導(dǎo)語：如何才能寫好一篇光伏發(fā)電的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：太陽能 風(fēng)能 混合發(fā)電 研究應(yīng)用

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（c）-0064-02

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電可以有效減少污染，因此被世界上很多國家和地區(qū)開發(fā)和利用，像荷蘭就是著明的風(fēng)車王國。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展可以分為三個(gè)階段：第一階段是在20世紀(jì)70年代到90年代中期，此時(shí)風(fēng)力發(fā)電還處于探索階段。第二階段是20世紀(jì)中期到21世紀(jì)，此階段是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)走向迅速發(fā)展的階段。進(jìn)入21世紀(jì)后是風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的第三個(gè)階段，這個(gè)階段越來越重視保護(hù)環(huán)境，風(fēng)能等可持續(xù)利用清潔能源的發(fā)展受到政策支持，開始出現(xiàn)大規(guī)模、集中發(fā)展。

目前全世界有上萬個(gè)村莊使用太陽能光伏發(fā)電，光伏發(fā)電被應(yīng)用于通訊、照明、航空航天、公共電力等很多方面。過去的幾年中世界光伏組件快速增長，平均增長率可以達(dá)到15%。日本曾經(jīng)提出“陽光計(jì)劃”和“新陽光計(jì)劃”用以發(fā)展太陽能電光伏產(chǎn)業(yè)，其光伏產(chǎn)業(yè)也得到了快速增長。世界上很多國家都有光伏計(jì)劃，光伏發(fā)電也正在走向產(chǎn)業(yè)化。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國土地廣闊，并有2/3的地區(qū)為多風(fēng)地帶，風(fēng)力資源豐富，在20世紀(jì)早期我國就進(jìn)行過風(fēng)力發(fā)電的研究和實(shí)驗(yàn)。為了應(yīng)對世界能源危機(jī)和滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)用電需求我國開始大力發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，并于1987年建立了第一座并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電站。隨著不斷發(fā)展我國建立了很多風(fēng)力發(fā)電站，但是風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量在電力網(wǎng)絡(luò)的總?cè)萘恐兴急壤€比較低，還有很大發(fā)展空間。

我國光伏發(fā)電的起步慢，發(fā)展快。20世紀(jì)50年代我國開始進(jìn)行光伏電源的建造，在1959年成功制作了第一塊光伏電池，之后我國光伏發(fā)電快速發(fā)展，1992年在新疆某地實(shí)現(xiàn)了用太陽能消滅無電狀況，2004年在深圳建立了當(dāng)時(shí)亞洲最大的太陽能并網(wǎng)電站。如今，我國太陽能光伏發(fā)電發(fā)展迅速，在規(guī)模和范圍上都在不斷擴(kuò)大，在未來有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

太陽能和風(fēng)能具有普遍、無污染、儲量巨大等優(yōu)點(diǎn)，并且除購買設(shè)備和維修之外不需要額外投入，價(jià)格低廉，因此被廣泛利用。但是由于這兩種能源的利用容易受到天氣、地形的影響，并且分散不易集中，因此，在單獨(dú)利用時(shí)需要面臨供電可靠性低、造價(jià)高等問題。隨著太陽能和風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，人們根據(jù)這兩種能源在多方面的互補(bǔ)性，提出了太陽能-風(fēng)能混合發(fā)電系統(tǒng)。目前在風(fēng)光混合發(fā)電系統(tǒng)的研究上，一方面是對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)；另一方面則在研究提高系統(tǒng)供電運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性。就目前而言，我國太陽能-風(fēng)能混合發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用還不夠廣泛。

2 太陽能和風(fēng)能相關(guān)的理論概念

2.1 風(fēng)能的相關(guān)概念

風(fēng)是一種常見的自然現(xiàn)象，其成因是太陽輻射，全球能夠利用的風(fēng)能約2×107 MW，這是全球可利用水能總量要大10倍左右。風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在蘊(yùn)藏量大、無污染、可再生以及分布廣泛，可以在電網(wǎng)不能到達(dá)的就地取材，為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電力。風(fēng)能也存在一定的缺點(diǎn)，如：能量密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大等，容易受到地理環(huán)境的影響。

2.2 太陽能相關(guān)概念

太陽能是一種取之不盡用之不竭的能源，太陽會通過輻射的方式向地球輸送大量的能量，而被地球所接受的能量中，人的利用量極少。太陽輻射的優(yōu)點(diǎn)在于其分布的普遍性，尤其是在一些偏僻地區(qū)能夠彌補(bǔ)電網(wǎng)不能到達(dá)的空缺。太陽能還具有長久性和清潔型，太陽能是可以開發(fā)的蘊(yùn)藏量最大的能源，并且太陽能發(fā)電可以極大減少環(huán)境污染，對于環(huán)境的保護(hù)有重要意義。不過太陽能也存在很明顯的缺點(diǎn)，首先太陽能具有分散性，這也導(dǎo)致了利用太陽能的低效率以及高成本，雖然能量總量很大，但是能流密度卻比較低，使得需要大面積收集和轉(zhuǎn)換裝備，使得利用太陽能發(fā)電較其他能源的成本較高。太陽能另一個(gè)顯著特點(diǎn)是間歇性，太陽能的利用會受到海拔、經(jīng)緯度以及天氣陰晴的影響，因此，在利用太陽能時(shí)要做好蓄能工作。

3 風(fēng)能和太陽能發(fā)電原理

風(fēng)力發(fā)電的基本原理是通過風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，就可以產(chǎn)生電能。通過對于風(fēng)力發(fā)電的研究人們知道，風(fēng)速超過3 km/h的時(shí)候風(fēng)車就可以進(jìn)行發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括充電器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和數(shù)字逆變器等設(shè)備。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中是通過定子繞組切割磁力線來產(chǎn)生電能的，這是風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的過程。由于風(fēng)量時(shí)常發(fā)生變化，所以發(fā)電機(jī)會輸出交流電壓，其輸出的功率將會通過整流器和充電器對蓄電池進(jìn)行充電，這個(gè)過程電能被轉(zhuǎn)化成了化學(xué)能，之后保護(hù)電路里的逆變電源將電池中的化學(xué)能再次轉(zhuǎn)化成電能。目前常用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式交流永磁同步發(fā)電機(jī)等三種類型，不同的風(fēng)力機(jī)組有不同的數(shù)學(xué)模型和工作原理以及分析方法，在功能上則各有優(yōu)勢。

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關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電材料 轉(zhuǎn)換效率 新進(jìn)展 規(guī)?；瘧?yīng)用

中圖分類號：TK514 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0002-01

隨著太陽能尤其是太陽能光伏發(fā)電（簡稱“光伏發(fā)電”）的應(yīng)用越來越廣泛，更多新材料和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。本文將著重介紹近期光伏發(fā)電材料技術(shù)的進(jìn)展，并簡述規(guī)模化應(yīng)用趨勢。

1 太陽能光伏效應(yīng)

光伏材料將光能轉(zhuǎn)換為電能，這個(gè)過程叫做光伏效應(yīng)。光伏效應(yīng)的過程即半導(dǎo)體材料吸收光子能量，使到半導(dǎo)體中的原子發(fā)生原子能級躍遷，然后釋放電子并形成電壓的過程。入射光子的能量e=hν，（h為普朗克常數(shù)，ν為入射光子的頻率），只有當(dāng)入射光子的頻率達(dá)到一定數(shù)值，使到入射光子的能量e大于半導(dǎo)體能級躍遷并釋放電子所需要的最小能量—— 禁帶寬度，才能使原子能級躍遷并產(chǎn)生電子。

2 太陽能光伏應(yīng)用常見材料特性

根據(jù)NREL的最新光伏轉(zhuǎn)換效率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)[1]，近年來，光伏轉(zhuǎn)換效率在全世界的各個(gè)實(shí)驗(yàn)室不斷被刷新，為光伏發(fā)電的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 多重結(jié)和單重結(jié)III-V族材料

多重結(jié)和單重結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率最高，在多重太陽聚焦下，單重結(jié)的效率可達(dá)20%～30%，而三重結(jié)材料的光伏轉(zhuǎn)換效率，可達(dá)到40%。2011年在美國Solar-Junction公司的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示最高的轉(zhuǎn)換效率為43.5%[1]。在2006年，Emcore公司推出了有效面積為108mm2的三重結(jié)太陽能電池，其在200余倍聚焦數(shù)下能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到37%[2]。多重結(jié)材料生長制備一般采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積，這需要精密的材料配比控制和生長速率控制，成本較高，加上重結(jié)III-V族材料如Ga、As和Ge在地殼中的含量還不到10%～5%，綜合考慮下更適用于高密度輻照下的光電轉(zhuǎn)換。

2.2 單晶硅和多晶硅

在硅系太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)最成熟。UNSW大學(xué)在2000年以前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)25%的單晶硅材料的轉(zhuǎn)換效率。多晶硅太陽電池的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)模化生產(chǎn)的大尺寸方型硅錠，制造過程簡單、省電、節(jié)約硅材料，對材質(zhì)要求也較低。弗勞恩霍夫研究所的太陽能系統(tǒng)在2005年前發(fā)表的最高的多晶硅轉(zhuǎn)換效率為20.4%。在實(shí)規(guī)模化應(yīng)用中，多為單晶硅產(chǎn)品，其效率在13%～16%左右。

2.3 薄膜技術(shù)

薄膜技術(shù)可采用的材料包括無定型硅、多晶硅、微晶硅以及碲化鎘（CdTe）和銅銦硒（CIS）等，其電池的轉(zhuǎn)換效率從12%～20%不等。薄膜技術(shù)電池可通過薄膜制備方法如射頻建設(shè)、真空蒸發(fā)等將這些材料沉積到玻璃基板甚至柔軟的基板上制作。其制備簡單，轉(zhuǎn)換效率也不低，據(jù)報(bào)道，CuInGaSe電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到19.2%[3]。由于銅、銦和硒材料資源相對豐富，薄膜技術(shù)制備簡單，其成本低很多，適合大規(guī)模應(yīng)用。

2.4 有機(jī)聚合物、無機(jī)聚合物和燃料敏化物太陽能電池

目前，這幾種材料仍然在研究、開發(fā)和探索之中。目前實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為有機(jī)聚合物的效率為10.6%、無機(jī)聚合物的效率為10.1%和染料敏化物的效率為11.4%[1]。這些材料制成的太陽能電池成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體材料，而且可以制備柔軟底板的大面積電池。因其制作成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體材料，而且可以制備柔底板的大面積電池，適合用于建筑物上。

2.5 新興材料

基于薄膜技術(shù)的表面等離子材料，一般用玻璃、塑料或者鋼材來做襯底，這樣可以降低成本。目前的一種方法是通過在薄膜太陽能面板上放置金屬納米粒子，光入射后，金屬納米粒子實(shí)現(xiàn)等離子共振然后對光進(jìn)行散射，這樣增加光吸收而無需增加更多的薄膜電池層，從而實(shí)現(xiàn)效率的提高，其效率可預(yù)計(jì)能達(dá)到40%～60%。

另外一種新型材料是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的石墨烯。這是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。這種材料的太陽能電池，目前最新研究得到的效率為8.6%[4]。

2.6 其他

基于納米科技的量子點(diǎn)、量子阱和超晶格材料也有不少機(jī)構(gòu)在研究。此類型材料的優(yōu)勢一般是可更好地匹配太陽能光譜，但其研究還比較少，目前的效率不高，離穩(wěn)定性和量產(chǎn)化還有一段距離。研究指出[5]，相對于常規(guī)的塊狀太陽能電池，多量子阱、超晶格以及量子點(diǎn)用于光伏設(shè)備可大大提高理論上的最大效率，可實(shí)現(xiàn)光伏轉(zhuǎn)換效率達(dá)40%甚至更高。

3 結(jié)語

隨著光伏發(fā)電材料的不斷深入研究和試驗(yàn)，可以預(yù)測在未來的5～10年，將會有越來越多新型和改進(jìn)型材料的出現(xiàn)，逐步解決材料的吸收問題，效率問題，穩(wěn)定性問題，工藝規(guī)?；a(chǎn)的成本問題。從規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用的角度看，硅技術(shù)、薄膜技術(shù)和聚合物電池仍為主導(dǎo)，量子點(diǎn)和納米技術(shù)將給傳統(tǒng)技術(shù)帶來新的生命。

參考文獻(xiàn)

[1] National Renewable Energy Laboratory （NREL）， Best Research-Cell Efficiencies （revision 2012.04.04）， http：///wiki/File：PVeff（rev120404）.jpg.

