多重实验功能光伏并网发电系统的建设与运行(2)

清华大学深圳研究生院电力系统国家重点实验室深圳研究室 518055 摘要：本文介绍一个具有多重实验功能的光伏并网发电系统。系统最多可 分为 6 个子系统，适合于各种对比实验；太阳电池阵列的电压和功率可以 灵活组合，满足不同规格并网逆变器产品开发的需求；配备全自动高频检 测系统，进行长期运行数据的采集与积累；采用 3 种不同类型的太阳电池 组件，比较其在南方湿热地区的特性，为大规模系统电池组件的选型提供 实验依据。 关键词：光伏并网发电系统；并网逆变器；单晶硅电池；CIS电池； HIT 电池

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引言 当前，能源已经成为国际社会共同关注的重大问题，太阳能等新能源由于 其可再生和清洁等特点越来越受到重视，而光伏并网发电是大规模利用太阳能 的一种重要形式。并网逆变器将太阳电池发出的直流电转换成波形良好的交流 电，直接向电网供电，不需要诸如蓄电池之类的储能装置，系统的建设和维护 成本低、转换效率和可靠性高。欧美、日本等发达国家投入巨额资金研究开发 光伏发电，并制订相关的法律法规，积极推进产业化进程，建立了大量的光伏并 网发电系统。 我国光伏发电技术的应用也正在由解决边远无电地区用电问题的独立光伏 发电系统逐步向并网光伏发电系统转变，科技部把“光伏屋顶并网发电系统” 列入了“国家十五科技攻关计划”，各地相继建立了一些并网发电示范系统，其 中就有深圳市园博园内的 1 兆瓦系统。但是，这些系统的建设和运行都或多或少 存在以下几个问题： (1) 功能单一，以示范为主要目的，宣传新能源的开发利用，但相应的演示和宣 传工作不到位。 (2) 选用国外高价产品，巨额投资是在帮助国外产品验证技术，未在自主研发和 技术积累方面下足功夫。 为了推动我国光伏并网发电技术的发展和普及， 开发性价比高、 运行稳定、 符合国情的并网逆变器具有重要的意义。本实验室是由国家科技部正式批准成 立的深圳市第一个国家级重点实验室，在电力电子产品开发方面具有雄厚的实 力。在光伏发电方面，从 2000 年起配合新疆新能源股份有限公司实施“送电到 乡工程”项目，建设沙漠高速公路防沙林太阳能扬水滴灌实验系统；2004 年启 动并网逆变器的产品开发项目，为了建立相应的实验平台，2006 年 7 月开始， 利用深圳市政府对实验室初期建设的拨款，在深圳市大学城清华校区 J 栋顶层 搭建并网发电实验系统。深圳市能联电子有限公司给予了大力支持，将本系统 列为该公司所承担的科技攻关项目的示范工程。系统设计优先考虑满足各种实 验的要求，灵活调整，自由组合，操作简便。2006 年底全部建设完毕，投入并 网运行。 2 系统的构成

2.1 光伏阵列 在屋顶加盖约 200 平方米的平台，安装支架，铺设总峰值功率为 11.4kW 的光伏阵列（图 1） 。

图 1 光伏阵列 选用 3 种不同类型的太阳能电池，组件的参数如表 1 所示，特点如下： ? 硒铟铜（CIS：Copper Indium Diselenide Thin-film）太阳电池：是从 20 世纪 80 年代发展起来的一种多晶薄膜电池，多元化合物半导体中最具代表性的 光伏器件，转换效率高，成本低，具有接近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的 空间抗辐射性能。 ? 单晶硅太阳电池：在光伏并网发电系统中得到普遍使用。由于其完美的晶体结 构，化学、光学、力学性能均匀一致，转换效率高，坚固耐用，稳定性好。 ? 晶体硅异质结（HIT：Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）太阳电 池：采用非晶硅与高效单晶硅叠层结构，构成混合发电太阳电池，转换效率高， 生产成本低，温度系数低，高温条件下 表 1 太阳电池组件的参数

CIS 电池 峰值功率(W) 开路电压(V) 短路电流(A) MPP 电压(V) MPP 电流(A) 转换效率(%) 数量（块） 80 46.6 2.68 33.2 2.41 9 36 单晶硅电池 175 44.4 5.40 35.4 4.96 15 24 HIT 电池 180 66.4 3.65 54.0 3.33 17 24

仍可获得高功率输出。 总峰值功率分别为，CIS 电池阵列：2.88kW，单晶硅电池阵列：4.2kW， HIT 电池阵列：4.32kW。同类型电池每 6 块串联形成最小单元，14 个最小单元的引 线全部接入控制室。 2.2 接线与控制面板 所有接线端子、输入/输出隔离开关、并网逆变器和电表都布局在控制室内 的接线与控制面板上，如图 2 所示。最小单元的引线经输入隔离开关接至各自的

跳线端子，根据实验的需要，可以用跳线自由地组合成不同电压（200-800Vdc） 和峰值功率（480-4320W）的系统。 为了满足各种对比实验的要求，系统最多可以实现 6 台并网逆变器同时运 行，配备 6 路并网通道，包括计量电表和并网隔离开关。