摘要：本文對并網發電系統電站的技術應用及案例進行研究和探討，并對并網技術的設計要點及現場的應用、對應用案例的分析、對環境的影響、綜合社會效益等進行綜合闡述。
關鍵詞：電站 并網  光伏發電 案例

　　我國面臨著嚴重的環境問題和能源問題，節能是建筑外圍護結構行業的重要責任，我國建筑能耗是相同氣候條件發達國家的2至3倍。國家發改委發布了我國第一個《節能中長期專項規劃》，要求在“十一五”期間新建筑嚴格實施節能50%的設計標準，其中北京、天津等少數大城市率先實施節能65%的標準。建筑節能是提高住宅舒適度、降低運行費用的基礎，也是可持續發展的迫切要求。建筑節能的65%主要由建筑圍護系統承擔。到本世紀一二十年代，光電成本估計將有可能降低到與常規電價相競爭水平，幕墻企業、設計師將和能源企業、工程師相結合，促進光電屋頂發展。光電屋頂作為有效地節能建筑圍護系在中國的大規模推廣應用是可以預見的，光電屋頂推廣應用除了有關研究開發機構及公司企業進一步努力之外，很重要的一個方面，還需要政府有關機構和部門對其重要性和迫切性進一步提高認識，進一步擴展其戰略規劃和發展計劃，進一步制訂有效的扶持政策和措施，進一步加強指導和引導，使光電幕墻、光電屋頂在不太長的時間內，大規模合理應用，大規模健康發展。　　 

　　并網光伏發電系統的優勢
　　太陽能并網發電系統通過把太陽能轉化為電能，不經過蓄電池儲能，直接通過并網逆變器，把電能送上電網。太陽能并網發電代表了太陽能電源的發展方向，是21世紀最具吸引力的能源利用技術。與離網太陽能發電系統相比，并網發電系統具有以下優點：
　　（1）利用清潔干凈、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。省掉蓄電池并可提高系統的平均無故障時間和蓄電池的二次污染。
　　（3）分布式安裝，就近就地分散發供電，進入和退出電網靈活，既有利于增強電力系統抵御戰爭和災害的能力，又有利于改善電力系統的負荷平衡，并可降低線路損耗。
　　（4）可起調峰作用。聯網太陽能光伏系統是世界各發達國家在光伏應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，前景可觀。

　　并網光伏發電系統設備構成及類型
　　太陽能電池發電系統原理是利用光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正、負極所收集，并在外電路中產生電流，從而獲得電能。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,太陽能電池方陣發出的電經過并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并網逆變器直接為交流負載供電.

　　1．太陽能電池組件
　　一個太陽能電池只能產生大約0.5伏的電壓，遠低于實際使用所需電壓。為了滿足實際應用的需要，需要把太陽能電池連接成組件。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接。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17伏的電壓。
　　目前工程上應用的太陽能電池方陣多為由一定數量的晶體硅太能電池組件按照并網逆變器的電壓要求來進行串、并聯組成。通過導線連接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，廣泛應用于各個領域和系統。當應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。
　　2．直流/交流逆變器
　　將直流電變換成交流電的設備。由于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并網逆變器。
　　獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。并網逆變器用于并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正弦波逆變器。逆變裝置的基本結構，除上述的逆變電路和控制電路外，還有保護電路、輸入電路、輸出電路等；并且還可對頻率、電壓、電流、相位、有功與無功、同步、電能品質（電壓波動、高次諧波）等進行控制，具有如下功能：
　　① 自動開關 根據從日出到日落的日照條件，盡量發揮太陽電池方陣輸出功率的潛力，在此范圍內實現自動開始和停止。
　　② 最大功率點跟蹤（MPPT）控制，對跟隨太陽電池方陣表面溫度變化和太陽；輻射度變化而產生的；輸出電壓與電流的變化進行跟蹤控制，使方陣經常保持在最大輸出的工作狀態，以獲得最大的功率輸出。
　　③ 防止（孤島）運行，系統所在地發生停電，當負荷電力與逆變器輸出電力相同時，逆變器的輸出電壓不會發生變化，難以察覺停電，因而有通過系統向所在地供電的可能，這種情況叫做孤島運轉。在這種情況下，本應停了電的配電線中又有了電，這對于安全檢查人員是危險的，因此要設置防止單獨運行功能。
　　④ 自動電壓調整，有剩余電力逆流入電網時，因電力逆向輸送而導致送電點電壓上升，有可能超過商用電網的運行范圍，為保持系統電壓正常，運轉過程中要能夠自動防止電壓上升。
　　⑤ 異常情況排解與停止運行，當系統所在地電網或逆變器發生故障時，并網逆變器的保護功能應控制逆變器停止運轉，以便及時排查。
并網光伏系統可分為集中式大型并網發電系統和分散式小型并網光伏系統兩類型。大型并網光伏電站的主要特點是所發電能被直接輸送到電網上，由電網統一調配向用戶供電，如下圖2所示。

