併網光伏發電系統可以將太陽能電池陣列輸出的直流電轉化為與電網電壓同幅、同頻、同相的交流電，並實現與電網連線並向電網輸送電能。這種發電系統的靈活性在於，在日照較強時，光伏發電系統在給交流負載供電的同時將多餘的電能送入電網；而當日照不足，即太陽能電池陣列不能為負載提供足夠電能時，又可從電網索取電能為負載供電。
基本介紹
- 中文名：併網光伏發電系統
- 外文名：grid-connected PV system
- 形式：光伏與建築相結合等
- 特點：靈活、環保
- 系統組成：DC/DC變換器、DC/AC逆變器等
- 套用場合：城市併網光伏電站等
結構,形式,保護,孤島問題,
結構
與公共電網相連線的太陽能光伏發電系統稱為併網光伏發電系統，其結構如下圖1所示，該系統包括太陽能電池陣列、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、交流負載、變壓器等部件。併網光伏發電系統可以將太陽能電池陣列輸出的直流電轉化為與電網電壓同幅、同頻、同相的交流電，並實現與電網連線並向電網輸送電能。這種發電系統的靈活性在於，在日照較強時，光伏發電系統在給交流負載供電的同時將多餘的電能送入電網；而當日照不足，即太陽能電池陣列不能為負載提供足夠電能時，又可從電網索取電能為負載供電。過去，由於太陽能電池的成本居高不下，光伏發電大多只是套用在一些專用的獨立運行的系統中，如航天、邊防海島或是邊遠地區的示範工程等。隨著新型光伏材料的出現，產品價格的不斷下降，轉換效率得到不斷提高，先進的電力電子器件、微處理器的推出以及先進的控制策略的套用，都使得光伏併網技術的研究和大量推廣日益成為可能，光伏利用也逐步向城市併網光伏電站、小區光伏建築集成及小功率戶用光伏併網系統的方向發展。
圖1 併網光伏發電系統結構形式
光伏與建築相結合的形式
光伏與建築相結合的初始形式是在建築物的屋頂或陽台上安裝一般的太陽能電池陣列，並為其配備蓄電池進行獨立供電，或通過逆變控制器和變壓器輸出端與公共電網並聯，使電網和光伏方陣共同向建築物供電。光伏與建築相結合進一步的形式是使光伏組件與建築材料融為一體，並採用特殊的材料和工藝手段，將光伏組件做成屋頂、外牆、窗戶等部件。這樣光伏組件既能直接作為建築材料使用又能發電，進一步降低了發電成本。
光伏發電系統和建築相結合套用時，通常採用併網發電的形式，這類系統與獨立光伏發電系統相比，具有以下五大突出的優點：（1）在陰雨天或晚間，由電網給負載供電，這樣，系統不必配備儲能裝置，既可以降低系統造價，又免除了維護和更換蓄電池的麻煩，還增加了供電的可靠性；（2）在有日照時所發出的電能，既可供給建築物內負載使用，如果有多餘還可反饋給電網；（3）在併網光伏發電系統中，不受蓄電池荷電狀態的限制，可以隨時向電網存取電能；（4）在設計太陽電池方陣傾角時，可以取全年能收到最大太陽輻射量對應的角度，最大限度地發揮太陽電池方陣的發電能力；（5）夏天的太陽輻射強度大，太陽電池陣列所發的電能相對較多，而夏季也是用電的高峰期，空調等製冷設備的利用率高，耗電量大，這正好能起到為電網調峰的作用。
保護
為了保證光伏發電系統可靠安全地運行，系統中需要接入保護裝置。該裝置要做到一旦檢測到異常就迅速做出動作從而保護系統的安全。為此，該保護裝置應具有如下功能：功率器件驅動欠壓保護、功率器件過流保護及速斷保護、功率器件過熱保護、光伏電池陣列輸出欠壓保護、電網電壓過壓和欠壓保護等。保護裝置要保證光伏逆變系統發生異常時，不會對所並聯的電網產生較大的不良影響，反過來也要保證並聯電網發生故障時，電網同樣不對光伏發電系統產生損壞。
孤島問題
孤島效應是指當光伏發電系統所並的電網因故障、事故或停電維修跳閘時，用戶端的光伏併網發電系統未能及時檢測出電網的停電狀態，沒有迅速將光伏發電系統切離所並聯電網，從而形成了由光伏發電系統和周圍的負載形成的自給供電孤島。孤島現象發生時電網的運行方式如下圖2所示。
圖2 形成孤島時電網系統運行示意圖孤島效應發生後，電壓波動、頻率波動、諧波可能會同時出現，或都不出現，這受負載、併網光伏發電系統的設定、結構、運行狀態及其他一些情況的影響。所以定義任何一個能總是伴隨孤島效應出現的現象是不可能的，但是必須在儘可能短的時間內阻斷孤島的產生。這是因為孤島效應會產生一系列問題：非三相運行、有較大的諧波含量以及頻率不穩，都將使孤島現象擴大；孤島的電壓相量會相對於主網趨向漂移，當電網快速恢復時，可能會干擾重合閘；對在孤島電網中進行檢修工作的人員形成安全危害；可能出現由單相併網系統給三相負載供電的情況，造成三相負載的缺相運行，形成危害。
採用必要的反孤島保護可以很好地解決這個問題，在檢測到電網失電後立即停止工作；當電網恢復供電時，聯網逆變器不會立即投入運行，而是繼續檢測電網信號，直至在一定時間內完全正常才會重新投入運行。
