（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司）
摘要：太阳能资源分布广泛，不受地域限制。采用光伏发电，就地利用太阳能资源，采用光伏加储能的供电模式可以有效解决常规电网难以覆盖的偏远地区供电问题。本文首先分析了偏远地区负荷的特点，分析了光伏与储能联合发电系统在中国偏远地区供电的可行性。研究了光伏和储能装机容量的计算方法。
0．引言
偏远地区受自然环境和生活习惯等因素的影响，其电网具有特殊性：负荷小而散、密度低、电能质量差；当地对电能质量的要求也不高；农村高寒地区用电负荷季节性强；设备大马拉小车多，利用率及功率因数低。偏远地方自然条件恶劣，常常发生各种瞬时短路事故，供电可靠性差[1]。
偏远无电地区电力建设往往仅用于解决无电地区居民的基本用电问题。目前我国解决偏远无电地区用电困难的方式有多种：网架电网延伸、建设光伏电站、风光互补电站、水电站、户用光伏发电系统、户用风光互补系统等[2]。
太阳能资源是一种取之不尽、用之不竭可再生能源。太阳能资源分布广泛，只要有日照的地方，就有太阳能。随着近年来光伏发电技术的成熟，光伏组件、逆变器等关键元器件价格的降低，光伏发电越来越多的应用于偏远地区的供电。在很多地方甚至发展光伏扶贫，来改善偏远地区居民的生活水平。
1．太阳能发电系统的组成
1.1 太阳能电池
光伏组件通过光生伏打效应把光能转换为电能，是收集太阳能的原件。光伏电池主要有：多晶体硅电池、单晶硅电池、薄膜电池、聚光电池等。市场上主流太阳电池基本为晶硅类电池和薄膜类电池。
1.2 逆变器
逆变器是把直流电能转换为交流电能的装置。目前工程中大规模应用有集中式逆变器、组串式逆变器。集中逆变器使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使输出非常接近于正弦波。组串式逆变器把光伏方阵中每个光伏组串输入到一台指定的逆变器中，多个光伏组串和逆变器又模块化地组合在一起，所有逆变器在交流输出端并联。
1.3 箱式变电站
箱式变电站具有防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、可移动等优点。美式变电站是将升压变压器、高压负荷开关、高压熔断器安装在变压器箱体内，利用变压器的绝缘油作为整个产品的绝缘介质和散热介质，其他单元集成在公用箱体内。欧式电站则把变压器、高压开关设备、其他需要的单元分三个隔室，集成在一体化的一个箱体内。
1.4 储能装置
储能装置分为铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池等化学储能装置；抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等物理储能装置；以及超导电磁储能、超级电容器储能等电磁储能装置。飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适合于需要提供短时较大的脉冲功率场合，如应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等；而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适合于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的应用场合。
2．太阳能发电系统的类型
太阳能光伏发电系统分为独立供电的光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合型光伏发电系统三种类型。
独立供电的光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器组成。该系统常常选用铅酸蓄电池作为储能装置，当发电量大于负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电；当发电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电。
并网光伏发电系统，其中并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。白天当光伏系统所产生的电能大于负载时，多余的部分上网；夜间电网自动向负载补充电能。该系统一般不采用储能装置。
混合型光伏发电系统中一般装有柴油发电机等备用发电装置，当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统。
对于我国的偏远无电贫困地区，可以通过发展独立供电的光伏发电系统解决这些地区的供电问题。对于我国的偏远有电地区可以尝试开展光伏扶贫，采用并网光伏发电系统，自发自用余量上网的模式，这样既可以解决当地电量不足的问题，又能带动人民群众走向小康。
3．储能装置容量计算
由独立供电的光伏发电系统供电的我国偏远无电的贫困地区。需要安装的光伏组件的容量应根据当地负荷量来计算，使光伏组件的发电量不小于当地用户电能的需求，在计算过程中应当考虑当地日照条件、连续阴雨天数等；需要安装储能装置的容量应根据当地日照条件、连续阴雨天数、用户的电能需要和所配置的储能装置的技术特点来确定[3]。其计算公式如下。
Cc=DFP0/（UKa）
式中：
Cc：储能电池的容量（kW•h）；
D：最长无日照期间用电时数（h）；
F：储能电池放电效率的修正系数（通常为1.05）；
P0：平均负荷容量（kW）；
U：储能电池的放电深度（0.5~0.8）；
Ka：包括逆变器等交流回路的损耗率（通常取0.7~0.8）。
4．案例分析
某一居民在当地政府的帮扶下需要建一独立的光伏发电系统，满足自家日常生活用电。该居民家里计划安装4盏额定功率为15W的LED灯，和一台额定功率为200W的电视机，每天照明时长为10h，电视机的使用时长为12h。根据当地气象数据，最长阴雨天数为4天；该系统选用VRLA蓄电池，放电深度取0.5；交流回路的损耗修正系数取0.9。因此本工程需要配置蓄电池的容量为
4*（0.015*4*10+0.2*12）*1.05/（0.5*0.9）=28 kW•h
因此该居民需要配置容量为28 kW•h的蓄电池以满足他的日常生活需要。
5．结语
太阳能是一种新型的绿色可再生能源，具有储量大、分布广泛、清洁环保的能源。只要与太阳光照射的地方就有光能。光伏发电系统主要由光伏组件、逆变器、箱式变压器、储能装置、线缆等构成。随着近年来光伏主要设备价格的降低，使得利用光伏发电解决我国偏远地区的供电问题，成为一种行之有效的方式。
在偏远地区可以根据当地特点发展独立供电的光伏发电系统或者并网光伏发电系统。对于我国偏远无电的贫困地区，发展独立供电的光伏发电系统需要配置一定容量的蓄电池以满足居民在没有日照或阴雨天的用电需求。其中配置光伏组件的容量和蓄电池的容量需要结合当地日照条件、连续阴雨天数、用户的电能需要来计算。
参考文献：
[1]彭磊. 偏远无电供电模式经济性分析及实证研究[D]. 华北电力大学. 2012.
[2]时景丽，都志杰，任东明，等. 中国无电地区可再生能源电力建设[M]. 化学工业出版社，2009：52-109.
[3]GB/50797-2012 光伏发电站设计规范[S]
论文作者:杨俊虎
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/4/11
标签：光伏论文; 储能论文; 偏远论文; 系统论文; 逆变器论文; 电能论文; 地区论文; 《电力设备》2017年第29期论文;