“太陽能成為電力之王”，國(guó)際能源署在其 2020 年報(bào)告中宣稱。IEA 專家預(yù)計(jì)，未來 20 年全球太陽能發(fā)電量將是現(xiàn)在的8-13 倍。新的太陽能電池板技術(shù)只會(huì)加速太陽能產(chǎn)業(yè)的崛起。那么這些創(chuàng)新是什么？讓我們來看看將塑造我們未來的尖端太陽能技術(shù)。

圖片

1.浮動(dòng)太陽能農(nóng)場(chǎng)在不占用土地的情況下提供更高的效率

所謂的浮動(dòng)光伏發(fā)電相對(duì)較舊：第一個(gè)浮動(dòng)太陽能發(fā)電場(chǎng)出現(xiàn)在 2000 年代末。從那時(shí)起，建筑原理得到了改進(jìn)，現(xiàn)在這種新的太陽能電池板技術(shù)得到了巨大的成功——到目前為止，主要是在亞洲國(guó)家。

圖片

浮動(dòng)太陽能農(nóng)場(chǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它們幾乎可以安裝在任何水體上。浮動(dòng)光伏板的成本與類似尺寸的陸地安裝相當(dāng)。更重要的是，光伏組件下方的水可以冷卻它們，從而為整個(gè)系統(tǒng)帶來更高的效率并最大限度地減少能源浪費(fèi)。浮動(dòng)太陽能電池板的性能通常比陸地裝置高 5-10%。

中國(guó)、印度和韓國(guó)擁有大型浮動(dòng)太陽能發(fā)電場(chǎng)，但現(xiàn)在最大的一個(gè) 正在新加坡建造。這對(duì)這個(gè)國(guó)家來說真的很有意義：它的空間太小了，政府會(huì)抓住一切機(jī)會(huì)使用它的水資源。

Floatovoltaics 甚至開始在美國(guó)引起轟動(dòng)。美軍于 2022 年 6 月在北卡羅來納州布拉格堡的大泥湖上啟動(dòng)了一個(gè)浮動(dòng)農(nóng)場(chǎng)。這座 1.1 兆瓦的浮動(dòng)太陽能發(fā)電廠擁有 2 兆瓦時(shí)容量的儲(chǔ)能。這些電池將在停電期間為麥考爾營(yíng)地供電。

2.BIPV太陽能技術(shù)使建筑物自我維持

未來，我們不會(huì)在屋頂安裝太陽能電池板來為建筑物供電——它們本身將成為能源發(fā)電設(shè)備。光伏建筑一體化 (BIPV) 技術(shù)旨在將太陽能元件用作建筑部件，這些部件將成為未來辦公室或房屋的電力供應(yīng)商。總而言之，BIPV 技術(shù)讓業(yè)主節(jié)省了電力成本，隨后又節(jié)省了太陽能電池板安裝系統(tǒng)的成本。

圖片

不過，這不是用面板替換墻壁和窗戶并創(chuàng)建“工作箱”。太陽能元素要自然融合，不影響人們的工作和生活方式。例如，光伏玻璃看起來像普通玻璃，但同時(shí)它收集了來自太陽的所有能量。

盡管 BIPV 技術(shù)可以追溯到 1970 年代，但它直到最近才爆發(fā)：太陽能元件變得更容易獲得、更高效和更廣泛。順應(yīng)潮流，一些寫字樓業(yè)主開始將光伏元件集成到他們現(xiàn)有的建筑物中。這被稱為建筑應(yīng)用光伏。使用最強(qiáng)大的BIPV太陽能電池板系統(tǒng)建造建筑物甚至成為企業(yè)家之間的競(jìng)爭(zhēng)。顯然，您的企業(yè)越環(huán)保，其形象就越好?？磥?，亞洲清潔資本（ACC） 在中國(guó)東部的一家造船廠以其 19MW 的裝機(jī)量獲得了獎(jiǎng)杯。

