太阳能光伏发电与建筑一体化毕业论文(3)

2019-04-14 22:24

扰动观察法是通过周期性的增加或减少光伏阵列输出电压,同时测量其功率,寻找出光伏阵列最大功率的工作点。该方法最大的优点是结构简单、测量参数少,通过不断扰动使阵列输出功率趋于最大。缺点在于初始电压值以及跟踪步长的选取对跟踪精度和速度有较大影响;阵列在最大功点附近总是不断摆动,从而造成一定的功率损失;在光照强度快速变化的情况下会出现“误判”现象。

电导增量法是当光伏阵列输出最大功率值pmax时,在最大功率点处有,即。所以,当光伏阵列增量电导(di/du)等于瞬时电导(i/u)的负值时,说明光伏阵列工作在最大功率点。该方法控制精确,响应速度比较快,适用于大气条件变化较快的场合。但是该方法对硬件的要求,特别是对传感器的精度要求比较高,算法复杂,系统各个部分响应速度都要求比较快,因而整个系统的硬件造价也会比较高。

(2)电流控制技术

光伏并网系统的主要功能是将太阳能光伏阵列所产生的直流电直接转换成与电力公司供给的相同电压和频率的交流电,其控制方式有如一个与市电电压同步的电流控制型pwm逆变器。为了降低送入电网的电流对电网产生的电力谐波,因此送入电网的电流波形总谐波畸变率越低越好。整个控制效果如同一个输出功率因数为1的交流电源供应器。

电压源型脉宽信号调制(vs-pwm)变换器可用于交流电机调速驱动、有源滤波、pwm整流、不间断电源(ups)以及高性能光伏并网系统,这些系统的控制结构中有一个共同点是都含有一个电流反馈控制内环。因此,变换器控制系统性能的优劣主要依靠电流控制策略。相对于传统的开环电压源型pwm变换器,电流控制的pwm(cc-pwm)变换器可以有效减小输出电压和电流的纹波,降低总谐波失真

率。

(3)孤岛效应检测与保护技术

由于光伏并网发电系统直接与市电相并联,因此必须具备完善的保护措施。所谓孤岛效应,是指电网中断供电时,光伏发电系统未能及时检测出电网停电状态并脱离电网,使太阳能并网发电系统和周围的负载组成一个不受电力公司掌控的自给供电孤岛。孤岛运行状态会带来安全隐患,从用电安全和用电质量方面考虑,是不允许出现的。

目前比较有效的方法有:主动频移法、主动相移法、无功补偿法等[16]。当前孤岛效应检测技术主要朝两个方向发展:一是检测指标的研究,也就是定义更为有效的量测参数作为判断市电断电的依据,这其中包括:电压、频率、相位、波形失真、负载阻抗变化等等;二是判断方法的改善,当可依据的断电检测指标增加时,可以发展成以经验法则为基础的智能型控制、有功功率正反馈、无功功率正反馈等方法,以便快速检测出孤岛效应。 3.3 国内外产品比较

目前国际光伏发电市场上主要逆变器制造商的市场份额如图7所示。

图7 全球光伏逆变器公司市场份额

而在我国,由于目前还没有发布《上网电价法》这类具体实施细则,只在边远无电地区推行离网式光伏户用系统用以解决离大电网较远的农牧民的基本生活用电问题;并网系统则基本是政府推动的应用示范项目。所以,我国国内的大

部分厂家仅生产几瓦至几百瓦的户用离网系统和太阳能路灯、水泵之类的小型系统,而研发和制造并网逆变器的厂家并不多。

从整个光伏逆变器行业来看,大部分企业生产的并网逆变器会配备变压器,这主要是从安全角度考虑,使电网侧与电源侧不共地。而像德国的sma等大公司可生产不使用变压器的高效产品,但其中都会安装享有专利的并网保护装置,以保证并网安全。在价格方面,各公司产品售价高低不等,但总的来说其性能与价格呈正比的关系,平均售价约7.5元/w。总的来说,大部分公司光伏并网逆变器的利润率都已经超过了100%。

目前国内的光伏市场主要集中在西部无电地区户用离网系统的应用,大部分国内公司主要偏重在离网控制器和逆变器的生产销售上。而并网逆变器则主要用于政府工程项目和西部一些私营企业的备用电源,市场需求十分有限。所以有相当一部分产品用于向国外出口或卖给系统承包商间接出口。

