顾崔峰
上海来有信信息技术有限公司 上海市 200000
摘要：在社会快速发展过程中，需要面对能源问题，因此新能源开发属于必然趋势，其中，太阳能是人们最为重视的能源。对此本文阐述了光伏发电并网技术概述，分析了结合天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目光伏发电并网及其相关技术发展现状，并提出光伏发电并网及其相关技术发展前景。
关键词：光伏发电：并网技术；发展现状
前言：当前，世界化石能源储量日益减少，能源危机是现阶段人类发展的主要挑战。所以，要想充分保护生态环境，降低大气污染，为人类长远发展提供稳定能源，世界各国均开始进行可再生能源发展工作，相比于核电、风电、水电以及其他能源，太阳能具有故障率低、制约少、无污染、无噪音、维护便捷以及其他优点。同时太阳辐射能非常丰富，属于取之不竭的能源。太阳能对地球的辐射能量达到80万/kW/s，若是能够对0.1%太阳能进行电能转化，同时转化率达到5%，则发电量达到5.6×1012kWh。
在长期发展过程中，光伏发电技术逐渐成熟，而光伏发电并网是该技术的主要发展方向与重点研究内容，主要是光伏系统接入常规电网中，为用户供电。在光伏技术快速发展过程中，光伏电能开始不断朝着替代能源方向发展[1]。
1 光伏发电并网技术概述
光伏发电体系主要涵盖并网发电与离网发电两种形式，相比于离网发电系统，并网发电系统成本能够降低25%。借助微网形式向电网中接入光伏系统，可以不断拓展光伏系统规模，借助并网可以有效提高太阳能使用灵活性以及范围。
光伏发电并网，即借助并网逆变器促使太阳能组件直流电进行满足市电电网规范交流电，之后向公共电网中接入。主要涵盖不带蓄电池以及带蓄电池两种并网系统。其中带蓄电池并网系统的可调性较为突出，能够按照实际需求退出电网或是并入电网，同时具备电源功能，在电网停电情况下能够紧急供电，在居民建筑中应用较为广泛。对于不带蓄电池并网系统，则没有备用电源以及可调度性等功能，通常在大型系统中具有广泛应用[2]。
2 我国光伏发电并网及其相关技术发展现状
2.1项目概况
浙江联盛合众新能源有限公司旗下天津联启新能源有限公司利用天津滨港屋顶18栋混凝土屋顶，建设3.2MW分布式电站，电站总投资额为1500万元，年发电量月为330万电；相当于每年节约455吨标准煤和减少1228.5吨二氧化碳的排放，联盛新能源在电站投资建设、安全管理、运维维护、科技创新方面具备专业品质，为企业提供清洁电力，联盛新能源出台“零碳新城计划”，积极推动分布式光伏产业市场应用，推动绿色能源的普及，为国家2030年碳达峰及2060的碳中和目标贡献力量。见下图
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图1 天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司405#厂房水泥屋顶上分布式组件排布图
2.2技术应用现状
（1）高压并网，配电房较远，电缆选项需要考虑压降。天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目中，由于厂房位置座落分散、单体屋顶面积比较小、光伏电站阵列和配电房相距较远等，光伏电站的逆变器至并网柜的交流电缆需要复核电压降，以保证并网电压满足电网要求，继而提高光伏电站发电性能。
光伏电站的逆变器至并网柜的交流电缆需要复核电压降，以保证并网电压满足电网要求
（2）光伏车棚，需单独设计。在天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目中，充分考虑了员工停车需求，建设了车棚，为了将车棚作用充分发挥出来，选择光伏车棚为员工车辆安全提供保障。对此需要充分结合地质勘察以及业主需求等情况，设计光伏车棚系统以及结构，在设计过程中，还应该充分考虑材质、造型以及车位等因素。所以，需要独立设计[3]。
3 光伏发电并网及其相关技术发展前景
3.1光伏发电并网技术分析
