基本介紹
- 中文名：光伏併網發電系統
- 別稱：太陽能併網發電系統
- 原理：通過把光能轉化為電能
- 工具：蓄電池
系統簡介,原理與組成,原理,組成,配電室設計,防雷設計,特點,雷電監測系統,優勢,系統分類,相關政策,
系統簡介
光伏併網發電系統（太陽能併網發電系統）通過把光能轉化為電能，不經過蓄電池儲能，直接通過併網逆變器，把電能送上電網。
光伏發電系統
光伏發電系統原理與組成
原理
太陽能電池發電系統是利用光生伏特效應原理製成的，它是將太陽輻射能量直接轉換成電能的發電系統。它主要由太陽能電池方陣和逆變器兩部分組成。如下圖所示:白天有日照時，太陽能電池方陣發出的電經過併網逆變器將電能直接輸送到交流電網上，或將太陽能所發出的電經過併網逆變器直接為交流負載供電。
太陽能光伏發電是依靠太陽能電池組件，利用半導體材料的電子學特性，當太陽光照射在半導體PN結上，由於P-N結勢壘區產生了較強的內建靜電場，因而產生在勢壘區中的非平衡電子和空穴或產生在勢壘區外但擴散進勢壘區的非平衡電子和空穴，在內建靜電場的作用下，各自向相反方向運動，離開勢壘區，結果使P區電勢升高，N區電勢降低，從而在外電路中產生電壓和電流，將光能轉化成電能。
光伏併網發電原理圖
光伏併網發電原理圖太陽能光伏發電系統大體上可以分為兩類，一類是併網發電系統，即和公用電網通過標準接口相連線，像一個小型的發電廠;另一類是獨立式發電系統，即在自己的閉路系統內部形成電路。併網發電系統通過光伏數組將接收來的太陽輻射能量經過高頻直流轉換後變成高壓直流電，經過逆變器逆變後向電網輸出與電網電壓同頻、同相的正弦交流電流。而獨立式發電系統光伏數組首先會將接收來的太陽輻射能量直接轉換成電能供給負載，並將多餘能量經過充電控制器後以化學能的形式儲存在蓄電池中。
組成
（1）太陽能電池組件。
一個太陽能電池只能產生大約0.5V的電壓，遠低於實際使用所需電壓。為了滿足實際套用的需要，需要把太陽能電池連線成組件。太陽能電池組件包含一定數量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導線連線。如一個組件上，太陽能電池的數量是36片，這意味著一個太陽能組件大約能產生17V的電壓。
太陽能電池組件
太陽能電池組件通過導線連線的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風、防雹、防雨的能力，廣泛套用於各個領域和系統。當套用領域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。
（2）直流/交流逆變器
將直流電變換成交流電的設備。由於太陽能電池發出的是直流電，而一般的負載是交流負載，所以逆變器是不可缺少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和併網逆變器。獨立運行逆變器用於獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。併網逆變器用於併網運行的太陽能電池發電系統將發出的電能饋入電網。逆變器按輸出波形又可分為方波逆變器和正弦波逆變器。
配電室設計
防雷設計
特點
為了保證系統在雷雨等惡劣天氣下能夠安全運行，要對這套系統採取防雷措施。主要有以下幾個方面：
（1）地線是避雷、防雷的關鍵，在進行配電室基礎建設和太陽電池方陣基礎建設的同時，選擇光電廠附近土層較厚、潮濕的地點，挖一2m深地線坑，採用40扁鋼，添加降阻劑並引出地線，引出線採用35mm2銅芯電纜，接地電阻應小於4Ω。
（2）在配電室附近建一避雷針，高15m，並單獨做一地線，方法同上。