[2] EMCORE T1000 Cell-Triple-Junction High-Efficiency Solar Cells for Terrestrial Concentrated Photovoltaic Applications[R].Http：///assets/photovoltaics/T1000%20Data%20Sheet%20March%2007.pdf.

[3] 方祖捷，陳高庭，葉青.太陽能發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國激光，2009，1，36（1）：5-14.

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關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；教學(xué)方法；教學(xué)改革；教學(xué)理念

中圖分類號：TM619 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）14-0217-03

從2006年秋季學(xué)期開始，我校電氣信息學(xué)院就面向電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生開設(shè)了新能源發(fā)電技術(shù)方面的選修課，2009年學(xué)院改革，對原有專業(yè)進(jìn)行重組、調(diào)整，新成立了電氣與新能源學(xué)院，開始招收電氣工程及其自動化（新能源發(fā)電方向）專業(yè)的本科生，重點(diǎn)培養(yǎng)從事新能源技術(shù)領(lǐng)域的研究、開發(fā)、維護(hù)、管理等方面的高級工程技術(shù)人才，并在2010年開始招生，現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到80人規(guī)模，開設(shè)的相關(guān)課程（含實(shí)驗(yàn)）一般安排在第五學(xué)期。

開設(shè)“新能源發(fā)電技術(shù)”專業(yè)選修課的目的是為了幫助電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生全面了解能源科學(xué)概況、世界范圍內(nèi)面臨的能源問題及其解決對策和發(fā)展前景、新能源開發(fā)利用的重要性以及新能源開發(fā)利用技術(shù)等方面的知識。課程內(nèi)容涉及新能源基礎(chǔ)知識、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等?nèi)容。針對目前選修課的建設(shè)和完善已成為高校教學(xué)改革深化的重要環(huán)節(jié)，選修課教學(xué)已然成為高?；谏鐣?fù)合型人才的迫切需求，本文將以新能源發(fā)電技術(shù)課程為例，分別從教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)理念等方面進(jìn)行一些改革研究與分析，其目的在于提高選修課教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)學(xué)生綜合能力。

一、精選教學(xué)內(nèi)容

新能源發(fā)電技術(shù)是一門專業(yè)性、綜合性較強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，涵蓋了風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等多種新能源的內(nèi)容，綜合了電氣工程、機(jī)械工程、工程力學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科知識。因其涉及的專業(yè)門類、知識面比較寬廣，學(xué)生普遍反映不太容易找到學(xué)習(xí)規(guī)律，難以把握重點(diǎn)，理解稍困難。因此，結(jié)合新能源發(fā)電技術(shù)課程的培養(yǎng)目標(biāo)，適當(dāng)選擇課程的教學(xué)內(nèi)容，綜合與電氣工程相關(guān)的專業(yè)課，在教學(xué)過程中以新能源的發(fā)電方式為核心，分析各種類型的新能源、能量轉(zhuǎn)化方式、發(fā)電原理等內(nèi)容之間的相關(guān)聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生逐步把各個(gè)關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)匯成知識鏈，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶。對于各種新能源的發(fā)展歷史、資源分布和特點(diǎn)則可做簡單介紹。另一方面，考慮到電氣工程專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)要求，比如有關(guān)風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)原理、太陽能熱轉(zhuǎn)換原理、生物質(zhì)熱裂解過程等內(nèi)容可只做概述性講解，讓學(xué)生了解其基本概念。教師在教學(xué)過程中，需要注意引進(jìn)當(dāng)前國際國內(nèi)的最新科研成果來豐富新能源課程的教學(xué)內(nèi)容。該課程涵蓋多方面學(xué)科，是當(dāng)前大力提倡發(fā)展的一個(gè)技術(shù)方向，其涉及到的信息量多，知識更新快。特別是最近幾年，不斷涌現(xiàn)出研究新能源發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)的新方法，使得新能源發(fā)電技術(shù)得到大力發(fā)展。因此，在選擇和組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，以教材為主體，綜合大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料及網(wǎng)絡(luò)資源，例如中國新能源網(wǎng)、中國新能源發(fā)電網(wǎng)等，適當(dāng)增加一些不僅能反映新能源發(fā)電技術(shù)前沿領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)，而且又能展現(xiàn)學(xué)科交叉、擴(kuò)大學(xué)生視野的教學(xué)內(nèi)容，不斷在教學(xué)實(shí)踐過程中提高這門課程的教學(xué)質(zhì)量。

二、探索靈活的教學(xué)方法

在新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)中，需要積極探索，發(fā)掘與課程特點(diǎn)相匹配的教學(xué)方法。在課堂教學(xué)中，需要注重知識性、趣味性，注意理論與實(shí)際相結(jié)合，可在教學(xué)過程中采用啟迪式、比較式、討論式和流程式等多種不同的教學(xué)方法，目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

1.啟迪式教學(xué)法。這種方法可以較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)他們主動思考，培養(yǎng)他們分析和解決問題的能力。例如，在講解并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)學(xué)生之前掌握的光伏發(fā)電基本原理，啟發(fā)他們思考為什么要對獨(dú)立的大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)、并網(wǎng)的方式是怎樣的、并網(wǎng)的過程中還需要增加哪些相應(yīng)的裝置。通過在教學(xué)過程中設(shè)置這樣一些問題，逐漸開闊他們的思維方式，讓他們認(rèn)識到要使得太陽能發(fā)電得到大規(guī)模、高效率的利用，必然要對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)，在并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器又是核心設(shè)備，不僅能夠把光伏電池組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻同相的交流電饋入電網(wǎng)，同時(shí)還起到調(diào)節(jié)電力的作用。此外，在講解上述知識點(diǎn)的過程中，還能夠鞏固學(xué)生在電力電子技術(shù)課程中所學(xué)到的關(guān)于逆變器的知識點(diǎn)，培養(yǎng)他們對所學(xué)到的各種知識點(diǎn)進(jìn)行融會貫通、舉一反三的學(xué)習(xí)能力。

2.比較式教學(xué)法。采用不同形式的圖表對各種新能源發(fā)電方式或同一種新能源的不同利用形式進(jìn)行互相對比，不但形象直觀，還有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。例如在講解恒速恒頻與變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，由于這兩種風(fēng)電系統(tǒng)涉及到的知識點(diǎn)特別多，且較難理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以深入掌握各種系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)差別等內(nèi)容，多數(shù)學(xué)生僅了解大概情況，因此，十分有必要采用圖表形式，分別從恒速恒頻與變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、原理、發(fā)電機(jī)類型、并網(wǎng)方式等多種角度進(jìn)行歸納、對比，加強(qiáng)學(xué)生對這兩種最重要的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的認(rèn)識，逐步化解學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電的困惑。

3.討論式教學(xué)法。這種教學(xué)方法不僅可以發(fā)揮教師的導(dǎo)向作用，還可引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。比如在講解三種經(jīng)典的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，可以提前安排三組學(xué)生分別搜集關(guān)于槽式、塔式和碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的資料，并在上課時(shí)先分別邀請各組的學(xué)生代表描述他們所認(rèn)識的這三種不同的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，可以從熱發(fā)電系統(tǒng)的基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成部件、系統(tǒng)功能、應(yīng)用情況等方面進(jìn)行闡述。在講述過程中，教師可適時(shí)啟發(fā)他們，就其中的某一知識點(diǎn)，可以是大家感興趣的，或者是十分重要的知識點(diǎn)進(jìn)行展開，和同學(xué)們一起探討，幫助學(xué)生深入理解不同類型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理等內(nèi)容。同時(shí)，在這種討論式教學(xué)過程中，結(jié)合不同太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的圖片進(jìn)行講解，可以使得整個(gè)教學(xué)過程更生動、更豐富多彩。

4.流程式教學(xué)法。當(dāng)涉及到知識點(diǎn)繁多、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，可以采用流程式教學(xué)法。這種方法可首先從系統(tǒng)的角度進(jìn)行說明，再逐層清晰講解，可幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣和分析解決實(shí)際問題的能力。例如，在講解有分揀場垃圾發(fā)電工藝流程時(shí)，結(jié)合美國的H-Power夏威夷垃圾發(fā)電廠實(shí)例，采用如圖1所示的垃圾發(fā)電工藝流程來介紹。

先闡述在垃圾焚燒前，需要經(jīng)過一系列輸送、篩選和粉碎裝置，把那些不易處理和不能燃燒的垃圾首先在分揀場清理掉。再介紹經(jīng)過處理后的垃圾則被送入高溫焚燒爐中焚燒，形成的殘?jiān)⒒以统鎏盥?。煙氣在排放前需注入石灰脫硫，中和酸性氣體，并傳熱給水變成高溫高壓蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。最后，還要說明煙氣經(jīng)鍋爐尾部受熱面后，經(jīng)靜電除塵達(dá)標(biāo)后，進(jìn)入煙囪排放，靜電除塵后的細(xì)灰渣則可做建材進(jìn)行綜合利用。通過這樣一個(gè)簡潔的垃圾發(fā)電工藝流程圖，可讓學(xué)生迅速掌握垃圾發(fā)電的基本原理，了解各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的作用和相互關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜問題的系統(tǒng)性思維。

三、采取多樣的教學(xué)手段

相對于必修課而言，專業(yè)選修課的特點(diǎn)決定了它的教學(xué)方式有所不同，其更注重知識體系的完整性和學(xué)生興趣的引導(dǎo)。這必然要求教師不斷革新自己的教育觀念，在教學(xué)過程中全面認(rèn)真地設(shè)計(jì)教案，采用多樣化的教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)他們主動參與到課堂教學(xué)過程中，展現(xiàn)他們的課堂主人翁精神。

1.主次分明，突出重點(diǎn)。由于新能源發(fā)電技術(shù)課程涵蓋內(nèi)容較多，而授課學(xué)時(shí)又有限，因此在教學(xué)中不可能講授全部內(nèi)容，必須做到重點(diǎn)突出，精講主要內(nèi)容。比如在縱多類型的新能源發(fā)電方式中，根據(jù)我們學(xué)院的專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)，可重點(diǎn)講授太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和小水力發(fā)電。此外，還要注意詳略結(jié)合，對主要的、基本的內(nèi)容仍可采用講課方式，而對其他內(nèi)容則可以講座、討論方式開展，增大課堂教學(xué)的信息容量。比如在講授太陽能發(fā)電時(shí)，就應(yīng)以講課方式詳細(xì)講解光伏發(fā)電，而以講座方式講解太陽能熱發(fā)電。這種主次分明的講課模式，不僅能使學(xué)生扎實(shí)學(xué)到本課程最主要、最核心的內(nèi)容，還可以開闊他們的知識面和視野。

2.應(yīng)用先進(jìn)教學(xué)手段，提升教學(xué)效果。根據(jù)精選的授課內(nèi)容，有效地運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源，制作形象直觀的多媒體課件，以改善教學(xué)的直觀效果，增加授課內(nèi)容的信息量。例如，當(dāng)介紹不同類型的水平軸式風(fēng)力機(jī)和垂直軸式風(fēng)力機(jī)時(shí)，可以多向?qū)W生演示一些與它們相關(guān)的圖片和Flas，結(jié)合這些多媒體資料講解，可加深學(xué)生印象，讓他們對這幾種典型的風(fēng)力機(jī)及其工作方式等內(nèi)容有更深刻的理解。同時(shí)在上述教學(xué)過程中，要注意與傳統(tǒng)板書方式相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析，并適當(dāng)?shù)亓艚o學(xué)生一些思考時(shí)間，較好地把握課堂節(jié)奏。

