境,相应的工作人员需要做好勘察和测量工作,严格按照规范在特定的位置安置好相应的电力线路针对各种支架结构需要采用合理的焊接方式,并设置好太阳能电池安装板路设备另外,不同的配件要根据实际需求做好相应的调试和并网工作其次,在进入正式施工之前,需要对光伏安装的屋面进行仔细的清理和检查,确保现场环境符合相应的安装标准,从而确保安装人员的自身安全在铺设电池板的环节中,首先需要对电池板的质量、型号、规格等进行严格的检测和测试,确保其质量符合相应的标准5光伏电源解合环在当前太阳能光伏发电系统运转过程中,结合对应的逆变器设备能够确保对电网系统实施高效化、自动化的检验操作,并且完成对应的并网发电操作管理,确保对应的太阳能光伏发电系统能够稳定、高效地运转,而当需要进行相应的退网操作时,必须完成对光伏板的电流开关进行有效管控,将相应的直流开关进行断开处理之后再通过检验,确认相关设备停止运行之后再将逆变器另一侧的交流开关实施断路管控,根据实际的工作状况来对相关设备进行必要的停电处理,直到完全实现对整个光伏电源的断开处理即可如果相应的开关处于打开或者是合并的情况,可以直接对逆变器进行停止处理,或者是直接断开交流开关,也具备类似的管控功效,但是仅限于当前并网容量较小的状况时才能够执行相应的操作如果当相应的装置或整个电网体系出现较大的安全事故时,则需要实现对电源进。