（3）太陽電池方陣電纜進入配電室的電壓為DC220V，採用PVC管地埋，加防雷器保護。此外電池板方陣的支架應保證良好的接地。
（4）併網逆變器交流輸出線採用防雷箱一級保護（併網逆變器內有交流輸出防雷器）。
雷電監測系統
雷電監測系統組成框圖避雷控制系統負責檢測每次直接雷擊避雷裝置動作後入地脈衝電流的強度、雷擊電壓的極性、雷擊次數的計數以及各個防非直接雷避雷裝置的動作損壞情況。它根據上位機的指令，將各種數據傳給上位機進行相應處理;也可以根據用戶的按鍵命令，進行復位、顯示和列印簡單報表等操作。下位機中智慧型監測儀的前端處理分為兩個部分：一部分用於檢測多路防直接雷避雷裝置動作後各個參數的變化情況;另一部分用於檢測多路防非直接雷避雷裝置的動作損壞情況。
前端處理(1)中用於檢測直接雷擊的探頭，採用羅哥夫斯基(以下簡稱為羅氏)線圈。羅氏線圈安裝在防直接雷避雷裝置的接地引下線上，將大電流強電信號轉變為小電流弱電信號進行隔離。信號進入前端處理(1)後，因此時的信號電壓高達幾十伏甚至上百伏，需要進行兩級變換後才能送入智慧型監測儀處理：第一是進行分壓變換，通過阻抗匹配將信號電壓降至±0.1v～10v;第二是進行非線性變換，將±0.1v～10v的信號變換為±0.3v～5v的信號。進行非線性變換的目的是便於a/d採樣和去掉噪聲電平的干擾。前端處理(1)的輸出信號分成兩路，一路經過4051八路選擇電路和a/d轉換電路測量雷電波形的峰值電壓以及極性;另一路通過觸發電路和保持電路給單片機提供中斷信號和直接雷擊避雷裝置動作路數的信號。一旦某一路遭受直接雷擊，單片機就被觸發信號中斷，中斷服務程式中先判斷遭受直接雷擊的避雷裝置的路數，然後通過4051選擇讀入該路信號，經a/d轉換後存入相應記憶體單元，以備主程式進行處理，相應路數的雷擊次數進行累加，如果加滿，則再增加時又從1開始循環計數。這樣處理完後退出中斷程式，由主程式將信息顯示出來。只要不掉電或按復位按鈕，則最新一次雷擊的信息將始終顯示在面板上。
前端處理(2)的輸入來自防非直接雷避雷裝置(如電源避雷箱)的防雷接口信號。該信號通過同軸電纜或光纜接入前端處理(2)中，經過過壓保護電路和光電隔離電路後送入智慧型監測儀的8255接口電路進行處理，如果避雷裝置雷擊後工作正常，則監測儀將檢測到高電平信號，如檢測為低電平信號，則表明此避雷裝置已被雷擊損壞，應立即予以更換。智慧型監測儀檢測直接雷擊電流強度的電路部分採用ad1674器件構成採樣電路，ad1674的最小採樣時間為7.5μs，而一個雷電波形的上升沿一般在l0μs以上，整個雷電的放電波形一般在幾十微秒到上百微秒之間，故ad1674理論上完全可以將雷擊後的整個放電過程波形採樣進來。因每個採樣過程都是通過單片機的中斷服務程式進行的，這樣，cpu就有足夠的時間進行其它的數據處理、報警、顯示和列印控制等任務。下位機的列印控制部分主要是套用戶的要求列印各種實時數據信息和避雷裝置的損壞情況的簡單報表，該電路部分採用一片8255控制電路來進行列印控制。下位機與上位機的數據通信是通過mc1488、mc1489組成的串列通信電路實現的。
系統的上位機採用pc機作為整個監測系統的資料庫管理中心，該部分主要負責統計系統轄區內的各個智慧型監測儀所檢測的避雷裝置的各種雷擊信息(如雷擊電流強度、雷擊次數、雷擊電壓的極性以及避雷裝置的損壞、更換情況等等)。它可以模擬顯示轄區內防雷系統中各個避雷裝置的位置、動作情況及工作狀態，也可以按用戶要求列印防雷系統中的各個智慧型監測儀的歷史數據報表以及每次雷擊後的具體情況的實時報表。它還可以通過向預先設定的電話報警來滿足某些需要無人值守的場合。
優勢
（1）利用清潔乾淨、可再生的自然能源太陽能發電，不耗用不可再生的、資源有限的含碳化石能源，使用中無溫室氣體和污染物排放，與生態環境和諧，符合經濟社會可持續發展戰略。
