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光伏三種典型應用系統簡析

放大字體  縮小字體 發布日期:2018-08-13  來源:盛能杰  瀏覽次數:332
核心提示:興起于2009年的國內光伏市場,目前已走過近10年的發展歷程。10年間,國內光伏市場針對客戶需求延伸出各種各樣的應用場景:無電地區的光伏離網應用、有補貼地區的光伏并網應用,補貼下降或峰谷電壓差異較大地區的光伏儲能應用。針對三種典型應用,我們來了解下它們的系統組成、產品拓撲及配置方法。
興起于2009年的國內光伏市場,目前已走過近10年的發展歷程。10年間,國內光伏市場針對客戶需求延伸出各種各樣的應用場景:無電地區的光伏離網應用、有補貼地區的光伏并網應用,補貼下降或峰谷電壓差異較大地區的光伏儲能應用。針對三種典型應用,我們來了解下它們的系統組成、產品拓撲及配置方法。
一、 光伏離網系統
光伏離網發電系統,可不依賴電網獨立運行,但為了不浪費光伏能量,該系統必須配置儲能電池。光伏離網發電系統由光伏方陣、離網逆變器、蓄電池組、柴油發電機或電網、負載等構成,可廣泛應用于偏遠山區、電力不穩定或無電區、海島、通訊基站等應用場所。當然,電網或柴油發電機作為備用源旁路使用,并不是必須的。光伏離網應用系統如下圖:
微信圖片_20180813160858
值得一提的是,離網逆變器作為該系統的核心,其工作必須配置蓄電池組。另外,對于無電力地區可不接入發電機或電網,而對于有電力地區則建議接入發電機或電網,因為這樣可使負載優先使用發電機或電網供電,以延長蓄電池組的使用壽命。離網逆變器的內部拓撲如下圖:
 微信圖片_20180813160905
離網逆變器共有4個輸入、輸出功率接口,應用時需考慮下面4個方面的配置:
1. 蓄電池組容量配置
要先獲取客戶日均用電量(kWH)、自給天數、電池最大發電深度(DOD),然后按照下述公式計算出蓄電池組容量:

所需蓄電池總容量 =微信圖片_20180813162056  
2. 光伏組件配置
結合逆變器的PV側相關參數,做光伏方陣的串并聯設計:PV最大輸入功率、PV最大輸入電壓、MPPT電壓范圍、MPPT輸入路數及端子數、當地氣候條件等。
3. AC輸入
交流輸入可同時兼容一般電網和柴油發電機,對于無電區,也可以選擇空下不接。
4. AC 輸出
根據客戶負載大小考慮并機數量,使逆變器并機后的總功率大于等于總負載功率;逆變器工作模式類似于后備式UPS,當客戶接入UPS負載時,要考慮逆變器的轉換時間是否會影響到UPS設備使用。
二、 光伏并網系統
光伏并網發電系統,必須借助電網系統才能工作,否則逆變器會報孤島保護且不能工作。光伏并網發電系統多用于電網穩定的居民區、工商業廠房、市政公共大樓等。系統由光伏方陣、并網逆變器、電網、負載等構成。其中負載根據應用場景(自發自用余電上網或全額上網),可選擇接入或不接入。系統構成如下圖:
 微信圖片_20180813160909
并網逆變器是該系統的核心,其工作必須依賴電網進行,但負載不是必須的(根據應用場景,可選擇接入,也可選擇不接入,不影響逆變器正常工作),且負載在配電設備里接入,并不在逆變器端完成。因為功能單一,并網逆變器的拓撲也較為簡單,其內部拓撲如下圖所示:
 微信圖片_20180813160912
并網逆變器只有2個輸入、輸出功率接口,應用時也只需考慮輸入、輸出2個接口的配置:
1. 光伏組件配置
結合逆變器PV側相關參數,做光伏方陣的串并聯設計:PV最大輸入功率、PV最大輸入電壓、MPPT電壓范圍、MPPT輸入路數及端子數、當地氣候條件等。
2. 并網輸出
考慮電網電壓兼容性:220V單相、380V三相、480V三相等。
三、 光伏儲能系統
光伏儲能發電系統又可分為光伏離網儲能、光伏并網儲能、光伏離并網儲能系統三大類。上面提到的光伏離網系統,也屬于光伏離網儲能系統,這類系統前期投入成本較高,多應用于無并網電價補貼或峰谷電價差異大的居民或工商業廠房地區,以提高自發自用比例或實現肖峰填谷能量時移。該系統由光伏方陣、蓄電池組、儲能逆變器、負載、電網等組成。
并網型光伏儲能系統,多由現存的光伏并網系統改造而來。根據改造位置不同,并網型光伏儲能系統又可分為交流耦合型并網儲能系統和直流耦合型并網儲能系統,其構成如下:
 微信圖片_20180813160915
耦合型儲能逆變器,是并網型光伏儲能系統的核心。它除了要跟并網光伏系統兼容外,還必須提供蓄電池組的輸入接口,以對蓄電池進行充放電管理。這兩類耦合型儲能逆變器的內部拓撲圖如下:
微信圖片_20180813160919
離并網型光伏儲能系統,通常是新建系統,很少由改造而來。這類系統主要通過強化逆變器的功能,把離網、并網、儲能及EPS(UPS)功能集成于一體,實現簡單而高效的管理,同時降低系統成本。系統構成如下圖所示:
 微信圖片_20180813160922
混合型逆變器(hybrid)是該系統的核心,允許同時接入光伏方陣、蓄電池組、負載、電網,可實現離網、并網、儲能及EPS等功能以及能量流動的智能管理。由于該系統同時具備三個能量輸入源,且電網及蓄電池可雙向流動,因此去掉其中任何一個或兩個源逆變器,該系統都能正常工作,故其工作模式很多。其內部拓撲圖如下:
 微信圖片_20180813160925
混合型逆變器共有4個功率接口,涵蓋了AC及DC耦合型并網逆變器,在應用配置上是一致的。要考慮如下4個方面:
1. 光伏組件配置
結合逆變器的PV側相關參數做光伏方陣的串并聯設計:PV最大輸入功率、PV最大輸入電壓、MPPT電壓范圍、MPPT輸入路數及端子數、當地氣候條件等。
2. 儲能電池配置
此類逆變器一般同時兼容鉛酸及鋰電池,如采用鋰電池要選用廠家推薦的品牌,非廠家推薦品牌電池BMS不兼容,機器無法工作;電池電壓要跟逆變器電池接口電壓匹配(48V/96V/150V/200V/300V/400V等);電池組容量要考慮機器離網工作時負載用電量及電池組放電深度(DOD),同時確認電池容量是否在逆變器允許的容量范圍內。
3. 并網輸出
考慮電網電壓兼容性:220V單相、380V三相、480V三相等。對于普通的非緊急負載,可通過該接口接入,在電網掉電后,該接口無電力輸出。
4. EPS輸出
對于緊急重要的負載,必須通過EPS口接入。其中,在電網存在時,由電網給EPS負載供電;當電網掉電時,轉由PV或儲能電池給EPS負載供電。應用上要注意逆變器輸出電壓與負載電壓匹配,容性及感性負載,要格外注意按產品要求負載量使用,特別是帶UPS負載時,一定要選擇轉換時間小于等于10ms的產品,對于手動切換或轉換時間過長的不能帶UPS負載。
以上,對光伏常用的三種系統進行了系統組成、應用場景、產品拓撲、功率接口配置等方面的分析,希望對大家有所幫助。當然了,除上述三種應用系統外,光伏還有其他應用場景,比如MPPT優化器、太陽能路燈、太陽能水泵、太陽能充電寶等,這里就不一一介紹。

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作為盛能杰科技的控股母公司,亞源科技股份有限公司是世界知名的電力電子產品設計制造商,其2017年銷售額3億美金,在網絡通訊、打印機及儲存設備的外接式電源適配器市場占有率位居全球第一,同時以PrimeVOLT品牌的光伏逆變器行銷臺灣及歐美超過十年,在臺灣市場占有率第二。

 

 
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