光伏技术在智能电站建设中的应用与管理研究

光伏技术在智能电站建设中的应用与管理研究

赵文军

江苏平陵建设投资集团有限公司

摘要：本文深入探讨了光伏技术在智能电站中的应用及其管理策略，分析了光伏系统的设计与集成、施工管理、运营维护等关键环节。通过案例分析，如安阳里光储充一体化综合能源站项目，本文展示了光伏系统如何与智能电站的其它子系统协同工作，实现能源的高效管理和优化分配。

关键词：光伏技术；智能电站；综合能源管理

引言

智能电站作为电力系统的未来趋势，其核心在于通过集成先进的能源技术和智能化管理系统，实现能源的高效、安全和可持续利用。光伏技术以其清洁、可再生的特点，成为智能电站建设中不可或缺的一部分[1]。本文旨在研究光伏技术在智能电站中的应用现状、设计原则、施工与维护管理，以及如何通过智能化手段提升光伏系统的性能和电站的整体运营效率。

1智能电站概述

1.1智能电站的定义与特点

智能电站是一种集成了现代信息技术、自动化技术和先进能源技术的新型电站。它通过智能化的控制系统实现对电站内各种设备的实时监控、优化运行和远程管理。智能电站具有高度的自动化水平，能够实现少人或无人值守的运行模式，减少人力成本并提高运行效率[2]。其次，它能够通过先进的传感技术和数据分析，对电站的运行状态进行实时监测，及时发现并处理潜在的问题，确保电站的稳定和安全运行；智能电站还能够根据电网需求和能源供应情况，灵活调整发电策略，优化资源配置，提高能源利用效率。它还具备良好的交互性，可以与外部电网、用户以及其他电站进行信息交换和协同工作，实现需求侧管理，增强电网的调峰能力。智能电站的设计和建设充分考虑了环境保护和可持续发展的要求，通过使用清洁能源和节能技术，减少对环境的影响，促进绿色能源的发展。

1.2智能电站的系统构成

智能电站的系统构成是其智能化和高效化运行的核心，它由多个相互协作的子系统组成，共同确保电站的先进功能和操作的灵活性。这些子系统包括但不限于：储能系统作为智能电站的关键组成部分，储能系统能够平衡电网负荷，提高能源利用效率，通常配备高容量的电池组以存储过剩的电能；光伏发电系统利用太阳能转换为电能，通过分布式布局在车棚顶等区域，配备逆变器和并网点，实现自发自用；新建的模块化变电站及相关配套工程，确保电站内部电力的合理分配和供应；综合能源管控系统负责全站电能的监测和控制，实现能源的优化分配，同时确保充电用电的安全和高效运行；充电桩系统包括储充一体桩型和分体式充电桩，支持多种充电模式，满足不同类型电动车的充电需求；通信与信息管理系统作为智能电站的神经中枢，负责数据的收集、处理和传输，确保信息的实时性和准确性；安全与监控系统包括视频监控、环境监测和安全报警等，保障电站的安全运行。智能电站的这些系统相互协作，通过集成的软件平台进行统一管理和优化，实现了电站的智能化管理，提高了电站的运行效率和经济效益，同时也为电网的稳定和可持续发展做出了贡献。

2光伏技术基本原理

2.1光伏效应与光伏电池工作原理

光伏效应是太阳能转换为电能的基础原理，它基于半导体材料的光电特性。当光线照射到光伏电池（通常由硅等半导体材料制成）时，光子的能量被半导体原子吸收，激发电子从价带跃迁到导带，从而产生自由电子和空穴对。在光伏电池的P-N结附近形成的内建电场作用下，这些自由电子和空穴被分离，电子向N型区移动，空穴向P型区移动，从而在电池两端形成电压差。当电池接入外部电路时，电子通过电路流动，产生直流电能，这就是光伏电池将光能转换为电能的基本原理。

2.2光伏发电系统的分类

光伏发电系统按照不同的设计和应用场景可以分为几类，主要包括集中式和分布式系统[3]。集中式光伏发电系统通常规模较大，它们在开阔地区建立，能够产生大量的电力并直接输送到电网。这些系统适合大规模发电，但需要较大的空间和较高的初始投资。另一方面，分布式光伏发电系统则安装在用户附近，如屋顶或建筑物的立面，它们的规模较小，更灵活，能够满足局部用电需求并可向电网供电。分布式系统的优势在于它们能够减少电力传输损失，提高能源利用效率，并且有助于实现能源的本地化和去中心化。此外，根据是否并入电网，光伏系统还可以分为并网型和独立型。并网型光伏系统可以直接将电力输送到电网中，适用于需要大规模供电和储能的场合。独立型光伏系统，也称为离网系统，不与电网连接，通常配备储能设备，适用于偏远地区或独立供电需求的场景。

2.3光伏发电系统的关键技术参数

光伏发电系统的性能和效率受多个关键技术参数的影响，这些参数决定了系统的设计、输出和整体表现。首先，光伏电池的转换效率是一个核心指标，它反映了电池将吸收的太阳能转换为电能的能力，通常以百分比表示。其次，系统容量或额定功率，通常以千瓦峰（kWp）为单位，指光伏阵列在标准测试条件下的最大输出功率。此外，光伏系统的电压和电流参数也至关重要，它们决定了系统的能源输出和设计配置。光伏阵列的布局和安装角度、方位角以及系统使用的环境条件，如温度和辐射水平，同样对发电效率有显著影响。逆变器的效率和容量是另外两个关键因素，因为逆变器负责将直流电转换为交流电，供电网或负载使用。