3.太陽能皮膚將面板變成廣告空間

太陽能皮膚基本上是太陽能電池板的包裹物，讓模塊保持其效率并在其上顯示任何東西。如果您不喜歡太陽能電池板在屋頂或墻壁上的外觀，這種新穎的 RV 技術(shù)可讓您隱藏太陽能電池板 - 只需選擇合適的自定義圖像，如屋頂瓦片或草坪。

圖片

新技術(shù)不僅關(guān)乎美觀，還關(guān)乎利潤(rùn)：企業(yè)可以將他們的太陽能電池板系統(tǒng)變成廣告橫幅?？梢宰远x皮膚，以便它們顯示，例如，公司的標(biāo)志或市場(chǎng)上的新產(chǎn)品。更重要的是，太陽能皮膚為您提供了監(jiān)控模塊性能的選項(xiàng)。缺點(diǎn)是成本：對(duì)于太陽能薄膜皮膚，您必須在太陽能電池板價(jià)格的基礎(chǔ)上多支付 10%。然而，隨著太陽能皮膚技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們可以預(yù)期價(jià)格下降的幅度越大。

4.太陽能面料可以讓你的T恤為你的手機(jī)充電

大多數(shù)最新的太陽能創(chuàng)新來自亞洲。因此，日本工程師負(fù)責(zé)開發(fā)太陽能織物也就不足為奇了。既然我們已經(jīng)將太陽能電池集成到建筑物中，那么為什么不對(duì)布料做同樣的事情呢？太陽能織物可用于制作衣服、帳篷、窗簾：就像面板一樣，它可以捕獲太陽輻射并從中發(fā)電。

圖片

使用太陽能織物的可能性是無窮無盡的。太陽能燈絲被編織成紡織品，因此您可以輕松地將它們折疊并包裹在任何東西上。想象一下，您有一個(gè)由太陽能織物制成的智能手機(jī)外殼。然后，只需躺在陽光下的桌子上，您的智能手機(jī)就會(huì)被充電。從理論上講，你可以簡(jiǎn)單地用太陽能織物包裹你家的屋頂。這種織物將像面板一樣產(chǎn)生太陽能，但您無需支付安裝費(fèi)用。當(dāng)然，屋頂標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池板的功率輸出仍然高于太陽能織物。

5.太陽能隔音屏障將高速公路的轟鳴聲變成綠色能源

太陽能隔音屏障 (PVNB) 已經(jīng)在歐洲廣泛使用，并且也開始出現(xiàn)在美國(guó)。這個(gè)想法很簡(jiǎn)單：建造隔音屏障以保護(hù)城鎮(zhèn)和村莊的人們免受高速公路交通噪音的影響。它們提供了很大的表面積，為了利用它，工程師們想出了一個(gè)在其中添加太陽能元素的想法。第一個(gè) PVNB 于 1989 年出現(xiàn)在瑞士，現(xiàn)在擁有 PVNB 的高速公路數(shù)量最多的是德國(guó)，2017 年安裝了創(chuàng)紀(jì)錄的 18 個(gè)障礙物。在美國(guó)，這種障礙物的建設(shè)直到幾年前才開始，但現(xiàn)在我們希望在每個(gè)州都能看到它們。

圖片

光伏隔音屏障的成本效益目前值得懷疑. 這在很大程度上取決于添加的太陽能元素的類型、該地區(qū)的電價(jià)和政府對(duì)可再生能源的激勵(lì)措施。例如，德國(guó)人甚至不清洗他們的隔音屏障，因?yàn)樗鶐淼男侍岣咴诮?jīng)濟(jì)上是不合理的。然而，光伏組件的效率在不斷提高，而價(jià)格卻在下降。這就是讓太陽能交通隔音屏障越來越有吸引力的原因。



光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能光伏電池。太陽能光伏電池的發(fā)展，大致可以分為三代。第一代是硅系太陽能電池；第二代是薄膜太陽能電池；高倍聚光電池、有機(jī)太陽能電池、柔性太陽能電池、染料敏化納米太陽能電池等新技術(shù)則統(tǒng)稱為第三代太陽能電池。目前，主流的是第一代硅系太陽能電池，薄膜電池的市場(chǎng)份額正在逐步擴(kuò)大，第三代電池除了高倍聚光電池外，大部分還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

