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太阳能光伏发电系统的几种形式

太阳能光伏发电系统的几种形式
随着光伏发电系统的应用越来越广泛,太阳能的业务人员接触的各行各业的客户也越来越多。在实践中,客户的需求也是各种各样的,为了帮助太阳能的业务开发人员快速的学习 光伏发电太阳能发电专业知识,和大家聊一聊太阳能光伏发电系统的几种形式。

我们经常会听到光伏发电有并网和离网的说法,顾名思义,什么是并网呢?并到哪里呢?毫无疑问,就是并到公共电力。并网系统只要并网逆变器即可达成并网要求;并网系统就是指,光伏发电经过逆变器变为交流,通过升压或者直接低压侧接入电网,由电网对电能进行调度使用。
什么是离网呢?简单说就是离开公共电力独立发电供电。光伏离网系统一般使用MPPT/PWM控制器给蓄电池组充电,根据负载加DC/AC或者DC/DC逆变器。光伏发电的离网系统,光伏发电系统发出来的电存储到蓄电池,通过逆变器变为交流电供用电设备直接使用,或者不经过逆变直接供直流用电设备用电,并不与电网相连。

并网和离网的说法,作为专业人员来说稍显粗糙。在实践应用中,根据不同的应用场合,太阳能光伏发电系统一般分为并网光伏发电系统、离网光伏发电系统、并离网光伏发电系统、并网储能光伏发电系统和多能互补智慧能源系统五种。目前,交大光谷太阳能工程技术研究中心主要对并离网光伏发电系统、并网储能光伏发电系统和多能互补智慧能源系统进行研究和系统优化。下面,我们针对这5种太阳能光伏发电系统形式逐一分析。

1、并网光伏发电系统
并网光伏发电系统的应用场景,公共电力供应正常,并网方便,光伏发的电可出售给公共电网。并网光伏发电系统主要有两种上网模式,一个是“自发自用、余电上网”,另一个是“全额上网”。一般分布式光伏发电系统主要采用“自发自用、余电上网”模式,太阳能电池产生的电优先给负载,当负载用不完后,多余的电送入电网,当供给负载电量不够时,电网和光伏系统可以同时给负载供电。光伏并网系统由组件、并网逆变器、光伏电表、负载、双向电表、并网柜和电网组成,光伏组件由光照产生直流电经过逆变器转换成交流电供给负载和送入电网。
2、离网光伏发电系统
离网光伏发电系统的应用场景为偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等,目前,交大光谷太阳能国际贸易部销售到非洲、东南亚、中东、拉丁美洲等欠发达国家的光伏发电系统主要为离网光伏发电系统。离网发电系统在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能控制逆变一体机给负载供电,同时给蓄电池充电;在无光照时,由蓄电池通过逆变器给交流负载供电。系统一般由光伏组件、太阳能控制器、逆变器、蓄电池、负载等构成。
3、并离网光伏发电系统
并离网光伏发电系统的应用场景为经常停电,或者光伏自发自用不能余电上网、自用电价比上网电价贵很多、波峰电价比波谷电价贵很多的场所。该系统的好处是可获得政府补贴,在公共电力断电时系统可以独立发电供电。并离网光伏发电系统的工作原理为光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能控制逆变一体机给负载供电,同时给蓄电池充电;在无光照时,由蓄电池给太阳能控制逆变一体机供电,再给交流负载供电。该系统相比并网发电系统,增加了充放电控制器和蓄电池,在电网停电时,光伏系统还可以继续工作,逆变器可以切换成离网工作模式,给负载供电。系统由光伏组件、太阳能并离网一体机、蓄电池、负载等构成。

4、并网储能光伏发电系统
并网储能光伏发电系统的应用场景,光储充电站、工业园区、数据中心、通信基站、变电站、火电厂、风电场、热电厂、地铁、有轨电车、港口岸、医院、银行、商场、酒店、政务楼宇、军区营地、社区健身场馆、田园生态园区、大型活动晚会现场、足球俱乐部、动物园、流动警务室、流动哨所、石油井、岛屿等。
光储充一体化,目前是比较普遍的应用场景,一方面缓解了充电高峰时充电桩大电流充电对区域电网的冲击,另一方面通过峰谷差价,给充电站带来了非常可观的收益。

并网储能光伏发电系统,能够存储多余的发电量,提高自发自用的比例。
系统由光伏组件、太阳能控制器、蓄电池、并网储能逆变器、电流检测装置、负载等构成。当太阳能功率小于负载功率时,系统由太阳能和电网一起供电,当太阳能功率大于负载功率时,太阳能一部分给负载供电,一部分通过控制器将用不完的电储存起来。

5、多能互补智慧能源系统
多能互补智慧能源系统为智慧城市、智慧社区、智慧园区等适用微电网的应用场景提供优质高效的清洁电力。微电网(Micro-Grid),是一种新型网结构,由分布式电源、负荷、储能系统和控制装置构成的配电网络。可将分散能源就地转换为电能,然后就近供给本地负载。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。

微电网是将多种类型的分布式电源有效组合在一起,实现多种能源互补,提高能源利用率。能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,是传统电网向智能电网过渡。
微网系统由光伏组件、并网逆变器、PCS双向变流器、智能切换开关、蓄电池、发电机、负载等构成。光伏组件在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过逆变器给负载供电,同时通过PCS双向变流器给蓄电池组充电;在无光照时,由蓄电池通过PCS双向变流器向负载供电。
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交大光谷多能互补智慧能源系统智慧能源以现代信息技术为核心工具,借助区块链技术、大数据技术、云平台技术等新兴信息技术构建能源发展的智慧环境,形成能源发展的新模式和新范式,进而为促进新能源消纳、构建安全高效电力市场、提升电力系统能效等问题提供全新解决方案。
区块链技术
区块链技术是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用,具有去中心化、信息共享、记录不可逆、参与者匿名和信息可追溯等技术特点(见图1)。