在智能电站中，光伏发电系统还需要与储能系统、配电系统和综合能源管控系统等其他子系统协同工作，以实现能源的最优管理和分配。因此，系统的集成度和智能化水平也是衡量光伏发电系统性能的重要参数。例如，安阳里光储充一体化综合能源站项目中，光伏发电容量约为241.9KWp，并网电压等级为400V，这些参数对于确保系统与电站其他部分的兼容性和整体性能至关重要。

3光伏技术在智能电站中的应用

3.1光伏发电系统的设计与集成

光伏发电系统的设计与集成是智能电站项目中至关重要的环节，它涉及到将光伏技术有效地融入电站的整体架构中，以实现能源的高效转换与利用。设计过程需要考虑光伏阵列的布局、安装角度、方位以及与储能系统的配合等多个方面，确保系统能在不同的环境条件下达到最佳性能。在安阳里光储充一体化综合能源站项目中，光伏发电系统采用了分布式设计，安装在新建车棚的顶部，这种布局旨在最大化利用可用空间，同时减少对周围环境的影响，图1是光伏组件的排布图。系统配置了高效率的光伏组件和逆变器，以及必要的并网设备，确保所发电力能够顺利并入电网。此外，光伏发电系统与储能系统相结合，通过智能管控系统实现能源的合理分配和优化调度，提高了整个电站的能源利用效率和经济性。

图1是光伏组件排布图

3.2分布式光伏发电在智能电站中的应用

分布式光伏发电系统在智能电站中的应用体现了现代能源解决方案的高效性和灵活性。这种系统通过在用户附近安装光伏模块，实现了电力的就近生产和消费，从而降低了电力传输过程中的损耗，并增强了电网的稳定性和可靠性。在智能电站中，分布式光伏不仅作为独立的发电单元，还与储能系统、充电设施以及其他能源管理系统紧密集成，形成一个高度自动化和智能化的能源网络。安阳里光储充一体化综合能源站项目中，分布式光伏发电系统安装在新建车棚顶部，采用自发自用的模式，光优发电容量约为241.9KWp，并网电压等级为400V。这种配置允许系统在满足本地充电桩和变电站需求的同时，还能将多余的电力输送回电网，实现能源的优化分配和高效利用。

3.3光伏系统的智能监控与管理

在智能电站中，光伏系统的智能监控与管理是确保电站高效运行和能源优化利用的关键环节。在安阳里光储充一体化综合能源站项目中，综合能源管控系统负责全站电能的监测控制，确保充电用电的安全和高效运行。通过集成的监控平台，光伏系统可以实现对发电过程的实时数据采集、状态监测和性能分析。这些数据包括光伏阵列的输出功率、环境参数（如温度和光照强度）、以及逆变器和储能系统的运行状态。智能管理系统利用先进的算法和控制策略，对收集到的数据进行分析，从而实现对光伏系统的自动调节和优化。同时，智能监控还能及时发现并定位系统中的故障和异常，减少维护成本并提高系统可靠性。此外，智能管理系统还能够与电站的其他子系统，如储能系统、充电桩和配电系统进行协同工作，实现全站能源的合理分配和优化调度。

3.4智能电站光伏系统的运营与维护

智能电站的光伏系统运营与维护是确保电站长期稳定发电和经济效益最大化的关键环节。这一过程涵盖了从系统启动、日常监控到定期维护、故障排除以及性能优化的全方位管理。在安阳里光储充一体化综合能源站项目中，综合能源管控系统不仅负责监控和控制光伏发电系统，还负责全站电能的合理分配优化，确保充电用电的安全和高效运行。在日常运营中，智能电站利用先进的监控系统实时跟踪光伏阵列的发电性能，包括电流、电压、功率输出以及环境因素等关键指标。这些数据对于预测发电量、评估系统效率和制定维护计划至关重要。智能管理系统还能够自动检测异常情况，快速定位故障源头，从而缩短系统恢复时间，减少损失。定期维护是保障光伏系统高效运行的另一重要方面。维护工作包括清洁光伏板、检查接线和接地、更换损坏的组件、测试和校准系统性能等。此外，智能电站的光伏系统还需要适应环境变化和政策调整，灵活调整运营策略。例如，随着季节变化，日照时间和强度会有所不同，智能管理系统可以根据这些变化调整光伏阵列的工作模式，优化发电量。

4结论

光伏技术在智能电站中的应用不仅提高了能源的利用效率，而且促进了能源结构的优化和环境的可持续发展。通过精心的设计与集成、严格的施工管理、以及智能化的运营与维护，光伏系统能够与智能电站的其它组成部分形成高效的协同工作机制。未来的研究需要进一步探索提高光伏转换效率、降低成本、优化智能管理系统以及应对环境变化和市场波动的策略，以实现智能电站光伏系统的长期稳定运行和经济效益的最大化。

参考文献

[1]黑文智. 光伏智能电站建设与运维管理策略[J]. 中国高新科技,2023(18):25-27.

[2]杨新民,陈丰,曾卫东,等. 智能电站的概念及结构[J]. 热力发电,2015,44(11):10-13.

[3]陈志刚. 基于光伏技术的应急供电系统设计[J]. 科学技术创新,2023(24):63-66.

1