（2）所發電能饋入電網，以電網為儲能裝置，省掉蓄電池，比獨立太陽能光伏系統的建設投資可減少達35%一45%，從而使發電成本大為降低。省掉蓄電池避免了蓄電池的二次污染，並可提高系統的平均無故障時間。
（3）光伏電池組件與建築物完美結合，既可發電又能作為建築材料和裝飾材料，使物質資源充分利用發揮多種功能，不但有利於降低建設費用，並且還使建築物科技含量提高，增加"賣點"。
（4）分散式建設，就近就地分散發供電，進入和退出電網靈活，既有利於增強電力系統抵禦戰爭和災害的能力，又有利於改善電力系統的負荷平衡，並可降低線路損耗。
（5）可起調峰作用。聯網太陽能光伏系統是世界各已開發國家在光伏套用領域競相發展的熱點和重點，是世界太陽能光伏發電的主流發展趨勢，市場巨大，前景廣闊。
系統分類
1、有逆流併網光伏發電系統
有逆流併網光伏發電系統：當太陽能光伏系統發出的電能充裕時，可將剩餘電能饋入公共電網，向電網供電(賣電)；當太陽能光伏系統提供的電力不足時，由電能向負載供電(買電)。由於向電網供電時與電網供電的方向相反，所以稱為有逆流光伏發電系統。
2、無逆流併網光伏發電系統
無逆流併網光伏發電系統：太陽能光伏發電系統即使發電充裕也不向公共電網供電，但當太陽能光伏系統供電不足時，則由公共電網向負載供電。
3、切換型併網光伏發電系統
所謂切換型併網光伏發電系統，實際上是具有自動運行雙向切換的功能。一是當光伏發電系統因多雲、陰雨天及自身故障等導致發電量不足時，切換器能自動切換到電網供電一側，由電網向負載供電;二是當電網因為某種原因實然停電時，光伏系統可以自動切換使電網與光伏系統分離，成為獨立光伏發電系統工作狀態。有些切換型光伏發電系統，還可以在需要時斷開為一般負載的供電，接通對應急負載的供電。一般切換型併網發電系統都帶有儲能裝置。
4、有儲能裝置的併網光伏發電系統
有儲能裝置的併網光伏發電系統：就是在上述幾類光伏發電系統中根據需要配置儲能裝置。帶有儲能裝置的光伏系統主動性較強，當電網出現停電、限電及故障時，可獨立運行，正常向負載供電。因此帶有儲能裝置的併網光伏發電系統可以作為緊急通信電源、醫療設備、加油站、避難場所指示及照明等重要或應急負載的供電系統。
相關政策
國家能源局於2013年11月26日發布有效期為3年的《光伏發電運營監管暫行辦法》，規定電網企業應當全額收購其電網覆蓋範圍內併網光伏電站項目和分散式光伏發電項目的上網電量，明確了能源主管部門及其派出機構對於光伏發電併網運營的各項監管責任，光伏發電項目運營主體和電網企業應當承擔的責任，從而推進光伏發電併網有序進行。正文如下：
第一章 總則
第一條 為加強監管，切實保障光伏發電系統有效運行，最佳化能源供應方式，促進節能減排，根據《中華人民共和國可再生能源法》、《電力監管條例》等法律法規和國家有關規定，制定本辦法。
第二條 本辦法適用於併網光伏電站項目和分散式光伏發電項目。
第三條 國務院能源主管部門及其派出機構依照本辦法對光伏發電項目的併網、運行、交易、信息披露等進行監管。
任何單位和個人發現違反本辦法和國家有關規定的行為,可以向國務院能源主管部門及其派出機構投訴和舉報，國務院能源主管部門及其派出機構應依法處理。
第四條 光伏發電項目運營主體和電網企業應當遵守電力業務許可制度，依法開展光伏發電相關業務，並接受國務院能源主管部門及其派出機構的監管。
第二章 監管內容
第五條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電項目運營主體和電網企業電力許可制度執行情況實施監管。