3.結(jié)合實(shí)事，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。新能源發(fā)電技術(shù)課程所講授的一些主要新能源發(fā)電方式在目前逐漸得到越來越多的應(yīng)用，與人們的日常生活也越來越緊密。在介紹不同類型的新能源時(shí)，可以充分結(jié)合當(dāng)前社會生活中出現(xiàn)的一些相關(guān)時(shí)事焦點(diǎn)事件，把它們提出來讓學(xué)生討論，既能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，活躍課堂氣氛，還加強(qiáng)了他們對講課內(nèi)容的理解。例如，墨西哥灣的BP公司漏油事件、康菲環(huán)渤海灣污染事件，特別是全球石油供需關(guān)系的發(fā)展態(tài)勢、氣候變化和環(huán)境保護(hù)的壓力，都迫切需要全球共同確定和構(gòu)筑能源發(fā)展的新理念，開創(chuàng)新時(shí)期能源發(fā)展的新路子。結(jié)合上述實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思索大力發(fā)展新能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的必要性，讓他們從新能源利用方式等層次進(jìn)行探討。通過這種教學(xué)方式，不僅可讓學(xué)生深入理解課程內(nèi)容，激發(fā)他們的興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

4.穿插習(xí)題，實(shí)時(shí)歸納。在風(fēng)力發(fā)電部分的教學(xué)過程中，其涉及到的不同類型風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)電方式、并網(wǎng)方法等知識點(diǎn)比較多，多數(shù)學(xué)生會感到理解有一定困難。為了讓學(xué)生能夠及時(shí)掌握課堂所學(xué)內(nèi)容，講課過程中可在恰當(dāng)時(shí)候穿插一些事先準(zhǔn)備好的習(xí)題，這些習(xí)題不一定來自教材，教師可根據(jù)其他相關(guān)資料自主設(shè)計(jì)。通過課堂練習(xí)，可以考查學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的掌握程度和存在問題，及時(shí)解決他們的困惑。比如，在講解變速風(fēng)機(jī)驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，可穿插一個(gè)關(guān)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路控制方式的多選題，通過該練習(xí)，能夠加深學(xué)生對這部分重要內(nèi)容的理解，從一定程度上也可改善課堂氛圍，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

5.結(jié)合共同點(diǎn)，學(xué)習(xí)新能源發(fā)電。新能源發(fā)電方式與常規(guī)能源發(fā)電方式，除了在一次能源的來源與能量轉(zhuǎn)換方式等方面有較大不同外，它們在發(fā)電環(huán)節(jié)大多具有很多共同點(diǎn)。因此，在講授各種新能源發(fā)電形式時(shí)，注意隨時(shí)和常規(guī)能源發(fā)電方式進(jìn)行類比，結(jié)合兩者之間的共同點(diǎn)講解，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對新能源發(fā)電方法的理解，還可以鞏固他們對常規(guī)能源發(fā)電方法的認(rèn)識。例如，在講授地?zé)岚l(fā)電時(shí)，其和火力發(fā)電的原理基本一樣，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。所不同的是，地?zé)岚l(fā)電不象火力發(fā)電那樣要裝備龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地?zé)崮堋?/p>

四、培育素質(zhì)教育的教學(xué)理念

不論是專業(yè)必修課，還是選修課，教師都需要培育素質(zhì)教育的教學(xué)理念，新能源發(fā)電技術(shù)課程的教學(xué)更是如此。通過在理論教學(xué)過程中，結(jié)合一些生動的經(jīng)典案例等進(jìn)行講授，既可調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，又能加強(qiáng)他們對新能源發(fā)電方法的認(rèn)識，逐漸培養(yǎng)學(xué)生探索求知的精神。比如，通過介紹風(fēng)能發(fā)電的幾種典型裝置與設(shè)備，以探究風(fēng)能發(fā)電在當(dāng)前得以大規(guī)模運(yùn)用的原因。正是這些大量科研人員對風(fēng)能發(fā)電裝置的研發(fā)，才使得風(fēng)能發(fā)電不僅僅是論文里的成果。通過一些經(jīng)典案例，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性、學(xué)習(xí)興趣和求知欲，這樣才能達(dá)到開設(shè)專業(yè)選修課“培養(yǎng)學(xué)生能力，挖掘?qū)W生潛能”的目的。

五、結(jié)語

新能源發(fā)電技術(shù)課程是一門知識覆蓋面廣、學(xué)科前沿的專業(yè)選修課，而隨著其利用方式和技術(shù)的不斷發(fā)展，這門課程的教學(xué)內(nèi)容也將不斷更新，教學(xué)方法也會隨之不斷改進(jìn)，通過改進(jìn)教學(xué)手段和逐步增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)強(qiáng)化創(chuàng)新意識，這樣就一定能夠逐步改善人才培養(yǎng)過程中普遍出現(xiàn)的一些問題，如學(xué)生能力薄弱、缺乏創(chuàng)造性、主動性等，達(dá)到真正提升學(xué)生的思維創(chuàng)造能力以及綜合素質(zhì)的目的，培養(yǎng)出與時(shí)俱進(jìn)的、創(chuàng)新型的合格應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]高婷，童莉葛，王新立.公共選修課《新能源技術(shù)》的教學(xué)[J].河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2006，6（1）：156-158.

[2]李桂峰，肖春玲.運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2008，28（3）：175-176.

[3]付蓉，郭前崗，王瑾.電力電子與新能源發(fā)電方向課程體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J].中國電力教育，2009，（8）：86-87.

[4]孫云蓮.新能源及分布式發(fā)電技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5]翟秀靜，劉奎仁，韓慶.新能源技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

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關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電系統(tǒng)；蓄電池組；逆變器

1 前言

傳統(tǒng)的煤炭、石油等一次能源是不可再生的，終歸要走向枯竭。提高能源利用效率、開發(fā)新能源、加強(qiáng)可持續(xù)能源的利用，是解決經(jīng)濟(jì)和社會快速發(fā)展過程中日益凸顯的能源需求增長與能源緊缺、能源利用與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的必然選擇。太陽能是所有可再生能源類型中以其資源儲存量高、占用土地資源少、分布廣泛等優(yōu)勢成為一致公認(rèn)的最具開發(fā)潛力的新能源，而光伏發(fā)電更是因?yàn)槠湮廴編缀鯙榱慵澳茉崔D(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少的特征成為太陽能利用中最為廣泛應(yīng)用的一種方式，并成為各國普遍重視的一種新能源利用方式。從我國國家發(fā)展戰(zhàn)略來看， 大力開發(fā)太陽能資源是能夠保證我國能源供給、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及發(fā)展新興戰(zhàn)略性行業(yè)最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。

2 光伏發(fā)電基本原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)。太陽能半導(dǎo)體晶片上部為N型半導(dǎo)體，下部為P型半導(dǎo)體，當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生成對正負(fù)電荷，PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷被分離，形成外電流場。如果將一個(gè)負(fù)載連接在太陽能電池的上下兩表面間，負(fù)載將有電流流過。太陽能半導(dǎo)體晶片通過有序的組合形成太陽能電池組件，若干太陽能電池組件構(gòu)成太陽能電池方陣。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組件、控制器、蓄電池、逆變器等組成

3.1 太陽能光伏電池組件

太陽能光伏電池組件由太陽能電池片經(jīng)串并組合，并用高強(qiáng)度、高透光、性能強(qiáng)的太陽能專用鋼化玻璃及高性能、耐紫外線輻射的專用密封材料層壓而成，形成不同規(guī)格的電池板，即太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心器件。目前工程上采用的光伏電池主要有：單晶硅電池、多晶硅電池和非晶硅電池三種。

3.2 控制器

控制器的作用是使太陽能電池和蓄電池高效、安全、可靠地工作，以獲得最高效率并延長蓄電池的使用壽命?？刂破鲗π铍姵氐某?、放電進(jìn)行控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽能電池組件和蓄電池對負(fù)載的輸出電能。

控制器是整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，通過控制器對蓄電池充放電條件加以限制，防止蓄電池反充電、過充電及過放電。另外，控制器還應(yīng)具有電路短路保護(hù)、反接保護(hù)、雷電保護(hù)及溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

3.3 蓄電池

蓄電池組是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的儲能裝置，由它將太陽能電池方陣從太陽輻射能轉(zhuǎn)換來的直流電轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，以供負(fù)載應(yīng)用。由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池才能使負(fù)載正常工作。

蓄電池容量應(yīng)在滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽能電池組件的能量盡量的存儲下來，并能存儲滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。但若容量過大，使蓄電池處在虧電狀態(tài)，將影響蓄電池壽命，造成浪費(fèi)。

3.4 逆變器

逆變器可分為自激式振蕩逆變和他激式震蕩逆變，按照波形可以分為方波逆變器和正弦波逆變器。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電，經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率、額定電壓等匹配的正弦波交流電源，供系統(tǒng)終端用戶使用。逆變器具有電路短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、反接保護(hù)及雷電保護(hù)等功能。

4 光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)原則是在保證滿足負(fù)載用電需要的前提下，確定最少的太陽能電池組件和蓄電池容量，以盡量減少投資，即同時(shí)考慮可靠性及經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體考慮主要是通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析合理地確定滿足要求的太陽能電池組成件數(shù)量和蓄電池容量，包括安全性、可靠性方面的要求。

在進(jìn)行光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之前，需要了解并獲取一些進(jìn)行計(jì)算和選擇必需的基本數(shù)據(jù)：光伏系統(tǒng)現(xiàn)場的地理位置，包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔；該地區(qū)的氣象資料，包括逐月的太陽能總輻射量、直接輻射量以及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長連續(xù)陰雨天數(shù)，最大風(fēng)速以及冰雹、降雪等特殊氣象情況等。

4.1 蓄電池容量計(jì)算

設(shè)計(jì)蓄電池容量的基本公式見下：

Bc=A×Ql×Nl×To/Cc

式中：Bc―蓄電池容量（Ah）；

A―安全系數(shù)，取1.1～1.4之間；

Ql―負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)（Ah）；

Nl―最長連續(xù)陰雨天數(shù)；

To―溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；

Cc―蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。

4.2 太陽能電池方陣設(shè)計(jì)

1）太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns的基本公式見下：

Ns=UR/Uoc=（UF+UD+Uc）/Uoc

式中：UR―太陽能電池方陣輸出最小電壓（V）；

Uoc―太陽能電池組件的最佳工作電壓（V）；

UF―蓄電池浮充電壓（V）；

UD―二極管壓降，一般取0.7V；

UOC―其它因數(shù)引起的壓降。

2）太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的基本公式見下：

Np=（Bcb+Nw×Ql）/（Qp×Nw）

式中：Bcb―需補(bǔ)充的蓄電池容量（Ah）；

Nw―兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)；

Qp―太陽能電池組件日發(fā)電量（Ah）。

3）太陽能電池方陣功率的基本公式見下：

根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：

P=Po×Ns×Np

式中：Po―太陽能電池組件的額定功率（W）。

4.3 最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）

目前光伏電源能源利用率較低、供電穩(wěn)定性與可靠性也不高。光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤方法可以最大限度地利用光伏電池所產(chǎn)生的直流電能，通過實(shí)時(shí)檢測光伏陣列的輸出功率和一定的控制算法預(yù)測當(dāng)前工況下陣列可能的最大功率輸出，從而改變當(dāng)前的阻抗情況來滿足最大功率輸出的要求。這樣即使太陽能電池的結(jié)溫升高使得陣列的輸出功率減少，系統(tǒng)仍然可以運(yùn)行在當(dāng)前工況下的最佳狀態(tài)。常用的MPPT實(shí)現(xiàn)方法有：定電壓跟蹤法、功率反饋法、擾動觀測法、導(dǎo)納增量法、實(shí)際測量法。

