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太阳能发电对电网电能质量的影响分析
发布时间:2019-03-31 16:16     来自:网上资料     浏览次数:792 次
  近年来,随着能源问题越来越严重,我国政府越来越重视太阳能发电的项目以及其对电网电能的影响,太阳能发电具有很多吸引我们的优点,这些优点能够促进我们的生存发展,同时它又有很多局限性,让我们在太阳能发电的过程中难以前进。 

  一、太阳能发电的基本原理 
  太阳能发电有两种方式,其一是是光―热―电转换方式,其二是光―电直接转换方式。但无论是哪种方式,他们采用的都是发电原理都是光生伏特效应,也就是光电效应太阳能发电原理,光电效应太阳能发电原理简单来说就是假设太阳光照在半导体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[1]。 

  二、太阳能发电的优缺点 
  (一) 太阳能发电的优点 
  1.太阳能无枯竭危险 
  太阳能资源取之不尽,用之不竭,我们都知道,太阳每天照射到地球上的太阳能非常之多,它可以满足整个地球太阳能用量的一万倍,而且我们在适当的条件下利用太阳能发电的电量,用在我们每天的生活工作中绰绰有余,太阳能发电可以满足整个地球运行的需求。而且太阳能是一种可再生能源,我们利用太阳能发电也不会遭遇能源枯竭的问题。 
  2.可以省去运输成本 
  太阳能随处可见,存在于我们生活工作的每个角落,我们可以在生活工作中就近建设装置进行发电,并且就近使用,也省去了太阳能发电的运输成本,安全又可靠,是一种经济可行的发电手段[2]。 
  3.太阳能发电的转换过程简单 
  太阳能发电的过程非常简单,直接从光能转化成电能,不必经过中间的一些机械能、热能等的转化,所以,它中间不会有机械能的损失,有很大的开发潜力。而且太阳能发电过程中不需要冷却水,可以安装在干旱的沙漠中,也可以与建筑物有效结合,节省了地球上非常缺乏的土地资源。 

  (二) 太阳能发电的缺点 
  1.太阳能发电的转化率低 
  太阳能发电研发项目的材料选取是一大难题,选取太阳能电池的材料时必须考虑到其光导效应以及其内部产生的场强问题,而且要看材料的光导效果和吸光效果,所以,要找到真正符合要求的太阳能电池材料非常难。即使找到符合标准的材料,它工作时的转化率也非常之低。近年来,太阳能发电的转化率一直是一个难以突破的挑战,如今世界上能够发到最高的转化率也仅仅有11%,仅仅是这非常微不足道的11%,也是当今世界太阳能发电研究难以逾越的鸿沟。 
  2.占面积大 
  如今,太阳能发电的材料非常难以选取,我们都知道如今太阳能发电大多用的是单晶硅和多晶硅,这些材料都被越来越广泛地运用到各建筑工程中,但是,这种太阳能发电材料背后却承载着一个巨大的发电工程,这个发电工程带着非常严重的耗能和污染问题,是我们难以解决的,即使现在找到更有优势的太阳能发电材料,也因为占面积太大而无法投入使用,因为太阳能发电材料的面积与其发电转化率是成正比的。 
  3.成本太高 
  太阳能电池的中的晶体硅材料本来就价格不菲,再加上太阳能电池中所需要的硅材料纯度高达99.999%,提纯硅的工序非常复杂,难以掌握,而且其提纯技术又被美国、德国等几家国际大公司垄断,我们现在太阳能发电要用的硅材料几乎都是进口,成本可想而知,价格高高在上,普通人根本难以承受高昂的价格,这也正是我国太阳能电池迟迟不肯大量投放市场发展的原因之一。 
  4.时间周期的局限 
  因为太阳能发电的时间比较特殊,只有在天气晴朗,阳光姣好的情况下才可以进行工作发电,一遇到天气阴凉的情况就无法工作。它的发电工序极大的受到白昼黑夜,天气情况、四季气候的影响。 

