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光伏三种典型应用系统简析
2018-08-13 21:03:08   来源:PV News   作者:于红波采编  点击:

   兴起于2009年的国内光伏市场,目前已走过近10年的发展历程。10年间,国内光伏市场针对客户需求延伸出各种各样的应用场景:无电地区的光伏离网应用、有补贴地区的光伏并网应用,补贴下降或峰谷电压差异较大地区的光伏储能应用。针对三种典型应用,我们来了解下它们的系统组成、产品拓扑及配置方法。

 
  一、光伏离网系统
 
  光伏离网发电系统,可不依赖电网独立运行,但为了不浪费光伏能量,该系统必须配置储能电池。光伏离网发电系统由光伏方阵、离网逆变器、蓄电池组、柴油发电机或电网、负载等构成,可广泛应用于偏远山区、电力不稳定或无电区、海岛、通讯基站等应用场所。当然,电网或柴油发电机作为备用源旁路使用,并不是必须的。光伏离网应用系统如下图:
 
微信图片_20180813210604.png
 
图1:光伏离网应用系统图
 
  值得一提的是,离网逆变器作为该系统的核心,其工作必须配置蓄电池组。另外,对于无电力地区可不接入发电机或电网,而对于有电力地区则建议接入发电机或电网,因为这样可使负载优先使用发电机或电网供电,以延长蓄电池组的使用寿命。离网逆变器的内部拓扑如下图:
 
微信图片_20180813210634.png
 
图2:离网逆变器内部拓扑图
 
  离网逆变器共有4个输入、输出功率接口,应用时需考虑下面4个方面的配置:
 
  1.蓄电池组容量配置
 
 
  要先获取客户日均用电量(kWH)、自给天数、电池最大发电深度(DOD),然后按照下述公式计算出蓄电池组容量:
 
微信图片_20180813210654.png
 
  2.光伏组件配置
 
  结合逆变器的PV侧相关参数,做光伏方阵的串并联设计:PV最大输入功率、PV最大输入电压、MPPT电压范围、MPPT输入路数及端子数、当地气候条件等。
 
  3.AC输入
 
  交流输入可同时兼容一般电网和柴油发电机,对于无电区,也可以选择空下不接。
 
  4.AC 输出
 
  根据客户负载大小考虑并机数量,使逆变器并机后的总功率大于等于总负载功率;逆变器工作模式类似于后备式UPS,当客户接入UPS负载时,要考虑逆变器的转换时间是否会影响到UPS设备使用。
 
  二、光伏并网系统
 
  光伏并网发电系统,必须借助电网系统才能工作,否则逆变器会报孤岛保护且不能工作。光伏并网发电系统多用于电网稳定的居民区、工商业厂房、市政公共大楼等。系统由光伏方阵、并网逆变器、电网、负载等构成。其中负载根据应用场景(自发自用余电上网或全额上网),可选择接入或不接入。系统构成如下图:
 
微信图片_20180813210714.png
 
 
图3:光伏并网应用系统图
 
  并网逆变器是该系统的核心,其工作必须依赖电网进行,但负载不是必须的(根据应用场景,可选择接入,也可选择不接入,不影响逆变器正常工作),且负载在配电设备里接入,并不在逆变器端完成。因为功能单一,并网逆变器的拓扑也较为简单,其内部拓扑如下图所示:
 
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图4:并网逆变器内部拓扑图
 
  并网逆变器只有2个输入、输出功率接口,应用时也只需考虑输入、输出2个接口的配置:
 
  1.光伏组件配置
 
  结合逆变器PV侧相关参数,做光伏方阵的串并联设计:PV最大输入功率、PV最大输入电压、MPPT电压范围、MPPT输入路数及端子数、当地气候条件等。
 
  2.并网输出
 
  考虑电网电压兼容性:220V单相、380V三相、480V三相等。
 
  三、光伏储能系统
 
  光伏储能发电系统又可分为光伏离网储能、光伏并网储能、光伏离并网储能系统三大类。上面提到的光伏离网系统,也属于光伏离网储能系统,这类系统前期投入成本较高,多应用于无并网电价补贴或峰谷电价差异大的居民或工商业厂房地区,以提高自发自用比例或实现肖峰填谷能量时移。该系统由光伏方阵、蓄电池组、储能逆变器、负载、电网等组成。
 
  并网型光伏储能系统,多由现存的光伏并网系统改造而来。根据改造位置不同,并网型光伏储能系统又可分为交流耦合型并网储能系统和直流耦合型并网储能系统,其构成如下:
 
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图5:光伏并网储能系统图(交流耦合)
 
微信图片_20180813210804.png
 
 
图6:光伏并网储能系统图(直流耦合)
 
  耦合型储能逆变器,是并网型光伏储能系统的核心。它除了要跟并网光伏系统兼容外,还必须提供蓄电池组的输入接口,以对蓄电池进行充放电管理。这两类耦合型储能逆变器的内部拓扑图如下:
 
 
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  离并网型光伏储能系统,通常是新建系统,很少由改造而来。这类系统主要通过强化逆变器的功能,把离网、并网、储能及EPS(UPS)功能集成于一体,实现简单而高效的管理,同时降低系统成本。系统构成如下图所示:
 
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图9:光伏离并网储能系统图
 
  混合型逆变器(hybrid)是该系统的核心,允许同时接入光伏方阵、蓄电池组、负载、电网,可实现离网、并网、储能及EPS等功能以及能量流动的智能管理。由于该系统同时具备三个能量输入源,且电网及蓄电池可双向流动,因此去掉其中任何一个或两个源逆变器,该系统都能正常工作,故其工作模式很多。其内部拓扑图如下:
 
微信图片_20180813210918.png
 
 
图10:离并储逆变器拓扑图
 
  混合型逆变器共有4个功率接口,涵盖了AC及DC耦合型并网逆变器,在应用配置上是一致的。要考虑如下4个方面:
 
  1.光伏组件配置
 
  结合逆变器的PV侧相关参数做光伏方阵的串并联设计:PV最大输入功率、PV最大输入电压、MPPT电压范围、MPPT输入路数及端子数、当地气候条件等。
 
  2.储能电池配置
 
  此类逆变器一般同时兼容铅酸及锂电池,如采用锂电池要选用厂家推荐的品牌,非厂家推荐品牌电池BMS不兼容,机器无法工作;电池电压要跟逆变器电池接口电压匹配(48V/96V/150V/200V/300V/400V等);电池组容量要考虑机器离网工作时负载用电量及电池组放电深度(DOD),同时确认电池容量是否在逆变器允许的容量范围内。
 
  3.并网输出
 
  考虑电网电压兼容性:220V单相、380V三相、480V三相等。对于普通的非紧急负载,可通过该接口接入,在电网掉电后,该接口无电力输出。
 
  4.EPS输出
 
  对于紧急重要的负载,必须通过EPS口接入。其中,在电网存在时,由电网给EPS负载供电;当电网掉电时,转由PV或储能电池给EPS负载供电。应用上要注意逆变器输出电压与负载电压匹配,容性及感性负载,要格外注意按产品要求负载量使用,特别是带UPS负载时,一定要选择转换时间小于等于10ms的产品,对于手动切换或转换时间过长的不能带UPS负载。
 
  以上,对光伏常用的三种系统进行了系统组成、应用场景、产品拓扑、功率接口配置等方面的分析,希望对大家有所帮助。当然了,除上述三种应用系统外,光伏还有其他应用场景,比如MPPT优化器、太阳能路灯、太阳能水泵、太阳能充电宝等,这里就不一一介绍。
 
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