4.4 孤島效應(yīng)

由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)直接將太陽能逆變后輸送到電網(wǎng)，所以需要各種完善的保護(hù)措施。除了通常的電流、電壓和頻率監(jiān)測保護(hù)外，還需要考慮一種特殊的故障狀態(tài)，即孤島狀態(tài)。所謂孤島，電網(wǎng)由于電氣故障、人為或自然等原因中斷供電時(shí)，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)未能及時(shí)檢測出停電狀態(tài)并脫離電網(wǎng)，使該系統(tǒng)和周圍的負(fù)載組成一個(gè)不受電力公司掌控的自給供電孤島的情況。一般采用具有反孤島功能的并網(wǎng)逆變器，當(dāng)向孤島負(fù)載中的任一種供電時(shí)，能夠在10個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)檢測出孤島狀態(tài)并停止供電。

5 結(jié)束語

近年來，隨著國內(nèi)能源消耗量的日漸攀升，國內(nèi)能源供應(yīng)日趨緊張，成本持續(xù)創(chuàng)新高。與此同時(shí)，太陽能光伏技術(shù)不斷得到創(chuàng)新和發(fā)展，非晶硅薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本逐漸降低，生產(chǎn)技術(shù)已日趨成熟。專家預(yù)測，我國城鄉(xiāng)建設(shè)和太陽能光伏發(fā)電的有效結(jié)合，并切實(shí)實(shí)施光伏并網(wǎng)發(fā)電，將逐步優(yōu)化我國的傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，對于解決因傳統(tǒng)能源使用而造成的環(huán)境問題、改善生態(tài)環(huán)境、解決能源供應(yīng)緊張和實(shí)現(xiàn)人類健康和可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]周志敏，紀(jì)愛華.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)用實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

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關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)；配電網(wǎng)；影響

中圖分類號：U223文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

近年來，以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展，成為大系統(tǒng)電能供應(yīng)不可缺少的有益補(bǔ)充，集中式與分布式電源的有機(jī)結(jié)合將是21世紀(jì)電力工業(yè)與能源產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向[1]。一般來說，分布式電源是集成或單獨(dú)使用、靠近用戶的小型模塊化發(fā)電設(shè)備，多為容量在50MW以下的小型發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)電、光伏、生物能等在內(nèi)的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。

本文主要分析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。從電網(wǎng)運(yùn)行管理這個(gè)角度出發(fā)，光伏發(fā)電本身具有的特性異于常規(guī)發(fā)電方式（如火電、水電的可控性），這對電網(wǎng)的運(yùn)行管理，特別是電能質(zhì)量、可靠性以及安全性等方面提出了更高的要求?，F(xiàn)階段人們對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特性（包括光伏發(fā)電系統(tǒng)自身、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響以及電網(wǎng)對并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響）認(rèn)識還不夠。所以研究實(shí)際的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響就變得非常有實(shí)際意義。

以新疆博州地區(qū)20MWp光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，通過35kV輸電線路接入系統(tǒng)，通過該光伏電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)階段博州地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷特性，分析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)對博州地區(qū)電網(wǎng)電壓、負(fù)荷預(yù)測、調(diào)度運(yùn)行等方面的影響。

1博州地區(qū)電網(wǎng)特性

博州地區(qū)電網(wǎng)處于新疆電網(wǎng)末端，相對于新疆地區(qū)電網(wǎng)來說該地區(qū)電網(wǎng)屬于較小的電網(wǎng)，且該地區(qū)無大型工業(yè)負(fù)荷，基本靠農(nóng)灌負(fù)荷支撐，因此負(fù)荷峰谷差較大，電壓矛盾突出，調(diào)壓手段單一。

2分布式光伏接入系統(tǒng)情況

海潤光伏電站是目前博州地區(qū)容量最小的一座光伏電站，通過35kV海潤杞光一線直接接入110kV紅杞變與主網(wǎng)相連，本期規(guī)模為20MWp，目前已全部并網(wǎng)運(yùn)行。接入系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 海潤光伏電站系統(tǒng)接入示意圖

該光伏電站站內(nèi)采用40臺SG500MX型號光伏組件，機(jī)端額定電壓315V，額定功率為0.5MW，通過20臺分列升壓變分成4組升壓匯集線至35kV母線，35kV母線上接有一臺SVG，容量為-2~+2Mvar。

3光伏發(fā)電基本原理與特點(diǎn)

光伏發(fā)電是指利用光伏電池將太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式。根據(jù)入網(wǎng)方式和安裝類型，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立太陽能光伏系統(tǒng)（也稱離網(wǎng)型）、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)[1]。

海潤光伏電站則屬于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，它由光伏組件、直流檢測配電箱、交流逆變器、計(jì)量裝置以及上網(wǎng)配電系統(tǒng)組成。該站通過太陽電池陣列產(chǎn)生電能，通過交流器逆變成交流接入到主網(wǎng)系統(tǒng)中。

圖2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖

光伏發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)是太陽能無枯竭危險(xiǎn)、屬于清潔型能源、基本不受資源分布地域的限制、可在負(fù)載處就近發(fā)電、能源質(zhì)量高等，但也存在其劣勢，比如造價(jià)高、夜間不發(fā)電、照射能量分布密度小等。

4對電網(wǎng)的影響

4.1對電壓的影響

海潤光伏電站通過35kV輸電線路接入110kV紅杞變35kVⅠ母，110kV紅杞變采用中低壓側(cè)分列運(yùn)行方式。在正常運(yùn)行方式下，110kV紅杞變35kVⅠ、Ⅱ母電壓均衡，當(dāng)光伏電站滿發(fā)時(shí)，由于光伏發(fā)電，是的母線上傳輸功率下降，導(dǎo)致該段母線電壓升高，從而導(dǎo)致某些節(jié)點(diǎn)的電壓越上限，分析表明電壓上升的幅度與接入光伏電站的位置和總量的大小密切相關(guān)。

對于上述電壓越上限的問題，通常采取的措施是調(diào)節(jié)配網(wǎng)中有載變壓器的分接頭、電壓調(diào)節(jié)器和投退無功補(bǔ)償?shù)仍O(shè)備。然而合理設(shè)置光伏電站的運(yùn)行方式對于配網(wǎng)中的電壓調(diào)整也是至關(guān)重要的。如在冬季負(fù)荷低谷期，主網(wǎng)系統(tǒng)電壓本身偏高的情況下，而光伏電站此時(shí)處于停發(fā)狀態(tài)，站內(nèi)SVG并沒有參與電網(wǎng)的調(diào)壓工作，那么接入點(diǎn)的電壓明顯被抬高。此時(shí)接入點(diǎn)電壓將可能越上限，這時(shí)就必須合理的設(shè)置光伏電站的運(yùn)行方式。比如規(guī)定光伏電站必須參與電網(wǎng)的調(diào)壓，吸收輸電線路中多余的無功功率。在線路重負(fù)荷期間，光伏電站必須多發(fā)無功，以改善線路的電壓質(zhì)量。

光伏發(fā)電對電壓的影響還表現(xiàn)在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量、電壓波動和閃變等方面。光伏發(fā)電的出力受太陽的入射福照度而變，可造成局部線路電壓波動和閃變，若與負(fù)荷的波動疊加在一起，又將帶來更大的電壓波動和閃變。如圖3、4、5所示為海潤光伏電站出力情況和對接入點(diǎn)電壓的影響。

圖3 紅杞變側(cè)光伏電站有功曲線

（單位：MW,h）

圖4 紅杞變側(cè)光伏電站無功曲線

（單位：Mvar,h）

由圖3可以看出，在13:00-15:00之間，海潤光伏電站出力最大，受光照密度小的影響并未達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)。光伏最大出力時(shí)，該站也發(fā)出一部分無功功率，對電網(wǎng)電壓有一定的調(diào)節(jié)作用，在13:00-15:00之間，受光伏無功出力影響，電壓明顯有下降趨勢。但因博州地區(qū)負(fù)荷基數(shù)小，電壓長期偏高，最高可達(dá)38.7kV，最低電壓也在37.6kV，電壓振幅可達(dá)1.1kV。如圖5所示。

圖5 接入點(diǎn)35kV母線電壓曲線

（單位：kV,h）

對于該地區(qū)電網(wǎng)而言，調(diào)壓手段單一且負(fù)荷基數(shù)小是導(dǎo)致調(diào)壓困難的最主要原因，加之近年來光伏、風(fēng)電等新能源和電氣化鐵路的大量接入，加重了調(diào)壓難度。同時(shí)該地區(qū)電網(wǎng)目前并無SVC靜止無功補(bǔ)償裝置，無法達(dá)到優(yōu)良的無功補(bǔ)償效果。

4.1.1 SVC技術(shù)原理及應(yīng)用

SVC是以晶閘管控制的電抗器TCR、晶閘管投切電容器TSC及兩者混合裝置TCR+TSC等主要形式組成，其重要特性就是能比較穩(wěn)定的保持動態(tài)變化負(fù)荷的功率因數(shù)，同時(shí)還具有較快的響應(yīng)速度以維持端電壓的恒定。能較好解決單相負(fù)荷造成的供電網(wǎng)嚴(yán)重三相不平衡及功率因數(shù)低、諧波含量高、電壓波動與閃變等問題。因此SVC非常適合大量光伏電站接入系統(tǒng)的電網(wǎng)。

4.2 對負(fù)荷預(yù)測的影響

新疆地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)行的電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃，尤其是日負(fù)荷預(yù)測是當(dāng)日12:00前預(yù)測第3工作日的負(fù)荷。由于光伏發(fā)電站的發(fā)電量受天氣變化影響，使得整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷總量具有了更多的多變性和隨機(jī)性，從而給電網(wǎng)的發(fā)電計(jì)劃，尤其是日負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性帶來了較大的難度。

4.3 對調(diào)度運(yùn)行的影響

光伏發(fā)電受光照變化的影響出力不受控制。海潤光伏電站也不具有調(diào)度自動化功能，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行部門不能對其直接控制，所以不能參與電網(wǎng)電壓的調(diào)整和電網(wǎng)的調(diào)頻。這無疑會減少配網(wǎng)中的可調(diào)度發(fā)電廠的容量，給配網(wǎng)控制與調(diào)度運(yùn)行帶來更大地難度。

4.4對繼電保護(hù)的影響

博州電網(wǎng)中的配網(wǎng)保護(hù)主要是斷路器的電流三段保護(hù)，主線路上裝設(shè)有自動重合閘，支路上為熔斷器。海潤光伏電站接入配電網(wǎng)的末端，改變了原有的單側(cè)電源和輻射型網(wǎng)絡(luò)，使其變成了雙斷網(wǎng)絡(luò)，從而改變了故障電流的方向、大小和持續(xù)時(shí)間。

圖6光伏并網(wǎng)與配網(wǎng)典型接線示意圖

如圖7所示，當(dāng)線路AB段K1點(diǎn)發(fā)生短路故障，依據(jù)選擇性原則應(yīng)由保護(hù)QF1動作切除故障。故障點(diǎn)K1的故障電流由系統(tǒng)電源和PV共同提供，此時(shí)的故障電流要大于PV接入前的故障電流，然而QF1感受到的故障電流僅由電源側(cè)提供，由于PV分流作用使得QF1感受到的故障電流減小，影響了保護(hù)QF1的靈敏性，若接入點(diǎn)PV的容量很大，保護(hù)QF1可能會拒動。當(dāng)K2點(diǎn)故障，故障電流由系統(tǒng)電源和PV共同提供，由于PV的助增電流作用，使得保護(hù)QF2的靈敏性增加。

光伏電站自身的故障也會對并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行和保護(hù)產(chǎn)生影響。另外，當(dāng)光伏系統(tǒng)抗孤島保護(hù)功能時(shí)間不能和自動重合閘裝置協(xié)調(diào)配合時(shí)，也會引起非同期合閘等危害。

當(dāng)配電網(wǎng)故障時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可能采取解列運(yùn)行方式，但解列后重新接人電網(wǎng)的同期過程中，應(yīng)盡量減少對配電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，且應(yīng)采取一定的控制策略和手段給予保證。

5 結(jié)論

光伏作為分布式新能源發(fā)電的一種形式，越來越受到人們的青睞，其發(fā)展的步伐不可阻擋。然而大量的光伏并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行，對傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn)。

本文根據(jù)實(shí)際的海潤光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，指出光伏電站對配電網(wǎng)電壓、短路電流、電網(wǎng)調(diào)度和日負(fù)荷預(yù)測等方面影響。因此，有必要進(jìn)行深入的研究并網(wǎng)發(fā)電對配電網(wǎng)的影響。使接入光伏的配電網(wǎng)能夠更加安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳素農(nóng)，范瑞祥，朱永強(qiáng)等.分布式電源控制與運(yùn)行 [J].太陽能,2012(3):64-65.