硅系太陽能電池

硅系太陽能電池中，單晶硅技術(shù)最為成熟。這種電池的效率與成本主要受其制造流程影響。制造流程主要分為鑄錠、切片、擴(kuò)散、制絨、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等幾個(gè)步驟。采用這種普通工藝流程生產(chǎn)的太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換效率一般在16%－18%。

單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率是最高的，但是成本也較高。多晶硅太陽能電池能夠很好地降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制造出適于規(guī)?；a(chǎn)的大尺寸方形硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，因而制造過程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。

除了降低材料成本，降低太陽能電池的成本，主要通過兩方面來實(shí)現(xiàn)，一是減少耗材，例如減小硅片的厚度；二是提高轉(zhuǎn)換效率。提高效率的途徑包括以下幾方面：第一是增加光的吸收，如表面制絨、制備減反射層、減小正面電極的寬度等。第二是減少光生載流子的復(fù)合，提高光子利用率，如發(fā)射極鈍化技術(shù)。第三是減小電阻，增加電極對(duì)光電流的吸收，如分區(qū)摻雜與背電場(chǎng)技術(shù)。

目前單晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的最高紀(jì)錄，是新南威爾士大學(xué)PERL結(jié)構(gòu)太陽電池創(chuàng)造的24.7%。其技術(shù)特點(diǎn)包括：硅表面磷摻雜的濃度較低，以減少表面的復(fù)合和避免表面“死層”的存在；前后表面電極下面局部采用高濃度擴(kuò)散，以減小電極區(qū)復(fù)合并形成好的歐姆接觸；通過光刻工藝使前表面電極變窄，增加了吸光面積；前表面電極采用更匹配的金屬如鈦、鈀、銀金屬組合，減小電極與硅的接觸電阻；電池的前后表面采用SiO2和點(diǎn)接觸的方法以減少電池的表面復(fù)合。但是，該技術(shù)目前還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

除了PERL技術(shù)以外，還可以采用其它技術(shù)提高轉(zhuǎn)換效率。如BP Solar的表面刻槽絨面電池和背電極（EWT）穿越技術(shù)。前者主要是通過激光刻槽工藝減小正面電極的寬度，增加太陽光的吸收面積，規(guī)?；a(chǎn)已能實(shí)現(xiàn)18.3%的效率；后者通過在電池上進(jìn)行激光打孔，將正面的電極引到背面，從而增大了正面的吸光面積，能夠?qū)崿F(xiàn)21.3%的效率。

薄膜太陽能電池

晶硅太陽能電池效率高，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。但由于硅材料價(jià)格比較高，想大幅度降低其成本是非常困難的。為了尋找晶硅電池的替代產(chǎn)品，成本更低的薄膜太陽能電池應(yīng)運(yùn)而生。主流的薄膜電池有硅基薄膜電池、碲化鎘 (CdTe)薄膜電池、銅銦鎵硒（CIGS）薄膜電池三種類型。

硅基薄膜電池厚度僅為2微米，與厚度為180微米左右的晶體硅電池相比，硅材料的用量?jī)H約為晶硅電池的1.5%，成本低廉。按照包含PN結(jié)數(shù)量的不同，硅基薄膜電池分為單結(jié)電池、雙結(jié)電池以及多結(jié)電池，不同的PN結(jié)可以吸收不同波長(zhǎng)的太陽光。目前單結(jié)電池的最高效率可達(dá)7%，雙結(jié)可達(dá)10%。

由于材料吸光率好，碲化鎘薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率比硅基薄膜電池要高一些，目前效率可達(dá)12%。但元素鎘具有致癌作用且碲的天然儲(chǔ)量有限，該電池長(zhǎng)期發(fā)展受到一定的制約。