区块链技术的应用可为智慧能源发展过程中的数据安全、多主体协同、信息融通等问题提供全新技术解决方案,可为我国弃风弃光现象的缓解、综合能源服务的发展及电力市场智能化交易体系的构建提供全新可能。
支撑高比例新能源消纳缓解弃风弃光。依托区块链技术去中心化、信息共享、信息可追溯等技术特点,一方面可简化新能源电力交易流程,降低分布式新能源电力交易成本,有效支撑多元主体间点对点、实时、自主微平衡交易;另一方面区块链技术分布式记账技术可为能源产品、能源金融等产品交易市场提供可信保障,助力绿色能源认证、绿色证书交易等新型商业模式发展,促进能源电力领域的市场主体创新能源生产与服务模式,支撑高比例新能源高效消纳。

发展综合能源服务。依托区块链技术“多链”技术特性,可实现电力网络、石油网络、天然气网络等异质能系统中的多元主体及其设备广泛互联,在构建形成横向多能互补、纵向源-网-荷-储协调、能源信息高度融合的综合能源系统的基础上,推动实现综合能源系统多元主体间可信互联、信息公开与协同自治,进而显著提升综合能源服务的可追溯性和安全性。
助力电力市场智能化交易体系构建。利用区块链技术的信息共享、记录不可逆和不可篡改等特性,可为电力市场中相关主体间各类信息的自主交互和充分共享提供支撑,在保障电力市场信息透明、即时的同时,可辅助各交易主体实现分散化决策,提升用户参与电力市场的便捷性和可操作性,加速推动电力市场中合同形成、合同执行、核算结算等环节的智能化转型。此外,依托区块链技术参与者匿名、信息可追溯的技术特性可有效规范电力市场监管过程,促进电力市场的监管水平提升,保障市场交易的公平性与安全性。

大数据技术
能源大数据具有规模大、类型多、速度快、价值密度有限等特点,大数据技术是以海量数据集合为研究对象的一项综合技术,是传感技术、信息通信技术、计算机技术、数据分析技术与专业领域技术的综合,是传统数据挖掘、数据分析技术的继承和发展(见图2)。

大数据技术的应用可实现对能源生产到消费的全链条感知与分析,可为能源系统安全稳定运行、消费端能效提升、源-网-荷-储协同提供重要支持。
系统安全稳定运行。利用大数据技术针对能源电力系统中的数据进行采集、传输、存储、融合操作,可有效整合能源电力系统中多元异构数据,构建能源电力系统数字孪生模型,进一步提升对新能源出力、能源网络潮流分布、用户用能行为的感知与预测能力,为电热冷等异质能调度、交易及综合需求响应实施等提供重要决策辅助,保障异质能系统的安全、稳定与高效运行。
消费端能效提升。依托大数据技术挖掘用户用能行为与能源价格、天气、时间等因素间所隐含的关联关系,通过构建用户用能种类、用能时间、用能强度及用能弹性等模型,实现对多元能源用户的精准画像,为能源消费端的能源消费优化方案制定、能源消费服务定制及用户侧资源发掘提供理论指导,推动能源消费侧用能成本降低、实现用能综合化效率提升。

源-网-荷-储协同。依托大数据技术对能源电力系统中积累的海量数据的分析可精准洞悉源-网-荷-储间能源流、业务流、信息流的流向与交互模式,揭示系统中多元主体间的“三流”交互机理,进而有效推动源-网-荷-储协调优化,提升异质能网络的可靠性与经济性,支撑能源电力系统安全稳定运行。
云平台技术
云平台是依托存储、交换以及虚拟化组件,通过关联各类数据、整合多种计算资源形成的逻辑统一的数据中心。云平台具有虚拟化、高可靠性、高通用性、高可扩展性、高速、灵活性等特征。与传统的服务器相比,云平台将物理资源虚拟化为虚拟机资源池,可通过灵活调用软硬件资源为用户提供各类服务。
云平台以客户需求为向导,通过向用户提供基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)三大类服务,可助力实现用能服务精细化和终端设备监控智能化(见图3)。

用能服务精细化管理。云平台利用其虚拟化资源管理技术实现对用户身份、用能信息等各类数据信息统筹储存与管理,并将数据信息抽象化关联形成跨应用、跨部门、跨系统的信息协同共享资源,构建具备管理动态化、数据可视化等特征的智慧能源管理系统,为用户提供实时在线的能源消费服务,在对用户开展能效诊断、能效薄弱环节识别的基础上,定制相应的节能技改、能源合同管理等服务方案,实现基于能源大数据的能源服务精细化管理。

终端智能化监控。依托云平台开放包容的技术特点,推动多元主体及设备的广泛接入,打破实体结构间的技术壁垒与体制壁垒,在此基础上,以数据驱动构建的特征库、模型库及算法库为依据,围绕“两高三低”目标,即能源系统终端用能效率提高、供能可靠性提高以及用户用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低,对各类终端实现状态监测与遥控、遥调,推动能源电力系统的多目标动态优化。


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