[2] 方廷,韓郁,張嵐.一種多逆變器太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組群控制方法[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(7):57-60.

[3] 馬勝紅,陸虎俞.太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 儲能蓄電池[J].大眾用電，2006 (4) 40-43.

篇6

【關(guān)鍵詞】：太陽能；光伏發(fā)電；建筑節(jié)能；

中圖分類號：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

前言

我國是建筑產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的國家，建筑運(yùn)行能耗占到全社會總能耗的30%左右。因此，如何提高建筑的能源使用效率，和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排成為了建筑業(yè)的重中之重。太陽能作為一種天然的能源，越來越受到人們的重視，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽輻射能是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012千瓦小時(shí)，相當(dāng)于世界上能耗的40倍。當(dāng)代世界太陽能科技發(fā)展有兩大基本趨勢，一是光電與光熱結(jié)合，二是太陽能與建筑的結(jié)合。太陽能建筑系統(tǒng)是綠色能源和新建筑理念兩大革命的交匯點(diǎn)。并且我國2008年實(shí)施的《民用建筑節(jié)能條例》中規(guī)定，國家鼓勵(lì)和扶持新建建筑和既有建筑節(jié)能改造中采用太陽能，地?zé)岬瓤稍偕木G色資源。

1、太陽能技術(shù)在建筑電氣中的應(yīng)用

太陽能光電建筑應(yīng)用就是要和建筑一體化，要大規(guī)模地推廣太陽能光伏發(fā)電，要把太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用到千家萬戶，就是要和建筑的一體化。當(dāng)前太陽能光電建筑應(yīng)用主要為太陽能屋頂、光伏幕墻等光電建筑一體化。其中屋頂太陽能光電建筑應(yīng)用較為廣泛，其主要特點(diǎn)是：可以調(diào)節(jié)太陽能電池板與太陽光之間的朝向，我國地處北半球，太陽能電池板要朝南，要朝北就不行，因此光伏幕墻有一定的局限性。光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件就是太陽電池組件，太陽電池組件通常是一個(gè)平板狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)和加工，完全可以滿足建筑材料的基本要求。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)與一般的建筑結(jié)合，即通常簡稱的光伏建筑一體化應(yīng)該是太陽能利用最佳形式。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板、蓄電池、控制器、DC-AC逆變器和用電負(fù)載等組成。其中，太陽能電池板、蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器、逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)。太陽能技術(shù)在民用建筑電氣領(lǐng)域應(yīng)用主要包括路燈、庭園燈、樓道燈等節(jié)能燈、LED燈的照明供電。太陽能系統(tǒng)建筑可以在日常的使用過程中實(shí)現(xiàn)與常規(guī)電力進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)在太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量不足的情況下，改由常規(guī)電力供電。太陽能電池板產(chǎn)生的直流電力通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡缓笙蛴秒娯?fù)荷供電，同時(shí)多余的電量又通過控制器向蓄電池組充電。在無日照的情況下，通過逆變器由蓄電池向用電負(fù)荷供電，當(dāng)蓄電池的電力不足時(shí)，自動切換到常規(guī)電力，由常規(guī)電力給用電器提供電能。該太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、太陽能電池支架、控制器、逆變器、蓄電池組等組成。整個(gè)系統(tǒng)全自動運(yùn)行無需人工管理。真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能建筑。

太陽能家用發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成功的運(yùn)用到民用住宅中，如一些高檔的住宅區(qū)和別墅區(qū)，主要負(fù)載為空調(diào)負(fù)荷，照明負(fù)荷，和部分廚衛(wèi)用電的小型負(fù)荷。根據(jù)客戶的需要，系統(tǒng)安裝既可以采用并網(wǎng)發(fā)電形式，也可以采用離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。光伏陣列安裝在屋面和墻面上，并直接吸收太陽能，避免了墻面溫度和屋頂溫度過高，降低了空調(diào)負(fù)荷，改善了室內(nèi)環(huán)境。采用太陽能與建筑相結(jié)合的形式有很大的優(yōu)越性，可原地發(fā)電、原地使用、減少電流運(yùn)輸過程的費(fèi)用和能耗，還省去了單獨(dú)為光電設(shè)備提供的支撐結(jié)構(gòu)。

太陽能系統(tǒng)在民用建筑中的防雷。太陽能電池板通常都裝設(shè)于屋頂上，并且很多時(shí)候太陽能設(shè)備都高出屋面許多。按我國現(xiàn)行的國家規(guī)范《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，引出屋面的金屬物體可不裝接閃器，但應(yīng)和屋面防雷裝置相連。在屋面接閃器保護(hù)范圍之外的非金屬物體應(yīng)裝設(shè)接閃器，并應(yīng)和屋面防雷裝置相連。所以，對于太陽能裝置的屋面防雷應(yīng)在局部增設(shè)避雷針或避雷帶，并且，太陽能裝置的底座應(yīng)與屋面避雷裝置做可靠連接。

2、工程舉例

現(xiàn)有一個(gè)單體別墅，常住人口約為3~5人，處在光照比較充足地區(qū)，根據(jù)業(yè)主需求，整體解決方案如下：

負(fù)載需求：

太陽能發(fā)電系統(tǒng)指標(biāo)如下：太陽能電池容量 30kw；交流輸出額定功率3kw；額定輸出電壓（V） 220±10%（AC；功率因數(shù)達(dá)到0.8以上。

圖1 太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖

本系統(tǒng)由太陽能電池板，逆變器，控制器，蓄電池，雙電源切換自動裝置（ATS）,穩(wěn)壓保護(hù)裝置組成（見圖1）。

本系統(tǒng)負(fù)載主要包括LED照明燈具，小型家電，手機(jī)充電等，為確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)安裝容量設(shè)計(jì)為30KW，根據(jù)負(fù)載情況，當(dāng)太陽能系統(tǒng)供電不能滿足要求時(shí)，由ATS自動轉(zhuǎn)換至市電運(yùn)行，以保持負(fù)載正常運(yùn)行所需電量。ATS需保證兩路電源不同時(shí)運(yùn)行。經(jīng)過業(yè)主的使用運(yùn)行，可以支持2~3天的陰雨天，并且基本滿足業(yè)主的使用要求，月電費(fèi)節(jié)省30%~40%左右。反應(yīng)良好。

3、太陽能技術(shù)在建筑電氣應(yīng)用中的缺陷及局限性

建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)潛力很大，工作人員在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮各種可行的技術(shù)措施。同時(shí)，在選用節(jié)能的新設(shè)備時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)具體了解節(jié)能產(chǎn)品的原理、性能、效果，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較，合理選擇節(jié)能設(shè)備，推動建筑電氣節(jié)能的發(fā)展。

當(dāng)然，太陽能技術(shù)在目前的情況也存在著許多缺陷：一，不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度、海拔高度和天氣等自然條件的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。二，效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。

篇7

關(guān)鍵詞：太陽能電池 原理 種類

0前言

2004年歐盟聯(lián)合研究中心針對當(dāng)前能源的結(jié)構(gòu)和使用情況預(yù)測：在未來的幾十年內(nèi)，碳水化合物等非再生能源隨著人類的大量的開發(fā)將逐漸較少，取而代之的將是可再生能源。其中太陽能的利用將會得到很大的重視與提高。

太陽能的利用主要有3種形式：光熱、光化學(xué)轉(zhuǎn)換和光伏發(fā)電。光熱利用具有低成本、方便、利用效率較高等優(yōu)點(diǎn)，但不利于能量的傳輸；光化學(xué)轉(zhuǎn)換在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人類還不能很好地利用；光伏發(fā)電利用以電能作為最終表現(xiàn)形式，具有傳輸極其方便的特點(diǎn)，在通用性、可存儲性等方面具有前兩者無法替代的優(yōu)勢，且由于太陽能電池的原料硅的儲量十分豐富、太陽電池轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、生產(chǎn)成本的不斷下降，都促使太陽能光伏發(fā)電在能源、環(huán)境和人類社會未來發(fā)展中占據(jù)重要地位。

太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光-熱-電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光-電直接轉(zhuǎn)換方式。光-熱-電轉(zhuǎn)換方式是利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是光-熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)過程是熱-電轉(zhuǎn)換過程。一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元，它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合而很難大規(guī)模的應(yīng)用。而光-電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光-電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。

太陽能電池的種類很多，主要包括硅基類太陽能電池、有機(jī)化合物太陽能電池、染料敏化太陽能電池和無機(jī)化合物類太陽能電池等，具有永久性、 清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn)。Shockley和Queisser通過細(xì)致平衡極限原理計(jì)算得出，理想單結(jié)太陽能電池的效率是材料帶隙能量的函數(shù)，當(dāng)Eg大約為1.3eV時(shí)，在1sun 照射下的極限效率僅為31% ，全聚光下的極限效率為40%。目前無機(jī)硅光伏打電池的最高能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到24%，基于砷化鎵半導(dǎo)體的光伏電池轉(zhuǎn)換效率甚至已經(jīng)達(dá)到了31%～32%。

1、原理

太陽能電池發(fā)電是根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)；值得注意的是光電效應(yīng)于射線的強(qiáng)度大小無關(guān)，只有頻率達(dá)到或超越可產(chǎn)生光電效應(yīng)的閾值時(shí)，電流才能產(chǎn)生。能夠使半導(dǎo)體產(chǎn)生光電效應(yīng)的光的最大波長同該半導(dǎo)體的禁帶寬度相關(guān)，譬如晶體硅的禁帶寬度在室溫下約為1.155eV，因此必須波長小于1100nm的光線才可以使晶體硅產(chǎn)生光電效應(yīng)。太陽電池是一種可以將太陽能轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，它是不導(dǎo)電的，但如果在半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，就可以做成P型與N型半導(dǎo)體，再利用P型半導(dǎo)體有個(gè)電子空穴與N型半導(dǎo)體多了一個(gè)自由電子的電位差來產(chǎn)生電流，所以當(dāng)太陽光照射時(shí)，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來，而產(chǎn)生電子和空穴的對流，這些電子和空穴均會受到內(nèi)建電位的影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。此時(shí)外部如果用電極連接起來，形成一個(gè)回路，這就是太陽電池發(fā)電的原理。

2、硅基類太陽能電池

硅太陽能電池以硅為基體材料的太陽能電池。按硅材料的結(jié)晶形態(tài)，可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。硅太陽能電池具有重量輕、體積小、效率高、壽命長、光譜響應(yīng)范圍廣、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。