 
　　　　　　　圖2 大型并網發電光伏圖

　　分散式小型并網光伏系統主要特點是，所發的電能直接分配到用戶的電用負載上，多余或不足的電力通過并接電網來調節。住宅系統可分為有逆流系統和無逆流系統兩種形式。有逆流系統，是在光伏系統產生剩余電力時將該電能送入電網，由于與電網的供電方向相反，所以稱為逆流。當光伏發電系統不夠時用電網供電，這種光伏發電系統是為用電負載小所發的電能或負載用電時間和發電時不相匹配設計的（圖3）。

 
　　　　　　　　　　　　　圖3　　有逆流系統圖

　　無逆流發電系統，是指發電系統當天所發的電小于或等于負載用電量，電量不夠時電網提供系統和電網并接向負載供電，該系統發出有多余的電能；也只能對其加以處理，如圖。

 
　　　圖4 無逆流系統圖

　　分散式小型并網光伏系統又分為帶蓄電池發電系統和不帶蓄電池發電系統。帶蓄電池發電系統應用性強，出現電網停電、限電、搶修等情況時仍可正常運行。

 
　　圖5 帶蓄電池并網光伏系統圖

　　住宅并網發電光伏系統通常是白天的發電量大于負載用電量，晚上光伏系統不發電而負載耗電量大。將光伏系統和電網相接，就可以將白天發的電多余部分存到電網中。根據用電隨時取用，不用蓄電池。

 
圖6　　不帶蓄電池并網光伏系統圖

　　建筑與光伏系統的組成
　　光伏系統電太陽能組件可以安裝在建筑物的屋頂上，引出端經過控制逆變裝置與電網聯接，由光伏系統和電網并聯向用戶供電，多余的向電網反饋，不夠向電網取用。光伏系統電太陽能組件可以與建筑材料相結合，或者利用支架安裝在屋頂上。采用玻璃幕墻做成集成化。其功能是啟保護內部屬及做裝飾的作用。把屋頂、外墻、遮陽板、窗戶等等材料用光伏發電系統來代替，既能作為建筑材料和裝飾材用。能發電，一舉兩得。使光伏發電系統的造價降低。這對光伏器件的要求更高、更新的要求，應具有建筑材料所要求的性能。如隔熱保溫、電氣絕緣、防火阻燃、防水防潮、抗風耐雪、重量較輕、具有一定的強度和剛度且不易破裂等性能，還應具有壽命與建筑同步、安全可靠、美觀大方、便于施工等。

　　應用案例
　　1、3360Wp并網光伏發電系統工程簡介
　　該系統是由珠海興業新能源科技有限公司承建, 該項目建于公司大樓三樓樓頂上。光伏系統總設計峰值功率為3360Wp，與公司電網并接，當電網斷電時，可獨立給公司負載供電。還給展示臺液晶電視供電。電池板全部采用6mm鋼化超白玻璃+EVA+電池片+EVA+6mm鋼化超白玻璃雙玻光伏組件。投入運行以來,安全可靠、發電穩定、并網良好、達到設計標準。根據珠海的地理位置及氣象氣候條件，通過計算確定太陽能電池板擺放在正向朝南方向。傾角25~30度范圍時能接受到的太陽輻射最多，發電量最大，為方便工程施工以及太陽能電池支架的制作，取傾角27度。光伏安裝面積：約130㎡，如圖7所示：
 
　　　　　　　　　　　圖7 太陽能電池板安裝擺放圖

　　（1） 電氣設備系統介紹
　　系統主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、雙向逆變器、并網逆變器和控制設備組成。如圖所示。

 
　　　　　　　　　　　　圖8 帶蓄電池并網光伏發電系統構成

　　（2） 光伏系統工作原理
　　光伏電池7塊串聯起來，經二極管集線箱把12組并聯起來組成一組輸出給逆變器。逆變器逆變出來的交流電與公司電網并接，中間接雙向逆變器加蓄電池組儲電，以便市電停電時候切換到蓄電池組供電給負載。太陽能電池正常發電時候，先通過雙向逆變器向蓄電池組充電。蓄電池組充滿電時，太陽能電池發出的電直接逆變到電網。當市電停電，失壓脫扣器脫扣，失壓脫扣器脫扣之后，發出信息給雙向逆變器，雙向逆變器逆變啟動，蓄電池組投入使用，供電給負載使用。如圖8所示
　　3、運行曲線

