分布式光伏发电系统综述

1、分布式光伏发电系统综述摘 要：介绍了国内对分布式光伏并网的一般性规范 要求；分析了分布式光伏电站的分类以及系统结构；总结了 现有分布式光伏电站存在的系统方式、太阳能电池板、逆变 器、并网方式，为以后分布式光伏电站的设计提供理论支持。关键词：光伏发电；逆变器；光伏并网；太阳能电池板 引言近年来，受化石能源短缺、人类生态环境压力的影响， 大力发展绿色无污染的、可再生能源已显得尤为重要1。太 阳能光伏发电是一种新型的可再生能源发电方式，是一种绿 色发电方式，不需要煤等燃料，对环境友好，没有转动式组 件，维护简单，模块化设计，决定了其规模可大可小，可根 据场地的要求调整系统容量等突出优点。随着光伏产业

2、的快速发展，已有许多研究着对太阳能发 电系统进行了研究。文献2-3介绍了太阳能发电的工作原 理、构成以及分类。逆变器是太阳能发电的核心部件，文献 2-6对逆变器的结构、工作原理以及市售产品进行了详细的 介绍。文献7-8介绍了分布式光伏发电的发展趋势以及在国 内的应用，但未能提供对该分布式系统实现的支撑。文献 9-10中介绍了光伏发电系统的设计方法。文献11提出了一 种家用小型分布式光伏发电系统结构设计。文献12-18介绍 了分布式光伏发电系统的应用实例。文献19对金太阳示范 工程和光电建筑项目总结了经验教训，并分析了随着光伏产 业发展，我国出台的一系列补助政策。我国近三年来分布式光伏发电发展迅

3、速，自从2009年 开始了实施“金太阳”工程和光电建筑示范项目，截至到2011 年年底，国家已公布的光电建筑示范项目规模约为30万千 瓦，“金太阳”工程已公布的规模约为117万千瓦。国家公 布的相关规划提出，2015年分布式光伏发电要达到1000万 千瓦。同时，明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的 分布式光伏发电系统。因此，分布式光伏发电是未来的重要 发展方向。在此背景下，文章先后介绍了光伏发电系统的分 类、系统方案、主要组件结构以及并网方式。1系统分类分布式发电系统主要是自产自用，必须接入公共电网， 与公共电网一起为附近的负荷供电。如果没有公共电网支 撑，分布式系统就无法保证用户的可靠性

4、和质量。根据接入 公共电网的电压等级可将光伏发电系统分为可分为小型、中 型、大型光伏发电系统，分布式发电系统一般建在负荷侧， 是中小型光伏发电系统。根据是否配备储能环节，可将分布 式光伏发电系统分为不可调度发电系统和可调度发电系统。1.1不可调度发电系统不可调度发电系统由光伏电池阵列、控制器、并网逆变 器、变压器等组成，如图1所示。在不可调度发电系统中， 当公共电网没有故障时，光伏发电系统产生的电能经过并网 逆变器变为同相同频的交流电送入公共电网；当公共电网发 生故障或者无光照时，系统将自动停止向公共电网送电。图1不可调度发电系统框图控制器包括光伏电池MPPT控制器和逆变单元控制器 两部分。其

5、中MPPT控制器实现光伏电池的最大功率输出 的控制，保障光伏能源充分利用。1.2可调度发电系统由于光伏电源的不稳定性，光伏并网对电网的线路潮 流、系统保护、电能质量、运行调度、经济性等带来不良的 影响。为并网光伏电站配置储能装置，是目前从电站的角度 来解决电站并网对系统冲击的唯一可行方案。可调度光伏电 站的典型结构包括：光伏阵列、并网逆变器、蓄电池储能环 节、控制器、变压器等，如图2所示。图2可调度发电系统框图储能系统是光伏并网发电系统的调控环节，当光照比较 充足的时候，光伏发电系统的发电量多于负荷的需求，此时 储能系统将多余的电能储存起来；当光照不充足时，光伏发 电系统的发电量不满足负荷的需

6、求，此时释放储能系统内储 存的能量，平衡负荷的需求，从而起到调节供用电平衡和平 滑分布式发电系统能量输出的作用，可调度发电系统将成为 今后的一个重要研究方向。虽然，相对于不可调度发电系统来说，可调度发电系统 在电能质量、经济性、系统保护等方面的性能更优越；但是， 由于可调度发电系统增加了储能环节，储能系统本身存在寿 命低、价格贵、体积笨重等缺点，使得可调度发电系统的应 用不及于不可调度发电系统，日前，大部分分布式光伏系统 仍采用不可调度发电系统式结构。2系统方案目前上网型太阳能光伏发电工程的形式主要有：光伏建 筑一体化（BIPV）、地面太阳能发电场、屋顶太阳能发电系 统（BAPV）：（1）光伏