4 光伏并网系统市场前景

目前,我国光伏产业十分兴旺,容易令人产生形势一派大好的错觉。但是必须看到,中国光伏市场的缺失给我国的光伏产业带来了很大隐患。下面从技术和市场两个方面阐述目前面临的主要问题。 4.1 主要技术瓶颈

提到光伏系统的技术问题,其源头是高纯硅的提纯技术,以及如何减少单个电池片所使用的硅材料。而这里主要讨论光伏逆变器的技术问题: (1)逆变器效率需要进一步提高。目前国际上逆变器产品的最高效率可以达到98%,但一般维持在95%左右,有些逆变器效率还会更低。如何通过减小开关管频率或其他途径减小逆变器损耗是一项很重要的课题。

(2)如何通过光伏电池模块的组合,发展新的拓扑结构以提高mppt的跟踪效率也是今后需要进一步研究的问题。目前流行的组串式拓扑结构和多组串式结构可以根据不同电池板上的光照不同分别进行mppt控制以提高效率,但这同时会带来成本的增加。

(3)随着光伏并网系统安装数量的增多,电网对其并网谐波的要求必然会越来越严格。目前一般产品的thd能够达到4%以下。如何进一步降低谐波仍有待研究。 (4)对于离网系统,由于目前还没有光伏系统专用的深放电、长寿命铅酸电池,一般电池的使用寿命在2~3年左右,经常更换蓄电池,使成本进一步提高。因此尽快研发出长寿命电池和通过系统控制满足蓄电池充放电的要求是今后离网系统需要着力解决的问题。

(5)可靠性仍然是制约光伏发电系统发展的重要问题。一些农村用的光伏路灯,其平均故障率(一年内发生故障的设备/总运行设备)达到了21%,致使使用单位不敢再用。其主要是参数匹配不恰当、保护功能不善等原因所致。 4.2 国际市场前景

就目前世界形势来看,光伏并网发电已经成为太阳能发电的主流趋势。特别是单相3~5kwp的屋顶并网系统,以其投资门槛低、收益好,获得了德国等实施了《上网电价法》的国家居民的青睐。

可以预计,今后的国际市场中,光伏系统90%以上的应用形式是以光伏电站为代表的大型并网电站和以屋顶并网系统为代表的小型光伏并网系统。而光伏建筑一体化由于专用建筑材料的限制还不会有太大规模的应用,离网系统则只是作为边远地区居民、手机基站、灯塔等不便接线地区的电源设备,市场需求比较固定,不会有太多的增加。

在技术上,今后主电路拓扑会以组串式和多组串式这种安装灵活的结构形式为主。逆变器所用器件以igbt为主,10kw以下一般会使用ipm模块。逆变设备总体上向着低成本、高效率、小型化、更通用、更安全的方向发展。 4.3 中国市场前景

对于国内光伏产业两头在外的局面,加速开拓国内市场是发展我国光伏产业的关键问题。但目前拉动内需、发展光伏市场的前景还不明朗,《可再生能源法》对光伏市场的驱动力量还十分有限。

其中制约光伏发电发展最主要的原因就是成本太高,我国的经济还没有达到日本和欧洲等发达国家的水平。虽然政府已经意识到能源替代的重要性,但我国当前的首要任务依然是发展经济,消除贫困。毕竟中国尚有2365万人年均收入低于683元的国家贫困线,按照国际通行的日消费1美元的标准,中国的赤贫人口有1.73亿[18]。所以我国目前的基本政策还是以经济建设为中心。节能减排固然重要,但在光伏发电成本仍居高不下的时候是难以全面开展光伏发电项目的。这一点从目前光伏项目的工作重心偏重在农村电气化上也可以看出。

总的来说,我国太阳能发电的政策体系还不完善,经济激励力度较弱,相关政策之间缺乏协调,政策的稳定性差,还没有形成支持光伏发电持续发展的长效机制。虽然国家对光伏系统的发展逐步加大了支持力度,但由于没有建立起强制性的市场保障政策,无法形成稳定的市场需求,可再生能源发展缺少持续的市场拉动。

就我国的形势来说,由于目前光伏发电成本仍然是常规发电的8~10倍,如果不采取特殊措施,而只依靠技术进步,光伏发电成本到2050年左右才能接近当时常规发电成本水平[20]。也就是说,如果政府不采取措施,在未来相当长的


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