多重实验功能光伏并网发电系统的建设与运行(3)

图 2 接线与控制面板 2.3 数据采集系统 建立了一套完善的检测系统进行运行数据的采集和记录，如图 3 所示。对并 网电能质量的检测， 使用数字示波器和数字功率计测量光伏阵列输出电压/电流、 并网输出电流及其谐波、有功/无功功率以及并网逆变器的效率等。对长期发电 量的检测，除了每个通道用数字电量表测量并网发电量外，还开发了一套由定时 继电器、 数字功率计和计算机构成的全自动检测系统， 晚间切断所有仪器的电源， 白天系统自动启动，每 2 秒测量和记录一组各光伏阵列的输出电压、电流及功率 图 3 数据采集系统 2.4 宣传和演示系统 本系统不仅是一个实验平台，也是一个新能源开发利用的宣传和演示平台。 日常用于研究生的教育培养，还要接待各类人员的参观，包括同行技术人员、普

通市民，甚至中小学生。因此，在控制室内既有实时运行状态显示，又精心制作 和布置了系统原理接线图、各种太阳能电池的原理、特点、加工过程等的宣传图 片，图文并茂，通俗易懂。 3 3.1 运行实验 实验项目 利用本系统分阶段实施下列实验： ? 全年并网发电连续运行实验，获得不同类型太阳电池特性的综合比较结果。 ? 不同电路拓扑并网逆变器的比较实验，确定产品设计方案。 ? 不同逆变调制方式的比较实验，验证理论研究的结果，为确定产品技术方案提 供依据。 ? 防孤岛保护和最大功率点跟踪控制方法的比较实验，探讨新方法。 ? 与风力发电结合，进行风光互补系统实验。 3.2 实验结果 2006 年 11 月，第一套并网子系统投入运行；2007 年 1 月 1 日起，三套并网 子系统同时连续运行，使用光伏阵列的 11 个最小单元，采集全年运行数据，其 余 3 个最小单元用于其它实验。 初期购置了国外 S 公司的三款功率、 电路拓扑和调制方式均不同的并网逆变 器， 对其特性作了全面的测试， 为制定并网逆变器的开发方案提供了重要的参考。 图 4 为在低、中、高日照强度下并网电流的波形，谐波含有率分别为 36.54%、 5.93%和 4.75%，在额定功率（高日照强度）附近能够满足谐波含有率小于 5%的 要求。 目前自主研发的两款并网逆变器进入最后调试阶段。第一款采用工频变压 器绝缘结构：直流电先转换成工频交流电，通过变压器进行电压匹配和绝缘 后再与电网连接；第二款采用无变压器结构：直流电先经过 Boost 电路转换 成满足并网要求的直流电压，再通过逆变桥直接与电网连接。将对这两种结 构的逆变器进行全面的比较实验。 在逆变调制方式的比较方面，已完成单极性调制和双极性调制的理论分 析、计算机仿真和部分实验，具体结果另文发表。 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1

-1.5 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

(a) 低日照强度 6 4 2

0 -2 -4

-6 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

(b) 中日照强度

10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

(c) 高日照强度 图 4 并网电流波形 防孤岛保护新方法的研究已完成理论分析和计算机仿真，正在准备实验。 已完整采集了二百多天的运行数据，图 5 为三种 典型天气条件下的日输 出功率曲线，其中 W1 为使用 CIS 电池的系统，光伏阵列的峰值功率为 2.4kW； W2 为使用单晶硅电池的系统，光伏阵列的峰值功率为 2.1kW；W3 为使用 HIT 电池的系统，光伏阵列的峰值功率为 4.32kW。三 条功率曲线的变化规律非常 一致，输出功率随日照强度变化，表明并网 逆变器具有良好的最大功率点跟 踪控制特性。 (a) 晴天：2007 年 1 月 29 日，12~17℃ (b) 多云：2007 年 2 月 12 日，18~23℃

(c) 阴雨天：2007 年 4 月 25 日，19~24℃ 图 5 日输出功率曲线 2007 年 1 月～7 月，系统总发电量为 5583kWh。表 2 为每千瓦峰值功率电

池板的实测月发电量。 实验结果表明， CIS 和单晶硅电池的比功率发电量比较接 近，而 HIT 电池组件在高温时具有明显的优势。在温度较低的 1 月，HIT 电池的 发电量仅比单晶硅电池组件高 1.6%；而在高气温的 7 月，发电量比单晶硅电池 组件高 9.6%。 表2 电池种类 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 每千瓦峰值功率电池组件的实测发电量 CIS 电池 93.76 78.44 67.22 67.92 96.48 81.13 125.92 单晶硅电池 95.18 80.07 69.65 69.65 97.62 81.57 123.52 HIT 电池 96.71 82.67 72.43 73.56 103.49 88.63 135.44 发电 量 (kWh) 4

结论 本文对本实验室已建成的 11.2kW 光伏并网发电实验系统作了介绍，系统 具有以下几个特点： （1）采用 CIS、HIT 和单晶硅 3 种不同类型的太阳电池，加上 2004 年 7 月 建成的太阳能扬水系统中的多晶硅电池，可开展全面的比较实验。 （2）6 路并网通道、14 个光伏阵列最小 单元，通过跳线自由组合，可满足 各种电压和容量等级、多台同时比较运行的实验要求。 （3）配 备完善的数据采集系统，可积累重要的运行经验，为今后的系统设 计提供依据。 （4）通俗易懂的介绍和宣传图片，有良好的展示效果。 已开展的实验结果表明，系统在各种气候条件下均运行稳定，控制特性 良好；HIT 电池在 高温时具

有比较明显的优势，适合于南方炎 热地区的推广应 用。

Construction and Operation of a Photovoltaic Grid-connected System with Multi-experimental Functions Xu Zheng

Graduate School of Tsinghua University in Shenzhen, Shenzhen 518055 Abstract：This paper introduces a photovoltaic grid-connected system with multi-experimental functions. The system can be divided into 6 subsystems for various comparing experiments. The voltage and power of the solar arrays can be adjusted flexibly for the research and development of grid-connected inverters with different specifications. A high speed automatic measuring system is equipped to collect and accumulate the operating data. Three different kinds of solar panels are used, so we can compare their practical operating characteristics in hot and humid weather conditions of southern area, and offer some evidence for panel selection of large-scale photovoltaic grid-connected systems. Key words：photovoltaic grid-connected system; grid-connected inverter; Mono-crystalline solar cell; CIS solar cell; HIT solar cell 参 考 文 献 [1] [2] [3] 沈辉、曾祖勤等．太阳能光伏发电技术．化学工业出版社．2005． 王长贵、王斯成等．太阳能光伏发电实用技术．化学工业出版社．2005． 日本太阳光发电协会编，刘树民、宏伟译。太阳能光伏发电系统的设计与 施工. 科学出版社. 2006. [4] Makoto TANAKA et al. Development of HIT Solar Cells with More Than 21% Conversion Efficiency and Commercialization of Highest Performance HIT Modules. 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion. May 2003. Osaka, Japan. 1