一般情況下，硅太陽能電池的光譜響應(yīng)范圍在0.40～1.10微米；響應(yīng)時(shí)間為10-3～10-4秒；使用溫度在-65℃～+125℃之間；在100毫瓦/厘米2入射光強(qiáng)下，硅太陽能電池的開路電壓為450～600毫伏，短路電流為20～30毫安/厘米2，光電轉(zhuǎn)換效率為8～13%左右。研究發(fā)現(xiàn)，在不同光照角度條件下，電池的開路電壓和短路電流會發(fā)生變化。當(dāng)光照角度小于50°時(shí)電池的短路電流輸出與光照角余弦值成正比；大于50°時(shí)，電流輸出低于理論值；大于85°時(shí)短路電流與光照角余弦值曲線一起收斂；光照角等于90°時(shí)降落到零。電路的開路電壓隨著溫度升高而降低；電池的短路電流隨溫度增加稍有增加；而電池的輸出功率隨溫度的增加而降低。

單晶硅太陽能電池是研究應(yīng)用最早的硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。往往通過單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝來提高轉(zhuǎn)化效率。但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)繁瑣的電池工藝影響，要想大幅度降低其成本是非常困難的。

多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池相近，但是從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要低得多。然而，多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率相比單晶硅太陽能電池要低。多晶硅薄膜太陽能電池是兼具晶體硅太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定長壽和非晶硅太陽能電池的材料制備工藝簡單、成本低并且無污染，可大面積生長等優(yōu)點(diǎn)于一身的新一代太陽能電池，具有廣闊的發(fā)展前景。

非晶硅是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV， 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。

3、有機(jī)化合物太陽能電池

有機(jī)太陽能電池利用的也是光伏效應(yīng)。有機(jī)太陽能電池在太陽光的照射下有機(jī)材料吸收光子，如果該光子的能量大于有機(jī)材料的禁帶寬度Eg就會使得產(chǎn)生激子。如圖三就是給體-受體結(jié)構(gòu)。受激發(fā)的電子給體吸收光子，使其HOMO軌道上的一個(gè)電子躍遷到LUMO。通常由于給體LUMO的電離勢比受體LUMO的電離勢低，電子就由給體轉(zhuǎn)移到受體，完成了電子的轉(zhuǎn)移。激子分離后產(chǎn)生的電子和空穴向相反的方向運(yùn)動，被收集在相應(yīng)的電極上，就形成了光電壓。

有機(jī)太陽能電池的主體材料一般為非晶態(tài)的小分子或聚合物，其載流子傳輸性能雖然遜于無機(jī)材料，但是其有著自身的優(yōu)點(diǎn)：主體有機(jī)材料可以通過不同的分子修飾，優(yōu)化有機(jī)材料的光伏性能；器件的制備方法簡便，成本低廉；易于制備出大面積且柔韌性好的有機(jī)光伏器件。按照主體有機(jī)材料區(qū)分，可以將有機(jī)太陽能電池分為小分子型太陽能電池和聚合物型太陽能電池。

小分子光伏材料由于具有純度高、易合成等優(yōu)點(diǎn)，成為研究光伏器件基本原理的理想材料之一。概括地講，小分子光伏材料主要分為5 類：酞菁類材料、 液晶材料、 稠環(huán)芳香化合物、 噻吩寡聚物和三苯胺及其衍生物等。

有機(jī)太陽能電池使用的聚合物結(jié)構(gòu)中一般含有雙鍵或多環(huán)芳烴，這些P共軛體系具有較高的載流子遷移率， 利于傳導(dǎo)空穴。聚合物材料的能級是否能與受體材料的能級較好地匹配，是影響光伏器件性能的重要原因。常用的光伏性能優(yōu)良的聚合物材料，大致可分為3類：聚苯撐乙烯（PPV）及其衍生物材料、聚噻吩衍生物材料和D-A型共聚物材料。

篇8

關(guān)鍵詞： 光伏電池； 交流并網(wǎng)； 雙閉環(huán)控制； Matlab

中圖分類號： TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1009-8631（2012）01-0047-04

1 引言

太陽能作為一種清潔的可再生能源，被國際社會公認(rèn)為是最理想的替代能源。太陽能的利用主要有光熱利用、光伏利用和光化學(xué)利用三種主要形式。光伏利用主要是光伏發(fā)電，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：無污染、可再生、資源具有普遍性、機(jī)動靈活性、通用性、可存儲性等，并可形成分布式電力系統(tǒng)，將提高整個(gè)能源系統(tǒng)的安全性和可靠性?？梢灶A(yù)料，太陽能光伏發(fā)電在人類社會的未來發(fā)展中必將占據(jù)越來越重要的地位。

2 光伏并網(wǎng)原理

光伏并網(wǎng)的工作原理就是要把太陽能電池組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并入市電電網(wǎng)，可供正常的交流用電電器使用。白天或晴天時(shí)太陽能系統(tǒng)發(fā)電量部分由家庭使用，剩余部分銷售給電力公司；晚上或陰雨天氣等太陽能發(fā)電量小于家庭使用電量時(shí)通過從電力公司購買來補(bǔ)充。

太陽能光伏供電系統(tǒng)包括接線箱、升壓／降壓變換器以及帶保護(hù)功能的逆變器。接線箱匯集太陽能電池板各支路電能，為逆變器提供直流電；升壓／降壓變換器調(diào)整各支路電壓使之一致，從而更加有效利用屋頂有效面積，提高電池陣列效率；逆變器將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，同時(shí)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)主要有三種回路形式：工頻變壓器隔離方式、高頻變壓器隔離方式和無變壓器方式。本文采用的是無變壓器形式，首先用無隔離的DC/DC變換器將太陽能電池陣的直流電壓提升到逆變器并網(wǎng)需要的直流電壓，再經(jīng)過逆變與電網(wǎng)相連。這種方式在尺寸、重量和效率等方面具有更大的優(yōu)勢，因而在并網(wǎng)系統(tǒng)中成為目前研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。

3 光伏電池

光伏發(fā)電的基礎(chǔ)部件就是光伏電池（又稱太陽電池）陣列。

光伏電池的I-U和P-U曲線是隨光強(qiáng)、溫度變化的非線性曲線。由于基于光伏陣列物理機(jī)制的數(shù)學(xué)表達(dá)和模型參數(shù)與光伏陣列產(chǎn)品常規(guī)參數(shù)對應(yīng)關(guān)系不明確，參數(shù)求解困難等問題。我們在仿真應(yīng)用中，可根據(jù)光伏陣列曲線來描述模型，使得模型容易理解，參數(shù)求解簡單。光伏電池非線性曲線擬合公式為：

基于電池組件 Solarex MSX60 60W 的外特性參數(shù)，如表3.1所示。

使用Matlab軟件進(jìn)行仿真可得出I-U特性曲線和P-U曲線，分別如圖3.1和圖3.2所示。

雖然基于光伏陣列外特性的模型仿真精度不是很高，但是其模型簡單、易于理解，具有一定的仿真利用價(jià)值。基于這些優(yōu)點(diǎn)，選用這種方式來作為光伏電池建模，且是用5個(gè)上述Solarex MSX60 60W光伏電池串聯(lián)起來工作，其輸出的電壓作為DC/DC的輸入直流電壓。

4 直流斬波電路（DC/DC變換器）

直流斬波電路（DC Chopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪环N固定電壓或可調(diào)節(jié)電壓的直流電，也稱為直接直流-直流變換器（DC/DC Converter）。直流斬波電路的種類較多，包括6種基本斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本得電路，也是應(yīng)用最為廣泛的電路，文中使用Boost電路來實(shí)現(xiàn)DC/DC變換。

4.1 Boost電路

升壓斬波電路（Boost Chopper）的原理圖如圖4.1所示。

Boost電路的基本工作原理為：首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)iG為高電平時(shí)，開關(guān)管VT開通，電源E給電感L充電儲能；當(dāng)iG為低電平時(shí)，開關(guān)管VT斷開，電源和電感同時(shí)向負(fù)載釋放能量。電容C起到支撐電壓和濾波的作用。

Boost電路在電感電流連續(xù)時(shí)，輸出平均電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系為

式中，α稱為占空比或?qū)ū取Ｓ捎讦痢?，因此該電路稱為升壓斬波電路。升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因：一是L儲能之后具有是電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。

4.2 Boost 電路參數(shù)的設(shè)計(jì)

臨界電感值為

Boost電路的輸入電壓為65.5~106V之間，輸出端得電壓穩(wěn)定在610V，紋波系數(shù)低于0.2%，負(fù)載電阻為100Ω，開關(guān)管選擇MOSFET，開關(guān)頻率為40kHz。由式（4.1）可確定占空比范圍：

根據(jù)式（4.2）可確定電感值為

實(shí)際電感取臨界值的1.2倍，再考慮一定的裕度取電感值0.1mH。

實(shí)際中考慮一定的裕度，所以取電容值為150μF。

為使DC/DC變換器工作在太陽能電池的最大工作點(diǎn)處，取D=85.65%。在實(shí)際的模型中，D取85.07%，則Boost變換器仿真電路如圖4.2所示，其仿真波形如圖4.3所示。

5 逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和并網(wǎng)控制技術(shù)

5.1逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

DC-AC變換電路，通稱為逆變器。就并網(wǎng)系統(tǒng)而言，逆變器分為電壓型逆變器和電流型逆變器。本文討論電壓型逆變器。

電壓型變流器的直流側(cè)并聯(lián)大電容，能夠很好地抵御由電網(wǎng)干擾帶來的直流電壓波動，因而受電網(wǎng)干擾的影響較小，能夠適應(yīng)于波動較大的弱電網(wǎng)工況。電壓型逆變器采用電流控制，只需控制逆變器的輸出電流跟蹤電網(wǎng)電壓，既可達(dá)到并網(wǎng)運(yùn)行的目的，其控制方法相對簡單，是最常用的光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)。

典型的電壓型逆變器結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。

5.2逆變器的調(diào)制技術(shù)

逆變器的控制有PWM控制、雙極性SPWM控制、單極性SPWM控制等幾種方法。

經(jīng)比較，在所有參數(shù)都相同時(shí)，單極性SPWM輸出的基波電壓小于雙極性SPWM輸出的基波電壓；在線性調(diào)制情況下它的諧波性能明顯優(yōu)于雙極性調(diào)制：開關(guān)次整數(shù)倍諧波消除，值得考慮的最低次諧波幅值較雙極性調(diào)制小得多，所需濾波器也較小。

但是雙極性的控制方式要比單極性簡單。且單極性控制方式的特點(diǎn)是三角波載波的頻率必須是調(diào)制正弦波頻率的整數(shù)倍，否則在正弦波后半個(gè)周期的末端會產(chǎn)生三角波與正弦波不能交結(jié)的問題，因此單極性控制方式適用于輸出波形頻率固定的場合，對于并網(wǎng)逆變器電流跟蹤控制方式來說，給定電流與實(shí)際電流的比較值是時(shí)刻變化的，因此選用雙極性的控制方式可以避免這個(gè)問題的產(chǎn)生。

雙極性SPWM的輸出及控制波形如圖5.2所示。其參數(shù)分別如下：輸入電壓為300V，電感為2mH，電阻為1Ω，調(diào)制波頻率為50Hz，載波頻率為750Hz。

5.3光伏并網(wǎng)逆變器的交流側(cè)濾波電路設(shè)計(jì)

帶阻尼的 LC濾波器電路如圖5.3所示

具體設(shè)計(jì)原則如下：

（1）濾波電感串聯(lián)等值電阻R1

由于濾波電感值一般只有幾毫亨或更小，所以可取R1=0.01~0.1Ω 。

（2）濾波電感Lf

選擇濾波電感時(shí)，要求電感上的基波壓降不能超過一定的范圍。一般要求電感上的基波壓降不超過3%~5%，即

（3）濾波電容Cf

選擇電容值，使空載時(shí)流經(jīng)電容之路的基波電流不超過逆變器電流輸出容量的 10%。另外，電容和電感值還要受到截止頻率的限制，這兩個(gè)條件決定了電容的取值范圍，即有

（4）阻尼電阻Rf

阻尼比的合理取值范圍一般是0.4~0.8。阻尼電阻的取值不應(yīng)使濾波器損耗過大，濾波電容與阻尼電阻串聯(lián)支路的最大電流為1A，取阻尼電阻的取值范圍為：0~10Ω。