（1）经过现场二勘察和与业主单位沟通，设计，采用铜芯电缆、并驾培SVG和二次保护装置。经过现场二勘察和与业主单位沟通，设计，采用铜芯电缆、并加配SVG和二次保护装置。①光伏阵列组件连接电缆暴露在阳光之下，常常会在恶劣环境条件下使用，如高温和紫外线辐射。使用光伏专用电缆PV1-F-1×4，提高在恶劣条件下的可靠性；逆变器至箱变的交流电缆使用交联聚乙烯绝缘电缆，采用ZRC-YJV-0.6/1.0kV-、ZRC-YJV-0.6/1.0kV-3x50、ZRC-YJV-0.6/1.0kV-3x70或ZRC-YJV-0.6/1.0kV-3x95交流电力电缆连接；10kV交流电缆使用交联聚乙烯铠装聚乙烯护套阻燃电力电缆连接；电缆型号：ZRC-YJV22-8.7/15kV-3*35、ZRC-YJV22-8.7/15kV-3*50、ZRC-YJV22-8.7/15kV-3*120无铠装电缆从地下引出地面时，高度 2m及以下部分，应采用金属管或保护罩保护，以防机械力损伤（电气专用间除外）。电缆线路所需敷设的电缆保护管应加工好并放置现场。电缆保护管的加工应符合以下要求：第一，管口应无毛刺和尖锐棱角，管口宜做成喇叭形。第二，电缆管在弯制后，不应有裂缝和显著的凹瘪现象；电缆管的弯曲半径不应小于所穿入电缆的最小允许弯曲半径。第三，金属管应在外表涂防腐漆或涂沥青。第四，电缆放线架应放置稳妥，钢轴的强度和长度应与电缆盘重量和宽度相配合。控制电缆使用聚乙烯绝缘屏蔽电缆或计算机电缆[4]。
②驾培SVG。将 SVG技术应用于天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目，可以有效降低电网的无功负荷，从而降低电网的电压等级，从而使电网的有功损耗得到充分控制。特别是供电电压末端，线路比较长，线路无功以及有功损耗比较大，导致末端电压降低，SVG技术促使电路损耗大问题得到有效处理，并且能够促使末端电压更加稳定。见下图。
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图2 光伏电站接线图
无功补偿设备不仅需要对自身损耗进行补偿，同时对系统进行无功备用考虑，确保相关无功功率调节容量满足要求，因此建议升压站的无功补偿人容量根据30%光伏装机的容量进行确定，就是将SVG装置设置在升压站母线中，规格为9Mvar，调节范围如下：感性（-9Mvar）—容性（9Mvar）。
③二次保护。第一，光伏场二次接线。光伏场区信号、测量以及控制。a.控制，将通讯管理机柜（1套）安装在升压箱变中，属于光伏厂区信息综合中心，主要是对就地升压模块相关设备采集状态信号以及测量数据等，同时汇总、分析以及贮存采集数据，另外负责联系升压监控系统，进行有效传达控制指令以及传输状态量与数据。控制对象为：逆变器、负荷开关、断路器以及变压器。b.测量表计。将考核计量装置设置于变压器出口位置，测量标记根据DL/T5137文件进行配置：逆变器、箱式变压器（无功功率、有功功率、电压）、10kV线路。c.信号，不进行常规音响信号系统设置，各种故障、事故信号均向主控室自动化平台输入。
第二，10kV并网线路保护。天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目的10kV并网线路需要进行三段式相间电流保护设置。
第三，10kV集电线路保护。对于进线的主保护选择电流速断保护，对于后备保护选择过流保护，跳闸之后立即发生动作。进行过负荷保护设置，接收相关信号之后立即动作。
第四，箱式变压器与逆变器保护。a.10kV箱式变压器保护。对于箱式变压器的高压侧进行熔断器保护设置，对于低压侧选择框架脱扣器欠压以及电流保护。箱变内进行测控装置设计借助通讯系统向监控系统传输电流电压、开关位置、温度以及报警等信号[5]。
（2）光伏车棚设计。①光伏车棚构成。a.光伏支架，该装置是电池板核心结构，主要根据滨港基本雪压以及风压设计，保证光伏车棚能够具有良好抗雪载以及抗风载水平，同时根据最佳倾角进行安装，并将不同构件截面尺寸进行设计。b.电池方阵，光伏系统关键构件，接收太阳能之后可以直接进行电能转化，通过对一定数量电池板进行串联处理构建光伏组件方阵。c.接地、防雷系统，涵盖接地网、引下线以及防雷器等。支架借助钢柱接地，并通过热镀锌扁钢和水平接地体连接，进而构建接地网。d.逆变升压体系，涵盖升压变压器、智能汇流箱以及直流配电柜等，进行并网汇集处理。
②光伏车棚结构。a.基础，选择钢筋砼基础，借助基础垫层和底板上部基础短柱构成，将预埋螺栓设置在短柱顶部连接于支架。基础开挖设计深度设计为0.75m，最终方案选择砼整体浇筑处理，有效提高与原回填土的粘结性，同时促使地基承载力需求得到充分满足。