 
　　　　　　　　　　　　　　　　電壓-時間曲線
　　4、 設備主要參數
　　（1） 太陽電池方陣：由84塊非晶硅薄膜太陽能電池，總功率為3360W，組件尺寸：1245mm×635mm×7mm，組件功率為40Wp。
　　（2） 蓄電池組：選用2V900AH全密封免維護閥控鉛酸蓄電池24只，組成48V900AH的蓄電池組。
　　（3） 雙向逆變器：全自動不間斷運行，選用于5000W，額定交流電壓230V，蓄電池電壓為DC48V。功率強大、可靠、耐用、過載性能優良。
　　（4） 并網逆變器：選用3000W，微電腦（CPU）控制技術，性能卓越，整機逆變效率高，節能環保；智能的電池充電管理和過充過放保護功能，延長電池使用壽命；適應溫度范圍寬，可高海拔使用。絕緣強度：1500VAC,1分鐘；環境溫度：-20℃～+55℃；環境濕度：0-90%，不凝結；具有軟啟動、電池反接保護、輸出過載/短路保護、電池欠壓/過壓保護、過溫保護。
　　（5） 控制柜：有直流輸入控制，交流電網供電控制，并網電量計量、防雷保護等功能。
　　5、數顯監控系統介紹
　　監控系統包括以下設備：輻射照度儀、溫度計、風速計、控制器、調制調解器、終端控制（顯示）設備、數據纜線等。
　　通過電腦等相關終端的顯示，可實現實時監控相關數據。通過程序轉換相關的界面，可輕易轉換終端（電腦、電視等）所顯示的界面，并在界面中顯示如系統溫度、直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、交流功率、日發電量、總發電量、氣象數據等信息，體現出系統運行效果。如圖9所示：

 
　　　　　　　　　　　　　　圖9 系統監控

　　6、光伏系統優勢
　　（1）無須向國家電網申請：本系統所發出的電力只在建筑物內應用，對市政電網無任何影響。
　　（2）系統穩定：與電網一起工作，使所有用電器在太陽能發電較少的情況下，直接轉用市電，兩個系統互為補充，安全可靠。
　　（3）兩種運行方式：系統可以運行在兩種的運行方式中，當市電正常時候，光伏電池對負載供電；當市電停電時候，斷開市電，由蓄電池組和光伏電池對負載供電。
　　（4）實時監控：系統采用整套實時監控系統，可以實時監控系統的運行，以便操作人員對系統的監視。

　　7、經濟效益
　　本項目方案按估計如期每年發出6023千瓦時的電力。我國常規電能以煤碳發電為主，煤碳發電量占全部發電量的70%以上，2001年我國煤碳發電廠平均每千瓦時電能耗用為360克標準煤。
　　光伏系統發電每6023kWh，可省燃油1566升或省煤2噸，意味著少排放6噸的二氧化碳、71千克的二氧化硫和25千克氮氧化物，同時減少因火力發電產生的16噸粉塵，節約2.4萬升凈水。

　　其它案例
　　1、深圳萬科中心辦公樓屋項，發電峰值總功率為282KWp

　　2、深圳僑香村住宅房項目屋頂，發電峰值總功率為107KWp
 

　　結束語
　　長期以來，我國一直以煤炭發電為主，由于多年來無止盡的開采，我國煤炭儲量已經不能支持我國電力的發展，加之使用化石能源帶來了空氣污染，水污染等環境的問題，中國正在以歷史上最脆弱的生態系統，承受著歷史上最多人口和最強的發展壓力，作為能源消費大國，提高能源效率和發展新能源與再生能源已是燃眉之急。風光互補發電減少了對不可再生能源的利用和污染，用完美演繹了能源供應和環境保護的雙重使命，體現了人與自然相互依存，和諧發展的理念。光伏發電具有地理分布范圍廣泛的潛能，使太陽能成為唯一新穎的能源來源而被應用于建筑中，從大規模、地域化的供電系統脫離出來。將太陽能光伏發電應用于外伶仃島中，為珠海周邊島嶼展示可再生能源的應用，體現建筑與高新技術的結合，并且為環境保護作出的巨大示范作用，為我國構建和諧社會，走可持續發展的道路作出矚目的貢獻。