（5）濾波截止頻率

選擇原則為：其中：

fc――LRC 濾波器的截止頻率；

fn――調(diào)制信號波頻率（即電網(wǎng)頻率）；

fs――SPWM 控制方式的載波頻率。

5.4雙閉環(huán)控制方案的基本原理

光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)是控制并網(wǎng)逆變器輸出為穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波電流，同時(shí)要求并網(wǎng)逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，因此必須采用合適的控制策略以達(dá)到上述的控制目標(biāo)。

因?yàn)椴⒕W(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)成電壓型控制的電流源結(jié)構(gòu)，這樣并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)電壓實(shí)際上就是一個(gè)交流電流源和電壓源的并聯(lián)。逆變器的輸出電壓幅值自動被鉗位為電網(wǎng)電壓，只需控制逆變器的輸出電流以跟蹤電網(wǎng)電壓，即可達(dá)到并聯(lián)運(yùn)行的目的。

電壓外環(huán)電容電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.4所示。其中，us為理想正弦波給定；Kvf為輸出電壓反饋系數(shù)；Kif為電容電流反饋系數(shù)；KPWM=Ud/uT，為開關(guān)頻率足夠高的情況下逆變橋的等效增益；Ud為逆變器直流電壓；uT為三角調(diào)制波的峰值。

電容電流內(nèi)環(huán)采用比例控制器P，比例控制器用來增加逆變器的阻尼系數(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，而且P控制器有較強(qiáng)的魯棒性。電壓外環(huán)則采用比例積分控制器PI，使輸出電壓波形瞬時(shí)跟蹤指令采用這種雙環(huán)控制方案的逆變器輸出穩(wěn)態(tài)誤差小，動態(tài)響應(yīng)也很快。

其工作原理是：外環(huán)電壓以理想的正弦波為參考電壓，輸出電壓與參考電壓比較后再經(jīng)PI調(diào)節(jié)后作為電流內(nèi)環(huán)的參考值，該電流參考值與反饋電流比較，再經(jīng)過P調(diào)節(jié)后輸出與三角波比較，產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動逆變器。

電壓和電流控制器分別為：

5.5參數(shù)設(shè)計(jì)并仿真

閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能、穩(wěn)定性主要由閉環(huán)極點(diǎn)在S平面的分布位置決定，對于一個(gè)高階(高于二階)系統(tǒng)，其動態(tài)特性主要由閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)決定。上述系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，如果根據(jù)控制系統(tǒng)期望的性能指標(biāo)確定了閉環(huán)系統(tǒng)主導(dǎo)極點(diǎn)為s1，2=-ζωn±jωn，其中ζ、ωn分別為期望的阻尼比和自然振蕩頻率，那么閉環(huán)非主導(dǎo)極點(diǎn)可以選取s3=-nζωn，式中n是正的常數(shù)，起的取值越大，則由s1，2、s3三個(gè)極點(diǎn)確定的三階系統(tǒng)響應(yīng)特性就越接近由閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)決定的二階系統(tǒng)，一般取，n=5～10時(shí)均可，本論文中n=8。

此時(shí)雙環(huán)控制系統(tǒng)的期望特征方程為：

Dr（s）=（s2+2ζωns+ωn2）（s+nζωn） （5.11）

對于一個(gè)二階系統(tǒng)來說，ζ、ωn越大，輸出響應(yīng)越快，抑制負(fù)載擾動的能力更強(qiáng)，另一方面抑制輸入端高頻噪聲的能力減弱，綜合考慮在實(shí)際設(shè)計(jì)中取ζ為0.7左右比較合適。

在5.3節(jié)光伏并網(wǎng)逆變器的交流側(cè)濾波電路設(shè)計(jì)中已經(jīng)得出了濾波電感Lf=1mH，濾波電容Cf=120μF，因此

論文中設(shè)計(jì)的為5 kW 的并網(wǎng)系統(tǒng)，逆變器的輸入電壓Ud=610V；開關(guān)頻率fs=10kHz；濾波電感Lf=1mH，濾波電容C=120μF；死區(qū)時(shí)間t=3μs；電壓反饋系統(tǒng)KVf=0.01；電流反饋系統(tǒng)Kif=0.4；等效串聯(lián)電阻為r=0.1Ω；輸出電壓U0=220V；K1P=28.8；K1i=32400，K2P=1。

對上述設(shè)計(jì)進(jìn)行Matlab仿真驗(yàn)證，其模型如圖5.5所示

其中逆變器輸出的交流電壓和電流的波形如圖5.6所示。從圖中可以看出電壓電流的波形均為50Hz的正弦波。對這兩個(gè)波形分別進(jìn)行傅里葉分析，得到的結(jié)果如圖5.7和圖5.8所示。

從圖5.7和圖5.8可以看出，逆變器輸出電壓u0的峰值為312.9V，有效值為221.2V，諧波畸變率為3.33%，符合逆變器并網(wǎng)的要求。逆變器輸出電流i0的峰值為32.32V，有效值為22.85V，諧波畸變率為3.33%。說明了本系統(tǒng)的輸出功率為5kW。同時(shí)可見采用電壓外環(huán)電容電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)的這種控制方法是有效而可行的。

6小結(jié)

在對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的核心問題做了詳細(xì)的分析和研究以后，本文采用了無變壓器式并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該并網(wǎng)逆變器主要由前級的DC-DC直流換電路和后級的DC-AC單相相逆變電路組成。本文設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)交流電路，經(jīng)過理論分析和仿真調(diào)試，最終能夠輸出理想的波形。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭亞男.太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2008.

[2] 梁超輝，劉邦銀，段善旭.基于濾波電容電流補(bǔ)償?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器控制[J].電力電子技術(shù)，2008，42（8）：13-15.

[3] .基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].廣西：廣西大學(xué)，2008.

[4] 陳昌.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究與設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[5] 張曉菊.光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)的研究[D].上海：上海大學(xué)，2007.

[6] 王立喬，孫孝峰.分布式發(fā)電系統(tǒng)中的光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工程出版社，2010.105.

篇9

[關(guān)鍵詞]太陽能 利用技術(shù) 應(yīng)用分析

[中圖分類號] TK519 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-9-186-2

0引言

太陽能使用技術(shù)指利用太陽能的直接或者間接轉(zhuǎn)化利用的技術(shù)。把太陽輻射能轉(zhuǎn)變成熱能并使用的技術(shù)就歸屬太陽能熱利用技術(shù)；根據(jù)半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理直接把太陽能轉(zhuǎn)換成電能稱之太陽能光伏技術(shù)。太陽既免費(fèi)使用，又不需運(yùn)輸，對環(huán)境也無任何污染。它是一個(gè)巨大無比的能源，它輻射到達(dá)地球表面的能量高達(dá)4*1015MW，相當(dāng)于每年1.46*1018MW，約為全球能耗的2000倍。在目前的技術(shù)領(lǐng)域中，人們在對太陽能的轉(zhuǎn)換、收集、儲存運(yùn)輸?shù)确矫娴膽?yīng)用研究，正在取得顯著的進(jìn)展。太陽能的利用主要是通過光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、光化學(xué)轉(zhuǎn)換等途徑。

1太陽能利用技術(shù)

1.1太陽能的概念

太陽能（Solar Energy），通常是指太陽光的輻射能，近代科技中一般用作發(fā)電。自從地球出現(xiàn)生物就依靠太陽提供的光和熱生存，在人類文明的進(jìn)程中太陽一直扮演著極其重要的角色。古代人懂得利用陽光曬干衣物，還可以晾曬食物用以長期保存，如曬咸魚和制鹽等。在當(dāng)前煤炭等化石燃料日趨減少的情況下，才開始把太陽能開發(fā)利用。太陽能具有巨大、普遍、無害和長久利用的優(yōu)勢。太陽能的利用主要分被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。

雖然太陽能熱利用有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域， 但最終還是能歸納為太陽能熱發(fā)電（能源產(chǎn)出） 和建筑用能等，其中有采暖、空調(diào)和熱水三個(gè)方面的用處。目前太陽能熱利用最活躍且形成產(chǎn)業(yè)的就是太陽能熱水器、太陽能熱發(fā)電和太陽能制冷。除此之外還有太陽能熱泵、熱推進(jìn)技術(shù)等新型領(lǐng)域中也有相當(dāng)多的研究與應(yīng)用。

1.2太陽能的國內(nèi)外開發(fā)現(xiàn)狀

我國大部分地區(qū)處于北緯30°附近，夏季來臨時(shí)太陽越過赤道往北回歸線附近移動，給我們帶來非常豐富的太陽能資源，所以太陽能的利用非常具有前景。由于中國人口眾多，在太陽能利用方面處在世界前列，是全世界最大的國家太陽能熱水器生產(chǎn)、使用以及太陽能光伏電池的生產(chǎn)。目前中國更具有技術(shù)含量的太陽能產(chǎn)品有兩個(gè)： 太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

隨著技術(shù)的改進(jìn)，美日等國家硅半導(dǎo)體光電池的發(fā)電成本大幅度下降：從每瓦50美元下降到5美元。因此專家們認(rèn)為使用太陽能電站比傳統(tǒng)電站（主要是火電站）更具有市場經(jīng)濟(jì)競爭力，但是由于發(fā)展時(shí)間較短，所以還要將其成本再大幅下降才行。目前，美國等國家建的利用太陽池發(fā)電的項(xiàng)目很多。美國計(jì)劃將其鹽湖的8.3%面積（約8000平方千米）建成太陽池，為600兆瓦的發(fā)電機(jī)組供熱。在死海之畔有一個(gè)1979年建的7000的實(shí)驗(yàn)太陽池，為一臺150千瓦發(fā)電機(jī)供熱。亞美尼亞無線電物理所的專家宣布，已在該國山地開始建造“第一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)樣板”型工業(yè)太陽能電站。這個(gè)電站使用的渦輪機(jī)是從使用壽命已屆滿而從直升機(jī)上拆的舊渦輪機(jī)，裝機(jī)容量100千瓦，發(fā)電成本只需0.5美分/千瓦小時(shí)，效率高達(dá)40%―50%。

2太陽能技術(shù)的應(yīng)用

2.1太陽能熱水器

太陽能熱水器是運(yùn)行最多，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。在國際上，太陽能熱水器產(chǎn)品從悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展過程中一路走來。當(dāng)前熱水器產(chǎn)品的發(fā)展方向仍是關(guān)注提升集熱器的效率， 例如把透明隔熱材料運(yùn)用在集熱器的蓋板與吸熱層之間，確保盡量少的使熱量流失。

2.2太陽能熱發(fā)電

太陽光發(fā)電的工作原理是在運(yùn)用太陽能光伏技術(shù)直接把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電力方式。其中有光感應(yīng)發(fā)電、光生物發(fā)電、光伏發(fā)電和光化學(xué)發(fā)電等方面。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，把光能轉(zhuǎn)換成電能的直接發(fā)電方式，是目前流行的太陽光發(fā)電方式。在世界上目前運(yùn)用最廣泛的太陽能電池是由單晶或者多晶硅組成的太陽能電池以及薄膜太陽能電池等。

在太陽能發(fā)電系統(tǒng)上可分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：

（1）并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就是由太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換后適合市電配電要求的交流電后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的集中式大型并網(wǎng)電站通常都是國家級電站，其主要特點(diǎn)是把所發(fā)電能直接輸送到公關(guān)電網(wǎng)中，再通過電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配給用戶。但這種電站投資大、占地面積大、建設(shè)周期長，所以并沒有大規(guī)模的發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一體化光伏建筑發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)槠渫顿Y小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等特點(diǎn)，是并網(wǎng)發(fā)電目前的主流。

（2）離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。是由太陽能電池組件、控制器、蓄電池等主要部件及其他附件組成的，若果配置交流逆變器還可以為交流負(fù)載供電。