b.光伏支架，天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目的光伏发电选择双立柱、单破形式，对于安装架角度设计为10°，低端高度设计为2.2m，采用垂直式双向方式进行停车。前立柱与后立柱之间距离设计为4.3m，借助预埋柱的脚螺栓连接砼基础，并进行二次灌浆预留，促使柱脚螺栓能够得到充分调节。立柱与钢梁选择H型钢进行焊接，并选择端板横放手段进行连接，端板拼接位置螺栓选择10.9s摩擦性螺栓。在浇筑底板位置设置抗剪键，选择8#槽钢与柱脚底板进行垂直焊接，同时对砼基础进行凹槽预留处理。最后，借助微膨胀砼展开二次灌浆作业。
钢梁主要承载上部构件的传递荷载，将次构件加劲板与连接板焊接于腹板上。将刚性系杆、水平支撑设置于板梁横向位置，水平支撑即柔性支撑[6]。
c.屋面系统。本项目主要选择太阳能电池板进行屋面设计，借助铝合金压块对电池板进行固定，一块电池板选择4个压块。基于车棚防水考虑，选择泡沫棒对电池板缝隙进行填充处理，并对上部进行彩钢盖板设计，具有良好防水效果，有效提高光伏车棚稳定性与安全性。
3.2我国光伏发电并网和相关技术发展前景
（1）政府积极支持光伏产业。当前，国家发改委强调：新建多晶硅产业商务规模需要在3000t/年以上，占地面积在6公顷/kt。与此同时，还需要注重单晶硅产业发展，逐渐增加单晶硅产业的市场占有率，预计在2025年，单晶硅市场占有率达到73%以上，其中，N型单晶硅片的市场规模达到50%以上。单晶硅的转换效率高于多晶硅，尤其是在拉晶技术和金刚线切片技术的产业化发展，在一定程度上降低单晶片成本，促进其市场化发展。加之PERC、TOPCon、HIT等技术提出，高效组件逐渐出现，在一定程度上增强其电能转换能力。通常情况下，太阳能级单晶硅实际还原电消耗程度为50-60kwh/kg，随着相关技术的发展，应逐渐增加发电率，达到60kwh/kg及以上，增强其能效。
（2）光伏领域在欧美领域获得良好发展。由于日本核泄漏问题，德国决定在2022年之前将核电站全部关闭。我国两家银行投资70亿欧元为中国光伏企业进行欧洲市场开发工作提供支持，而意大利基于核电站问题也决定不再继续投资，为光伏企业发展提供保障[7]。
（3）我国光伏企业主要潜在市场是亚洲。当前，我国光伏发电并网的装机量已经超出500万kWh，另外基于分散光伏发电工程，装机量在1000万/kWh。然而在建装机量在100万kW左右，在未来还以150万kW/年规模持续增加。在2012年，亚洲支持300万kW太阳能发电，涵盖偏远地区光伏、屋顶以及大型太阳能电站等光伏系统，亚行在3年内投放22.5亿美元优惠政策。在2015—2020年，光伏发电产业已经实现初步商业运作，并不断朝着区域性方向发展。
结语：
以我国现阶段能源形势角度分析，光伏发电并网和其相关技术应用可以充分解决能源紧缺问题，所以需要对光伏发电技术展开积极发展以及研究，不断促进光伏并网和相关技术使用。本文分析了天津联启新能源天津滨港电镀管理有限公司3.2兆瓦屋顶分布式光伏发电项目，发现其中存在高压并网，配电房较远，电缆选项需要考虑压降以及涉及部分光伏车棚，需单独设计等难点，对此本文制定了经过现场二勘察和与业主单位沟通、设计，采用铜芯电缆、并驾培SVG和二次保护装置以及单独设计并且建设外观优质的光伏车棚等设计策略，有效应用了光伏发电技术。
参考文献：
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[2]刘涛. 探讨太阳能光伏发电并网技术的应用[J]. 百科论坛电子杂志, 2018(12):317-317.
[3]张丽, 陈硕翼. 光伏发电并网技术发展现状与趋势[J]. 科技中国, 2020(2):18-21.
[4]宋双静, 王密芳.分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案[J].百科论坛电子杂志, 2019(01):457-457.
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[6]李秀云, 韩继武. 大规模光伏发电并网对电力系统的影响及其发展现状[J]. 智慧中国, 2019(04):93-95.
[7]李盼盼. 太阳能光伏发电并网技术的应用现状与对策[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2016(04):292-292.
简介：顾崔峰 ；1986.03，男，汉族，江苏省盐城市人，江苏海事职业技术学院，专科学历，电子信息工程技术专业，从事光伏行业十年，涉及光伏电站开发、设计、建设、运营，运维上百座分布式光伏电站。