新的地域并网式太阳能发电系统的电力经济分析与设计

新的地域并网式太阳能发电系统的电力经济分析与设计阅读提示：提出一种新的地域并网式太阳能发电系统，即带有电力存储系统的地域并网式太阳能发电系统。从电力的有效利用、经济性的角度对这种新的地域并网式太阳能发电系统进行了研究，提出了系统的设计以及选定电力存储系统存储容量的方法，然后针对不同的条件选择了相应的电力存储系统的容量。

引

言

随着太阳能发电系统高密度、大规模地逐步普及，电力的有效利用、降低成本、解决电压的上升问题、逆充电问题以及提高电力系统的供电质量等问题需亟待解决。为了解决这些问题，作者提出了太阳能发电系统集中并网方式。这种并网系统是：由独立于电力公司的太阳能发电企业在某地域的住宅屋顶、公共设施、空地以及建筑物的外壁等处建设太阳能发电站，并将此发电站，地域内的民用、公用负荷等与地域内的专用配电线以下简称地域配电线相连接，然后通过系统并网装置与电力系统并网。这种并网系统不仅可以给太阳能发电企业、地域内的用户带来显著的经济利益，而且可以比较容易地解决电压上升、逆充电问题、提高供电质量以及安全性。

然而，研究表明太阳能发电站所产生的电力供给地域内的负荷后仍有剩余电力。为了在地域内充分利用这些剩余电力，同时为了解决该地域的供电的可靠性问题，作者提出了一种新的地域并网式太阳能发电系统，即带有电力存储系统的地域并网式太阳能发电系统。

本文对这种新的地域并网式太阳能发电系统的电力的有效利用、经济性问题以及系统的设计参数等进行了研究。提出了系统的设计、电力存储系统容量的选择方法，并对不同的条件选择了相应的电力存储系统的容量。

地域并网式太阳能发电系统

１．不带电力存储系统的地域并网式太阳能发电系统并网系统１

不带电力存储系统的地域并网式太阳能发电系统简称并网系统１如图１所示，将太阳能发电站，地域内的民用，公用负荷等与地域配电线相连接，然后通过系统并网装置与电力系统并网。这种系统的特点是太阳能发电站经过地域配电线直接向地域内的负荷供电，之后若有剩余电力时则送入电力系统即逆潮流。当太阳能发电站的电力不能满足负荷的要求量，则由电力系统供电。图中的电度表用来测量与电力系统的买、卖电量。

２．带电力存储系统的地域并网式太阳能发电系统并网系统２

图２为带电力存储系统的地域并网式太阳能发电系统简称并网系统２

用地域配电线将太阳能发电站、电力存储系统、地域内的民用、公用负荷等相连接，然后通过系统并网装置与电力系统并网。这种系统的特点是：①太阳能发电站经过地域配电线直接向地域内的负荷供电，如果有剩余电力，首先由电力存储系统充电，当超过其容量时则送入电力系统。相反，当太阳能发电站的电力不足时，首先由电力存储系统向地域内的负荷供电，仍不足时则由电力系统供电；②电力系统故障停电时，由于有电力存贮系统向负荷供电，提高了系统的安全性、可靠性；③电力系统故障时，可以通过系统并网装置使太阳能发电系统与电力系统分离，避免逆充电问题的发生。

电力存储系统用来存储地域内的剩余电力，这里采用了安全性好、充放电时间长的铅蓄电池。并选择其容量可以满足存储剩余电力的需要。

仿真用数据

计算机仿真用系统如图１、２所示。所使用的数据包括环境、太阳电池、逆变器、蓄电池以及民用、公用负荷等数据。

１．环境数据

环境数据包括全天日射强度、室外气温等。这些数据将作为计算太阳电池的出力的依据。另外假定太阳电池的设置场所的日射条件相同。

２．太阳电池的年发电量以及逆变器

本研究采用了多晶硅电池，在标准条件下其转换效率为１３％，太阳电池的年发电量Ｐｏ。可由下式计算。

其中，Ｓ——太阳电池组件的面积，㎡；Φｉ——太阳电池倾斜面全天日射强度，Ｗ/㎡；ηｉ——太阳电池组件转换效率；Ｔ——室外温度，℃；△Ｔｉ——室外温差；η——逆变器的转换效率９５％；ｉ——时间，ｈ。

太阳能发电站的直流电需通过逆变器转换成交流电，其转换效率为９５％。电力存储系统的充、放电使用了双向电力转换装置，其综合转换效率为９０％。

３．负荷数据

负荷数据包括民用、公用负荷数据。其中民用负荷是从１０余种不同类型的负荷中选出的具有代表性的４种，负荷量各不相同。这里选用了１００家民用负荷，年负荷量为４２０ＭＷｈ。

图３所示为民用负荷的日负荷曲线。由图可以看出，４种负荷的形状各不相同，白天、夜间的消费量也各不相同，夜间的消费量较大。

所谓公用负荷是指地域内的办公室、医院、学校以及商店等负荷。这些负荷的特点是负荷主要集中在白天，而夜间消费量较小。图４为公用负荷的日负荷曲线（夏季）。

４．仿真计算条件

表１列出了４种民用负荷类型与住宅件数的关系。研究表明与各种负荷类型对应的住宅件数的选定对后述的电力使用量的计算影响不大，因此，本研究使用了表１的条件。

为了方便起见，特作如下定义：

Ｐ——太阳能发电站的年发电量，ＭＷｈ；

Ｒ——１００栋住宅的年负荷量，４２０ＭＷｈ；

Ｂ——公用负荷的年负荷量，ＭＷｈ；

Ｐ/Ｒ——供给比，Ｐ/Ｒ＝０．２～３．０；

Ｂ/Ｒ——负荷比，Ｂ/Ｒ＝０．０～３．０。

本研究对并网系统１和并网系统２，使Ｐ/Ｒ在０．２～３．０、Ｂ/Ｒ在０．０～３．０之间变化，进行８７６０ｈ的连续仿真。

５．电价单价率

现在，虽然太阳能发电的卖电单价与负荷从电力系统买电的单价相同，但不久的将来，太阳能发电系统大规模、高密度普及时，可以预料会出现卖电单价低于买电单价的情况。这里，以电力系统向用户卖电时的电价为基准，并假定电价单价率为ＣＰ＿Ｌ，太阳能发电站包括电力储存系统向用户卖电时的电价单价率为ＣＰＶ＿Ｌ，太阳能发电站向电力系统卖电时的电价单价率为ＣＰＶ＿Ｐ，如表２所示。本研究以ＣＰ＿Ｌ

＝１．０为基准，使ＣＰＶ＿Ｌ和ＣＰＶ＿Ｐ，在０．４～１．０之间