2.3太陽能制冷

實(shí)現(xiàn)太陽能制冷有兩條途徑：一是太陽能光電轉(zhuǎn)換，以電制冷；一是太陽能光熱轉(zhuǎn)換，以熱制冷；前一種方法成本太高，應(yīng)用非常少，所以一般情況下都使用以熱制冷的途徑。太陽能以熱制冷的研究方向分為三個(gè)方面進(jìn)行，就是太陽能噴射式制冷、太陽能吸收式制冷和太陽能吸附式制冷。除了吸附式制冷目前還在研究階段，吸收式制冷和噴射式制冷均已經(jīng)投入到應(yīng)用階段。

目前獨(dú)立的、可靠完善的太陽能空調(diào)系統(tǒng)目前還不具備這樣的技術(shù)，未來有可能發(fā)展完善的太陽能空調(diào)系統(tǒng)必須具備的是吸附式空調(diào)系統(tǒng)，而并非簡單用熱能帶動的吸收式溴化鋰系統(tǒng)。

2.4太陽能熱泵

太陽能熱泵系統(tǒng)是將太陽能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵系統(tǒng)。它工作的基本原理是： 在蒸發(fā)器吸熱后，其經(jīng)過壓入熱氣體在壓縮機(jī)中通過絕熱壓縮變?yōu)楦邷亍⒏邏旱臍怏w，再在冷凝器定壓冷凝成為低溫高壓的液體，釋放出大量的氣化熱，與冷凝水再將熱量交換，使冷凝水加熱成熱水，供用戶使用。還可以液態(tài)氣體再經(jīng)過降壓閥絕熱節(jié)流之后成為低溫低壓液體，并回到蒸發(fā)器定壓吸收熱源熱量，蒸發(fā)變?yōu)檫^熱蒸氣，這樣就是一個(gè)完整的系統(tǒng)。

2.5太陽能熱推進(jìn)

太陽能推進(jìn)分別是熱推進(jìn)和電推進(jìn)，STP是利用聚集的太陽能直接加熱氣體產(chǎn)生推力的推進(jìn)技術(shù)。STP與電推進(jìn)技術(shù)進(jìn)行對比，并不需電能轉(zhuǎn)換、管理分配系統(tǒng)等，從而使系統(tǒng)簡單可靠、能量利用率高；與核火箭發(fā)動機(jī)相比， STP使用豐富充沛的太陽能，不可能有粒子污染，具有較好的對比作用；與化學(xué)能推進(jìn)型發(fā)動機(jī)相比， 它的有效載荷質(zhì)量比提高1.36―3.4倍，很大程度上節(jié)省了資源。STP是空間推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，STP發(fā)展過程中關(guān)鍵技術(shù)是推力室的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高性能吸收器和太陽能主聚光器的研制。

2.6太陽能路燈

太陽能路燈是使用太陽能作為能源的路燈，它不會因?yàn)楣╇妴栴}而受到影響，且不會消耗常規(guī)的電能，也不用開溝埋線，在陽光充沛的地方就可以安裝工作的特點(diǎn)。所以很受人們的歡迎，還有它不會污染環(huán)境，而被稱之為綠色環(huán)保路燈。太陽能路燈不但能夠用在城鎮(zhèn)公園、街道、道路和草坪的照明運(yùn)用中，還能夠應(yīng)用在交通不發(fā)達(dá)、不便利且常規(guī)燃料匱乏的地區(qū)，人口分布密度很小，所以不易使用常規(guī)能源發(fā)電而太陽能資源豐富的地區(qū)都可以使用，用來解決特別地區(qū)的生活家用照明問題等。

3結(jié)束語

隨著目前世界上廣泛關(guān)注的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)被推到了非常具有價(jià)值的地位。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人口結(jié)構(gòu)的變化，將對實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展有著重大的挑戰(zhàn)，在環(huán)保嚴(yán)格要求以及資源有限的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)己成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。所以要廣泛采用太陽能光熱的應(yīng)用領(lǐng)域，政府必須及早成立新能源與再生能源的新生部門，并積極制定相關(guān)的法律法規(guī)，大力推動新能源和可再生資源的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]趙玉文.太陽能利用技術(shù)的發(fā)展概況和未來趨勢[J].中國電力，2003（09）.

[2]姚睿，吳克啟.空間太陽能發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展[J].新能源，2000.22（05）.

[3]羅運(yùn)俊，何梓年，王長貴.太陽能利用技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005（04）.

篇10

關(guān)鍵詞：新能源；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；配電自動化；FTU終端設(shè)備

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0047-02

1 FTU終端設(shè)備概述

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的有序推進(jìn)，配電自動化作為智能配電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)已在國內(nèi)大規(guī)模開展建設(shè)工作，配電自動化終端設(shè)備FTU的應(yīng)用也日趨廣泛。提高配電自動化終端設(shè)備運(yùn)行可靠性，從而實(shí)現(xiàn)提高配電網(wǎng)供電可靠性和改善供電質(zhì)量，已納入國家電網(wǎng)公司智能配電網(wǎng)建設(shè)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)考慮范圍。在國網(wǎng)公司頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《配電自動化終端/子站功能規(guī)范》（Q/GDW514-2010）中明確提出配電自動化終端設(shè)備供電電源可采用新型能源作為供電電源。

在配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)踐中，目前戶外線路上FTU終端設(shè)備的工作電源接入方式單一，主要依靠外接線路電壓互感器作為FTU終端設(shè)備供電電源。外接電壓互感器方式存在后期維護(hù)難度高，維護(hù)時(shí)線路需停電等問題。并且存在如果線路長時(shí)間停電檢修，此時(shí)FTU終端蓄電池組需要充電而無電可充的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。隨著太陽能發(fā)電技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，光電及風(fēng)電的轉(zhuǎn)換效率已大幅提高，新能源供電技術(shù)也從原來的低級應(yīng)用向高級應(yīng)用方向發(fā)展，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。新能源供電技術(shù)應(yīng)用于FTU終端設(shè)備供電電源，將實(shí)現(xiàn)FTU終端設(shè)備供電電源多樣化，有效提高FTU終端設(shè)備供電穩(wěn)定性，滿足配網(wǎng)自動化系統(tǒng)可靠運(yùn)行的要求，同時(shí)將有利于探索解決偏遠(yuǎn)地區(qū)配電自動化建設(shè)中戶外配電終端設(shè)備工作電源供電問題。

2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)簡述

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏組件、逆變器等部分組成，是集風(fēng)能、太陽能等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。

（1）風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過逆變器對負(fù)載供電。

（2）光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負(fù)載進(jìn)行供電。

（3）逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電，保證交流電負(fù)載設(shè)備的正常使用。同時(shí)還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

風(fēng)光互補(bǔ)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。夜間和陰雨天無陽光時(shí)由風(fēng)能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽的情況下兩者同時(shí)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風(fēng)機(jī)和太陽能更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電比單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電有以下

優(yōu)點(diǎn)：

（1）利用風(fēng)能、太陽能的互補(bǔ)性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量。

（3）通過合理地設(shè)計(jì)與匹配，可以基本上由風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組等，可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可采用垂直軸風(fēng)機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電主體組件，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）安全放心渦輪垂直式外形設(shè)計(jì)。采用單渦輪垂直葉片設(shè)計(jì)，連接緊固，設(shè)計(jì)一體成形，無風(fēng)輪飛車危險(xiǎn)，極大地增加使用安全系數(shù)。外形異于一般的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所以增加視覺吸引力及美化景觀的效果。而且由于沒有風(fēng)輪范圍的限制，非常適合用于作為同桿架設(shè)的配電終端后備電源應(yīng)用。

（2）外轉(zhuǎn)子發(fā)電效率高。采用盤式無鐵芯發(fā)電機(jī)，外轉(zhuǎn)子機(jī)芯，啟動扭力低，減少機(jī)械損失。新一代無噪音發(fā)電機(jī)置頂設(shè)計(jì)，有效減少發(fā)電機(jī)運(yùn)作震動時(shí)，對桿造成的壓力，無共振危險(xiǎn)，超靜音。

（3）360°全方位迎風(fēng)（1.5m/s）超低風(fēng)起動。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)葉設(shè)計(jì)不受風(fēng)向影響，能適應(yīng)風(fēng)向及風(fēng)速的頻繁變化，平穩(wěn)發(fā)電。專門針對低風(fēng)速地區(qū)設(shè)計(jì)，360°全方位迎風(fēng)，自然風(fēng)（1.5m/s）即可啟動，風(fēng)能利用率高。

3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于配電終端供電電源實(shí)踐

桐鄉(xiāng)市供電局結(jié)合當(dāng)前正在進(jìn)行的配電自動化建設(shè)，開展了配電自動化FTU（柱上開關(guān)運(yùn)行監(jiān)測終端）終端供電新能源應(yīng)用技術(shù)研究，積極探索FTU終端設(shè)備供電電源多樣化，提高配電終端設(shè)備安全運(yùn)行水平。

依托20kV配網(wǎng)線路，選取該線路已裝設(shè)配電自動化終端FTU的4臺分段開關(guān)，采用同桿架設(shè)方式安裝了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由300W垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、80W光伏發(fā)電組件及逆變器組成。下圖1是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)后備電源現(xiàn)場安裝實(shí)例圖。

圖1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)后備電源現(xiàn)場安裝效果圖

如下圖2，是風(fēng)光互補(bǔ)后備電源供電方式示意圖。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能通過逆變器逆變?yōu)?20V交流電，接入FTU蓄電池充電模塊，該充電模塊支持雙路充電電源輸入。形成與原有的由外接式線路電壓互感器變換的220V交流充電回路構(gòu)成雙回路充電模式。在線路運(yùn)行正常時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)與外接式線路電壓互感器同時(shí)為蓄電池充電模塊提供充電電源，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立為蓄電池提供充電電源，保障蓄電池穩(wěn)定持續(xù)輸出電能，為FTU配電終端及相關(guān)通信設(shè)備提供工作電源。

圖2 風(fēng)光互補(bǔ)后備電源供電方式示意圖

根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行證明，F(xiàn)TU配電終端及相關(guān)通信設(shè)備運(yùn)行功率30W，配套蓄電池組件可在無外界充電電源供應(yīng)下滿足持續(xù)正常工作9小時(shí)，在裝設(shè)了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)后，當(dāng)線路發(fā)生故障及線路檢修情況下，蓄電池組件可得到風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能持續(xù)充電，避免了蓄電池組件電能耗空，F(xiàn)TU配電終端及相關(guān)通信設(shè)備停止運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，確實(shí)提高了配電自動化終端設(shè)備運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著智能配電網(wǎng)建設(shè)的全面推進(jìn)，特別是農(nóng)村電網(wǎng)配電自動化建設(shè)的逐步開展，配電自動化終端設(shè)備的運(yùn)行可靠性將越來越凸顯出其重要性。相比于傳統(tǒng)的單一依靠外接式電壓互感器作為配電自動化終端及其相關(guān)通信設(shè)備工作電源的建設(shè)模式，引入風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為后備供電電源將實(shí)現(xiàn)供電電源的多樣化，有效提高配電自動化終端設(shè)備的運(yùn)行可靠性。特別在風(fēng)、光資源條件較好，同時(shí)地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的配電自動化建設(shè)中，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)將成為直接解決戶外配電終端設(shè)備工作電源供電問題的一種可嘗試應(yīng)用的建設(shè)

模式。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電網(wǎng)公司.配電自動化終端/子站功能規(guī)范（Q/GDW514-2010）[S].

[2] 林功平，徐石明，羅劍波.配電自動化終端技術(shù)分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，（12）.

[3] 蔡朝月，夏立新.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其發(fā)展[J].機(jī)電信息，2009，（24）.

[4] 普子恒，倪浩，黃楊玨.淺析風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及其應(yīng)用前景[J].科協(xié)論壇，2009，（6）.