除按規定實施電力業務許可豁免的光伏發電項目外，其他併網光伏發電項目運營主體應當申領電力業務許可證。持證經營主體應當保持許可條件，許可事項或登記事項發生變化的，應當按規定辦理變更手續。
第六條 國務院能源主管部門及其派出機構按照有關規定對光伏發電電能質量情況實施監管。
光伏發電併網點的電能質量應符合國家標準，確保電網可靠運行。
第七條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電配套電網建設情況實施監管。
接入公共電網的光伏發電項目，接入系統工程以及接入引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。接入用戶側的光伏發電項目，接入系統工程由項目運營主體投資建設，接入引起的公共電網改造部分由電網企業投資建設。
第八條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電併網服務情況實施監管。
電網企業應當按照積極服務、簡潔高效的原則，建立和完善光伏電站項目接網服務流程，並提供併網辦理流程說明、相關政策解釋、併網工作進度查詢以及配合併網調試和驗收等服務。
電網企業應當為分散式光伏發電接入提供便利條件，在併網申請受理、接入系統方案制訂、契約和協定簽署、併網驗收和併網調試全過程服務中，按照“一口對外”的原則，簡化辦理程式。
電網企業對分散式光伏發電項目免收系統備用容量費和相關服務費用。
第九條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電併網環節的時限情況實施監管。
光伏電站項目併網環節時限按照國家能源局有關規定執行。
分散式光伏發電項目，電網企業自受理併網申請之日起25個工作日內向項目業主提供接入系統方案；自項目業主確認接入系統方案起5個工作日內，提供接入電網意見函，項目業主據此開展項目備案和工程設計等後續工作；自受理併網驗收及併網調試申請起10個工作日內完成關口電能計量裝置安裝服務，並與項目業主按照要求籤署購售電契約和併網協定；自關口電能計量裝置安裝完成後10個工作日內組織併網驗收及併網調試，向項目業主提供驗收意見，調試通過後直接轉入併網運行，驗收標準按國家有關規定執行。若驗收不合格，電網企業應向項目業主提出解決方案。
第十條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電項目購售電契約和併網協定簽訂、執行和備案情況實施監管。
電網企業應與光伏電站項目運營主體簽訂購售電契約和併網調度協定，契約和協定簽訂應當符合國家有關規定，並在契約和協定簽訂10個工作日內向國務院能源主管部門派出機構備案。光伏電站購售電契約和併網調度協定範本，國務院能源主管部門將會同國家工商行政管理部門另行制定。
電網企業應按照有關規定及時與分散式光伏發電項目運營主體簽訂併網協定和購售電契約。
第十一條 國務院能源主管部門及其派出機構對電力調度機構優先調度光伏發電的情況實施監管。
電力調度機構應當按照國家有關可再生能源發電上網規定，編制發電調度計畫並組織實施。電力調度機構除因不可抗力或者有危及電網安全穩定的情形外，不得限制光伏發電出力。
本辦法所稱危及電網安全穩定的情形，應由國務院能源主管部門及其派出機構組織認定。
光伏發電項目運營主體應當遵守發電廠併網運行管理有關規定，服從調度指揮、執行調度命令。
第十二條 國務院能源主管部門及其派出機構對電網企業收購光伏發電電量的情況實施監管。
電網企業應當全額收購其電網覆蓋範圍內光伏發電項目的上網電量。因不可抗力或者有危及電網安全穩定的情形，未能全額收購的，電網企業應當及時將未能全額上網的時間、原因等信息書面告知光伏發電項目運營主體，並報國務院能源主管部門派出機構備案。