銅銦鎵硒薄膜電池被認(rèn)為是高效薄膜電池的未來發(fā)展方向，可通過制造工藝的調(diào)整提高對(duì)太陽光的吸收率，從而使得轉(zhuǎn)換效率得到提升。目前，實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20.1%，產(chǎn)品效率可達(dá)13－14%，是所有薄膜電池里面最高的一種。

第三代電池

第三代電池理論上可以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)階段除了聚光電池外，大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

聚光電池一般采用III-V族半導(dǎo)體材料，主要是因?yàn)镮II-V族半導(dǎo)體具有比硅高得多的耐高溫特性，在高照度下仍具有高的光電轉(zhuǎn)換效率，而且多結(jié)的結(jié)構(gòu)使它們的吸收光譜和太陽光光譜接近一致，理論上的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)68%。目前使用最多的是由鍺、砷化鎵、鎵銦磷3種不同的半導(dǎo)體材料形成3個(gè)PN結(jié)。若是進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，效率可達(dá)40%以上。

太陽能電池經(jīng)封裝成為太陽能組件，不同太陽能電池的應(yīng)用取決于自身特點(diǎn)與市場(chǎng)需求的發(fā)展。早期的太陽能主要應(yīng)用于通訊基站和人造衛(wèi)星等，后來逐漸進(jìn)入民用領(lǐng)域，如太陽能屋頂。在這些場(chǎng)景下，安裝面積小，能量密度需求高，因而晶體硅組件占據(jù)了主要的市場(chǎng)份額。隨著大型太陽能荒漠電站以及光伏建筑的發(fā)展，綜合成本逐漸取代能量密度成為了考慮的重要因素，薄膜電池的應(yīng)用呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。除此之外，不同技術(shù)的應(yīng)用還受使用環(huán)境、氣候條件等其他因素的影響。

太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用

要把太陽輻射轉(zhuǎn)化為可供人們使用的電力，需要一套完整的太陽能光伏系統(tǒng)。太陽能光伏電池是太陽能光伏系統(tǒng)的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。除此之外，光伏系統(tǒng)還包括逆變器、蓄電池、監(jiān)控器、配電系統(tǒng)等。

光伏系統(tǒng)的分類與組成

根據(jù)是否并網(wǎng)，太陽能光伏系統(tǒng)分為離網(wǎng)系統(tǒng)與并網(wǎng)系統(tǒng)兩大類。離網(wǎng)系統(tǒng)又可分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)與混合供電系統(tǒng)。

獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般在通信基站、太陽能路燈、偏遠(yuǎn)山區(qū)供電等場(chǎng)合，全部采用太陽能作為能源供應(yīng)。系統(tǒng)組成主要包括太陽能組件、逆變器、控制器、蓄電池、配電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等，其中，儲(chǔ)能裝備（蓄電池）與控制器是影響系統(tǒng)成本與壽命的關(guān)鍵因素。混合供電系統(tǒng)除了太陽能電池外，還包括油機(jī)或者風(fēng)機(jī)等，采用太陽能與其他能源共同作為能源供應(yīng)。

并網(wǎng)技術(shù)一般應(yīng)用在太陽能屋頂和大規(guī)模的光伏電站。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)不需要儲(chǔ)能設(shè)備，成本較低，主要組成包括太陽能組件、逆變器、配電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。目前，并網(wǎng)系統(tǒng)占所有太陽能應(yīng)用的80%。

光伏發(fā)電的其他技術(shù)

除了太陽能光伏電池技術(shù)之外，逆變技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)等技術(shù)都關(guān)系到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展。原因在于：第一，太陽能電池的輸出功率會(huì)隨著陽光輻射強(qiáng)度的變化而變化，具有間歇性的特點(diǎn)，而且，大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，做好并網(wǎng)控制與孤島保護(hù)十分關(guān)鍵。第二，太陽能組件輸出電流為直流電，需要經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟?，?duì)逆變電能質(zhì)量要求比較高。第三，組件功率輸出受溫度、陰影遮蔽等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)光伏陣列功率失配的問題，因而系統(tǒng)監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)是重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。最后，由于大多數(shù)光伏電站處在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，遠(yuǎn)程控制技術(shù)也非常重要。

