淺析日本并網(wǎng)式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出由于受天氣影響顯著，若大量任意地并入商用電網(wǎng)，將會引起商用電網(wǎng)的電壓和頻率的紊亂。日本是世界上最早實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電的國家之一。本文從系統(tǒng)構(gòu)成、并網(wǎng)技術(shù)、并網(wǎng)的電氣工程以及政府的相關(guān)政策方面對日本并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)做簡單介紹，供業(yè)界參考。

1概述

1992年，日本的第一個住宅用并網(wǎng)式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電。到目前為止，并網(wǎng)式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在日本已經(jīng)非常普及。國家支援政策、并網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品相對成熟本文將從系統(tǒng)構(gòu)成、并網(wǎng)技術(shù)、并網(wǎng)的電氣工程以及政府的

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

太陽能電池組件將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，經(jīng)接線箱匯集傳輸給逆變器，在此直流被轉(zhuǎn)化成交流，優(yōu)先供給自身的家庭用的系統(tǒng)使用，剩余部分并入商用電力網(wǎng)絡(luò)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)器件可參見圖1.需要指出的是，圖中的接線箱除了具有匯集太陽能電池組件的輸出的作用，還有避雷設(shè)置。逆變器除了具有從直流到交流的轉(zhuǎn)換作用，還有太陽能電池組件的最大輸出功率追蹤功能和并網(wǎng)電壓的穩(wěn)壓功能等。視頻顯示系統(tǒng)可有可無，不影響并網(wǎng)發(fā)電。并網(wǎng)中采用的主要器件，國家都有認證制度，確保器件的相關(guān)指標(biāo)(如電壓、諧波等)滿足并網(wǎng)需求。

日本的商用電力網(wǎng)絡(luò)供給家庭的電壓和中國不同，是110V。實際的電網(wǎng)供電電壓略有偏差，根據(jù)日本電氣事業(yè)法規(guī)定，供電電壓被確保在95V-107V的范圍內(nèi)。

并網(wǎng)式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓被逆變器控制在略高出商用電力網(wǎng)絡(luò)實際供電電壓1V-2V的范圍內(nèi)。這樣可以保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出被優(yōu)先用以滿足家庭用電系統(tǒng)的需求，剩余的部分又可以順利并網(wǎng)商用網(wǎng)絡(luò)，供給他人使用。為了減少并入電網(wǎng)的電力在傳送過程中的損耗，在部分并網(wǎng)電力將就近優(yōu)先供給附近的用戶使用。另一方面，若并入電網(wǎng)的電壓高于商用電網(wǎng)的供電電壓過多，將會引起供電網(wǎng)絡(luò)的電壓混亂。當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓過高，逆變器會自動切斷輸出，阻止并網(wǎng)。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓受天氣條件影響明顯。陽光充裕時，系統(tǒng)輸出將優(yōu)先滿足家庭用電系統(tǒng)消費，剩余部分并網(wǎng)賣給電力公司，供他人使用。賣電電量由賣電電表記錄，賣電收入會在下一個月由電力公司轉(zhuǎn)入家庭的銀行賬戶。天氣情況不好時，系統(tǒng)輸出并不能滿足家庭用電系統(tǒng)的需求，不足部分由商用電網(wǎng)負擔(dān)。

3并網(wǎng)電氣工程

如果大量的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)任意地并入商用電力網(wǎng)絡(luò)，將引起商用電力網(wǎng)絡(luò)在頻率和電壓上的紊亂。因此，在日本并網(wǎng)需要相關(guān)的手續(xù)，并應(yīng)滿足一定的條件。

3.1系統(tǒng)主要電氣設(shè)備的選擇

1)系統(tǒng)主要電氣設(shè)備的選擇

按照逆變器的輸入電壓范圍和容許輸入電力的大小調(diào)整太陽能電池組件方陣并進行布線。由于太陽能電池組件的輸出電壓與操作電壓(逆變器運轉(zhuǎn)時)和開發(fā)電壓(逆變器停止時的無負荷狀態(tài))有差異，所以須按照逆變器的各操作狀態(tài)合理地配置太陽能電池板，將其輸出電壓控制在逆變器的輸入電壓范圍內(nèi)。

2)逆變器的選擇

根據(jù)太陽能電池板的最大輸出值(組件公稱最大輸出×數(shù)量)，選擇相應(yīng)定格容量的逆變器。由于太陽能光伏系統(tǒng)受組件的設(shè)置環(huán)境和日照條件影響會出現(xiàn)輸出電壓偏低以及時間性變動等現(xiàn)象，所以該系統(tǒng)不是一個按固定規(guī)律進行定格輸出的系統(tǒng)。因此，不一定非要選擇具有等于或大于太陽能電池板的最大輸出定格功率的逆變器，可在經(jīng)濟適用的基礎(chǔ)上合理選擇逆變器。

3)接線箱選擇

選擇接線箱時，要在考慮到光伏系統(tǒng)的容量、太陽能電池組件的種類、組成太陽能電池板的組件數(shù)量及方陣排列等因素的基礎(chǔ)上進行合理的選擇。另外，最近幾年已生產(chǎn)出具備升壓功能的接線箱，使用這種產(chǎn)品的話，受屋頂一側(cè)空間制約時或者在方位各異的屋頂(例如寄棟)上安裝時，就比較容易進行系統(tǒng)設(shè)計(也有升壓功能內(nèi)藏式逆變器)。

3.2法規(guī)遵守

在日本電氣工程的施工過程中，應(yīng)遵守電氣事業(yè)法、電氣工程行業(yè)法、電氣工程師法、勞動安全衛(wèi)生法、其他相關(guān)部位條例、以及電氣設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)線規(guī)程等法規(guī)的規(guī)定，由電氣工程師(具備資格的專業(yè)電氣工程技術(shù)人員)負責(zé)施工。

3.3電氣設(shè)備的安裝

1)安裝電氣設(shè)備時，應(yīng)讓其位置符合規(guī)定的安裝環(huán)境、使用場所及條件。

2)考慮到設(shè)備的散熱以及維修檢查時所需要的操作半徑，在機器周圍預(yù)先留出相應(yīng)的空間。

3)確認安裝部位具有承受設(shè)備自重的強度，或者根據(jù)需要進行相應(yīng)的加固。

4)安裝電池板輸出開關(guān)器箱、接線盒(中轉(zhuǎn)接線柱盒)等外設(shè)箱盒時，應(yīng)采用不滲水和不結(jié)露的構(gòu)造，以防箱盒內(nèi)部的開關(guān)等在使用過程中發(fā)生故障。

5)住宅太陽能電池組件負荷一側(cè)的室內(nèi)電路(從太陽能電池組件到逆變器之間的室內(nèi)電路)的對地電壓不應(yīng)超過直流450V。

6)電源電路的充電部位不得露出在外。

7)主電路