第十三條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電併網運行維護情況實施監管。
併網光伏電站項目運營主體負責光伏電站場址內集電線路和升壓站的運行、維護和管理，電網企業負責光伏電站配套電力送出工程和公共電網的運行、維護和管理。電網企業安排電網設備檢修應儘量不影響併網光伏電站送出能力，並提前三個月書面通知併網光伏電站項目運營主體。
分散式光伏發電項目運營主體可以在電網企業的指導下，負責光伏發電設備的運行、維護和項目管理。
第十四條 國務院能源主管部門及其派出機構按照有關規定對光伏發電電量和上網電量計量情況實施監管。
光伏電站項目上網電量計量點原則上設定在產權分界點處，對項目上網電量進行計量。電網企業負責定期進行檢測校表，裝置配置和檢測應滿足國家和行業有關電量計量技術標準和規定。
電網企業對分散式光伏發電項目應安裝兩套計量裝置，對全部發電量、上網電量分別計量。
第十五條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電電費結算情況實施監管。
光伏發電項目電費結算按照有關規定執行。以自然人為運營主體的，電網企業應儘量簡化程式，提供便捷的結算服務。
第十六條 國務院能源主管部門及其派出機構對光伏發電補貼發放情況實施監管。
電網企業應按照國家核定的補貼標準，及時、足額轉付補貼資金。
第三章 監管措施
第十七條 國務院能源主管部門派出機構與省級能源主管部門應當加強光伏發電項目管理和監管信息共享，形成有機協作、分工負責的工作機制。
第十八條 電網企業應向所在地區的國務院能源主管部門派出機構按季度報送以下信息：
1．光伏發電項目併網接入情況，包括接入電壓等級、接入容量、併網接入時間等。
2．光伏發電項目併網交易情況，包括發電量、自用電量、上網電量、網購電量等。
3．光伏電站項目併網運行過程中遇到的重要問題等。
併網光伏電站運營主體應根據產業監測和質量監督等相關規定，定期將運行信息上報，並對發生的事故及重要問題及時向所在省（市）的國務院能源主管部門派出機構報告。
國務院能源主管部門及其派出機構根據履行監管職責的需要，可以要求光伏發電運營主體和電網企業報送與監管事項相關的其他檔案、資料。
第十九條 國務院能源主管部門及其派出機構可採取下列措施進行現場檢查：
1．進入併網光伏電站和電網企業進行檢查；
2．詢問光伏發電項目和調度機構工作人員，要求其對有關檢查事項作出說明；
3．查閱、複製與檢查事項有關的檔案、資料，對可能被轉移、隱匿、損毀的檔案、資料予以封存；
4．對檢查中發現的違法行為，有權當場予以糾正或者要求限期改正。
第二十條 光伏發電項目運營主體與電網企業就併網無法達成協定，影響電力交易正常進行的，國務院能源主管部門及其派出機構應當進行協調；經協調仍不能達成協定的，由國務院能源主管部門及其派出機構按照有關規定予以裁決。
電網企業和光伏發電項目運營主體因履行契約等發生爭議，可以向國務院能源主管部門及其派出機構申請調解。
第二十一條 國務院能源主管部門及其派出機構可以向社會公開全國光伏發電運營情況、電力企業對國家有關可再生能源政策、規定的執行情況等。
第二十二條 電網企業和光伏發電項目運營主體違反本辦法規定，國務院能源主管部門及其派出機構可依照《中華人民共和國可再生能源法》和《電力監管條例》等追究其相關責任。
電網企業未按照規定完成收購可再生能源電量，造成光伏發電項目運營主體經濟損失的，應當按照《中華人民共和國可再生能源法》的規定承擔賠償責任。
第四章 附則
第二十三條 本辦法由國家能源局負責解釋，各派出機構可根據本地實際情況擬定監管實施細則。
第二十四條 本辦法自發布之日起施行，有效期為3年。
