光伏发电
2015-07-23
一、光伏发电概述
光伏发电系统是将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏特效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。预计2015年全球光伏装机容量仍将保持正增长，达到55GW左右，我国光伏发电计划新增规模为15GW。中国已经成为仅次于德国的全球第二大光伏应用市场，并将在2015年成为全球第一大市场。随着国家对清洁能源产业的大力扶持，我国光伏发电系统产业将迎来发展高峰期。
二、光伏发电系统原理
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。光伏发电方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。
三、光伏电池组件的热斑效应
光伏电池组件通常安装在地域开阔、阳光充足的地带。在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物，这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影，由于局部阴影的存在，光伏电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。其结果使光伏电池组件局部电流与电压之积增大，从而在这些电池组件上产生了局部温升。光伏电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热，这种现象叫“热斑效应”。在一定条件下一串联支路中被遮蔽的光伏电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的光伏电池组件所产生的能量。被遮蔽的光伏电池组件此时会发热，这就是热斑效应，这种效应能严重的破坏光伏电池。为了防止光伏电池由于热斑效应而遭受破坏，最好在光伏电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。
四、光伏发电系统中的谐波影响
谐波影响是光伏电站系统设计中不容忽视的重要因素。太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网。逆变器主要元器件是晶闸管。而这些元器件具有非线性阻抗特性,在其运行过程中会使原本正弦波的电压偏离,即电压正弦波畸变,也就是通常说的谐波。若光伏电站滤波设备选型不合理或出现故障，谐波将使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁；谐波亦可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁，还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱，对电力系统外部通信设备和电子设备会产生严重干扰。
五、光伏发电系统中的孤岛效应
在光伏发电系统的电子电路中，孤岛效应是指电路的某个区域有电流通路而实际没有电流流过的现象。孤岛是一种电气现象，它发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏发电系统中的逆变器持续给负载供电的电气现象，即电网失压时，光伏系统仍保持对失压电网中某一部分线路继续供电的状态。由于孤岛效应不仅会损害公众和维修人员的安全及供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。孤岛效应发生时，若负载容量与光伏电站并网容量不匹配，则可能造成逆变器的损坏。所以，逆变器通常会带有防止孤岛效应装置，以此防止孤岛效应的发生。
六、光伏发电系统中光伏组件故障
（1）强沙尘暴导致多晶硅电池背板TPT（聚氟乙烯复合膜）封装薄膜有被飞沙击穿，从而导致组件损坏而无法使用。
（2）该项目太阳能电池组件的工作温度可控制在允许范围内，但光伏电池组件在使用过程中出现热斑效应，如一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶、鸟粪等单独被遮挡。
（3）光伏组件质检材料、厚度等不符合设计要求，未采取防腐措施等容易发生设备基础支架倾倒、垮塌。
（4）光伏电站在运行的过程中，光伏板朝向、角度不合理将直接影响发电量；同时受当地紫外线辐射影响，太阳能电池出现开胶进水、电池变色、接头松动、脱线腐蚀等情况而又未及时进行处理，以及电池覆盖积雪未及时处理等将可能导致电池出现故障损坏。
七、光伏发电系统的主要安全对策措施
（1）为防止孤岛效应等事故的发生，应设置至少各一种主动和被动防孤岛效应保护。当电网失压时，防孤岛效应保护应在2s内动作，将光伏系统与电网断开；应设置短路保护，当电网短路时逆变器的过电流应不大于额定电流的150%，并在0.1s以内将光伏系统与电网断开。
（2）为了保证光伏电站发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况的发生，应根据系统情况合理设计交流防雷配电、接地装置及防雷措施。太阳光伏电源系统的工作接地、保护接地、和防雷接地等应单独设置联合接地系统，接地装置的人工接地体、导体截面应符合热稳定、均压和机械强度要求。方阵接地电阻不应大于10Ω，联合接地的接地电阻不应大于1Ω，方阵至控制箱（柜）的电源输入馈线端应设置防雷电感应装置。
八、光伏发电主要国家标准
《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GB/T19964-2012）
《光伏电站无功补偿技术规范》（GB/T29321-2012）
《光伏发电工程施工组织设计规范》（GB/T 50795 -2012）
《光伏发电站设计规范》（GB50797-2012）
《光伏发电站施工规范》（GB 50794-2012）
《光伏（PV）系统电网接口特性》（GB/T20046-2006）
《光伏（PV）组件安全鉴定 第1部分：结构要求》（GB/T20047.1-2006）
《光伏系统并网技术要求》（GB/T19939-2005）
《光伏器件 第2部分：标准太阳电池的要求》（GB/T6495.2-1996）
九、光伏发电主要行业标准
《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》（CECS：8496）
《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》（CECS：8596）
《光伏电站接入电网技术规定》（Q/GDW617-2011）
《光电工程安全预评价报告编制规定》（水电规安办[2010]121号）
《光伏发电站低电压穿越检测技术规程》（NB/T32005-2013）
《光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程》（NB/T32010-2013）
《并网光伏发电监控系统技术规范》(NB/T 32016-2013)