  三、太阳能发电对电网电能质量的影响 
  (一) 太阳能发电的稳定性会影响电能质量 
  电网一般情况下都需要相对比较稳定的电能,而在太阳能发电的过程中,受到的辐射是时刻变化的,也就是说,太阳能发电是有一定的波动性的,这对电能质量势必会造成一定的影响。例如:在以上的电路图中(见图1),我们可以明显地看到不同的电池是有不同的受光面积的,也是有不同的受光度的,所以,每一个电池产生的电能都是有差别的。另外,太阳能的发电也是不一定的,时间、气候、温差等的不同都会直接影响电网的电能质量,而且,天气的阴晴不定、昼夜轮回也都会直接影响到太阳能的发电效率,对电网的电能质量也是有一定影响力的。所以,我们需要深入地研究控制太阳能发电稳定性带来的影响,尽可能地将电网的受光强度差控制在一定范围内[3]。在正午十二点到十五点的时间内可以适当地减缓发电频率,以此来有效地维持电力系统的稳定性。因此,科研人员需要在系统调频、调幅方面投入更多的时间精力去研究、探讨[4]。 

  (二) 太阳能发电产生的谐波会影响电能质量 
  电网需要的是交流电,而太阳能发电产生的是直流电,所以,要达到电网使用电能的标准,还需要将太阳能发电产生的电能转换成交流电,这就免不了电力电子设备的参与。但是,电力电子设备在转换电流的过程中,会产生不同程度的谐波,在装置并入电网后,这些谐波便会注入电网,从而影响电能的质量。当电网中的光伏占比相对比较多的时候,这种影响将会更加严重。因此,对于这种谐波的处理是必不可少的。在输送电流的过程中,我们可以安装电流跟踪的装置,以便于阻止谐波对电流的影响,或者,我们也可以做无功补偿、隔离保护等措施,让谐波无法进入到电网中,也就不会影响到电网的电能质量。总之,工作研究人员需要提高对谐波的识别,增强对谐波的处理装置的性能[5]。所以在太阳能发电的过程中,我们可以在电力电子装置系统设计中通过软硬件配合的方式抑制相应的谐波,例如:西门子逆变器的工作原理是使用一种特殊的正弦波滤波器,这种逆变器与滤波器之间的最佳配合使得注入电网的电压及电流几乎是完美的正弦波图象,使用这种滤波器,就能基本消除绝大部分的谐波,这样,电网干扰基本被消除了。而且据可靠测试数据,满负荷时电流谐波几乎小于2%,在其公开手册中承诺小于2.5%,这在世界领域是非常先进的。另外,在大型太阳能发电站,可以考虑在向外网输电端统一加装有源滤波器(APF),对50次以下的谐波进行处理,以便进一步改善输电电能质量。 

  (三) 无功功率的影响 
  太阳能发电的功率因素一般都比较高,通常高达0.98左右,当然,这无法达到电网无功补偿的要求,从而影响了电网电能的质量。太阳能发电基本上是有功输出,为满足无功补偿分层分区和平衡的原则,太阳能发电站应配置相应的无功补偿装置,以满足电网对无功的需求。例如可以采用静止型动态无功补偿装置(SVG),这种装置可以从0.1千乏开始进行无极补偿,这种补偿装置完全实现了精确补偿,而且不管进行有功发电无功还是无功发电,都可以进行双向调节,这样一来,无功补偿装置就可以充分适应太阳能发电供电系统负荷变化大的特点,能交换有功功率,使装置的性价比得到更高提升。 

  四、结束语 
  总之,太阳能发电对我国电网电能的质量造成一定的影响,这些影响可能在一定程度上阻碍了我国电网的有效发展,我们一定要重视其造成的影响,从而更加有效的提升电网电能的质量,促进我国电能的生产和利用。 

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