7、建筑一体化是光伏发电系统以建筑材 料的形式作为建筑的一部分，通常为建筑屋顶和光照条件较 好的建筑立面。（2）面太阳能发电场是利用地面专门的场地 建设光伏发电系统，需要占地面积较大，一般用于大型集中 式并网系统，在我国一般建设在西部地区较多。（3）屋顶太 阳能发电系统则是利用现有建筑的闲置屋顶建设光伏发电 系统，所需条件是有较大面积且朝向较好的建筑物屋顶。目前，我国的小型光伏发电站主要采用屋顶太阳能发电 （BAPV）。其显著优点在于：受日照辐射条件好，不占用专 门的用地面积，符合建设条件的建筑量大，可大规模推广应 用，而且建设改造成本低，发电并网条件好，光伏组件安装 方式比较自由，系统效率高，可

8、实现较大规模装机，适合在 工商业发达且缺乏可供开发利用空地的地区大规模推广应 用。3系统设备分布式光伏发电系统的基本设备有太阳能电池组件、光 伏方阵支架、并网逆变器、直流汇流箱、直流配电柜、交流 配电柜等，另外还有系统监控装置和环境监测装置。其中， 最重要的两个设备是太阳能电池组件和并网逆变器，这两个 设备的质量直接影响整个分布式光伏系统的性能。3.1太阳能电池组件太阳能电池组件是分布式光伏发电系统的核心部分之 一，也是分布式光伏发电系统中最重要的部分。其作用是将 太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载 工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的 质量和成本。太阳能电池

9、组件由进口（或国产）单品（或多 品）硅太阳能电池片串并联，用钢化玻璃、EVA及TPT热压 密封而成，周边加装铝合金边框，具有抗风、抗冰雹能力强、 安装方便等特性。3.2并网逆变器光伏并网逆变器是分布式光伏发电系统中核心部件之 一，其主要功能是将太阳能电池组件产生的直流电逆变成交 流电，并送入公共电网，其效率、可靠性会直接影响整个分 布式光伏发电系统的性能。根据逆变器的内部结构可分为带隔离变压器的逆变器（低频工频变压器、高频变压器）和不带变压器的逆变器。具体比较见表1:由于带隔离变压器的可靠性较高，因此国内光伏电站并 网逆变器多采用带有隔离变压器的逆变器。但是，由于去掉 变压器不仅可以降低系统的

10、成本，减小系统体积和重量，而 且还可以提高光伏发电系统的发电效率，因此无隔离变压器 光伏发电并网逆变器成为近年来研究的重点和热点。太阳能发电并网方案中，为保障公共电网的安全，并网 逆变器还需要考虑三相电压、电流不平衡，欠压，防雷接地 保护，短路保护，防孤岛效应等保护措施。4并网方式分布式光伏系统主要有两种并网方式：就近较低电压等 级并网方式和集中控制，高压单点并网方式。小型光伏发电 系统由于容量比较小，对公共电网的潮流影响可以忽略不 计，一般选择就近较低电压等级并网方式，且优先选择用电 负荷多于并网容量的线路并网；大中型光伏电站由于并网容 量较大，对电网系统潮流影响较大，采用集中控制，高压单

11、点并网。目前，分布式太阳能发电并网方案中，根据光伏电站容 量和周边电网的实际情况综合选择，小容量光伏电站采用分 散发电，分散控制，低压就地上网；中大容量的光伏电站， 采用分散发电，光伏电池串并联后接入逆变器（配置多台并 网逆变器）后集中控制，高压并网，或者采用分散发电，就 地升压，集中控制，高压单点并网，低压就近并网的原则。5结束语在国内大力鼓励发展分布式光伏发电的背景下，文章对 分布式光伏并网发电系统进行了综述性的描述，分别介绍了 我国对光伏发电站并网的一般规范要求，分布式光伏电站的 分类及结构框图，以及具体介绍了我国目前常用的分布式光 伏电站工艺方案中系统方式、太阳能电池板、逆变器、并网

12、方式，为以后分布式光伏系统的设计提供了理论支持。参考文献刘建涛，张建成，马杰，等.储能技术在光伏并网发电 系统中的应用分析J.电网与清洁能源，2011（7）： 62-66.李定安，吕全亚.太阳能光伏发电系统工程M.北京： 北京工业大学出版社，2012.冯垛生.太阳能发电原理与应用M.北京：人民邮电出 版社，2007.程志冲.光伏发电并网逆变控制技术D.华北水电水 利学院，2012.吴春华.光伏发电系统逆变技术研究D.上海大学， 2008.刘思佳.光伏系统最大功率跟踪及并网控制研究D.天津理工大学，2012.孙李平，李琼慧，黄碧斌.分布式光伏发电现状及走势 J.中国电力教育，2013 （6）：

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