我國(guó)在太陽能組件生產(chǎn)的質(zhì)量與規(guī)模上已經(jīng)處于世界領(lǐng)先的位置。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來看，高利潤(rùn)點(diǎn)集中在了硅材料提純、逆變器與監(jiān)控系統(tǒng)、光伏裝備制造等技術(shù)含量高的環(huán)節(jié)。如何在這些關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)上取得突破，是我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

1.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)大部分太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)都是解決偏遠(yuǎn)地區(qū)人民生活和部分企業(yè)生產(chǎn)的能源利用系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究還處于起步階段。建成的光伏系統(tǒng)只為少數(shù)用戶提供很少的電力,發(fā)電量也很小。它在整個(gè)電網(wǎng)中的作用可以忽略不計(jì),可以認(rèn)為不會(huì)影響電網(wǎng)[10]。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究受到高度重視。"十一五"期間,中國(guó)對(duì)并網(wǎng)技術(shù)和大型光伏電站進(jìn)行了深入研究。取得了可喜的進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,中國(guó)先后建成了5千瓦和10千瓦并網(wǎng)光伏示范電站。中國(guó)科技部將光伏發(fā)電技術(shù)列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展課題,加大對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的投入。R&控制器的研發(fā)和輕型逆變器的開發(fā)加快了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國(guó)家投入了大量資金,許多重要省份都建設(shè)了光伏示范電站,大力推動(dòng)了全省光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)。

2.國(guó)外研究現(xiàn)狀

能源是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)大直接動(dòng)力。國(guó)際經(jīng)濟(jì)已從高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向中高速增長(zhǎng)。我們看到國(guó)際社會(huì)發(fā)展綠色資源的決心,認(rèn)識(shí)到高能耗、高污染、高能源利用率、低能源利用率和嚴(yán)重環(huán)境污染的特點(diǎn)。舊開發(fā)道路的高成本處理難以維護(hù)。世界各國(guó)都在大力推廣光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。光伏并網(wǎng)發(fā)電是世界太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用主要從初始投資補(bǔ)貼和應(yīng)用層開始[11]。例如,德國(guó)在1998年和1999年,為了促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,先后啟動(dòng)了1000戶屋頂項(xiàng)目和10萬戶屋頂項(xiàng)目。韓國(guó)政府已采取政策支持初始投資和補(bǔ)貼。韓國(guó)建造了世界上最大的24兆瓦光伏電站,以提高發(fā)電效率。系統(tǒng)采用最新技術(shù)實(shí)現(xiàn)陽光跟蹤,太陽能電池板自動(dòng)擺動(dòng),最終生產(chǎn)效率比固定裝置高15%[12]。加拿大制定了一系列政策。根據(jù)這些政策,500千瓦以下的光伏系統(tǒng)可以在并網(wǎng)線路上提供多余的電力,從而獲得一定的效益,在滿足自身使用要求的前提下,所有500千瓦以上的系統(tǒng)都可以并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)盈利。

二、光伏系統(tǒng)及光伏產(chǎn)業(yè)分析

1.光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類及發(fā)電原理

太陽能系統(tǒng)根據(jù)是否并網(wǎng)可分為獨(dú)立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)。然而,不同之處在于獨(dú)立光伏系統(tǒng)非常復(fù)雜,需要電池作為能量?jī)?chǔ)備。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可直接接入公共電網(wǎng),項(xiàng)目少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

無論是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)還是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),其主要部件是太陽能電池板、控制器和逆變器[16]。太陽能電池和逆變器在控制器的控制下協(xié)調(diào)工作。太陽能電池的原理相對(duì)簡(jiǎn)單,市場(chǎng)上常見的類型通常是半導(dǎo)體。當(dāng)陽光照射到表面時(shí),光子能量被電子吸收,導(dǎo)致電子從p型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)閚型半導(dǎo)體,從而導(dǎo)致電子和空穴的積累。當(dāng)導(dǎo)體連接形成回路時(shí),半導(dǎo)體接觸面處的電壓將下降,外部電流將下降[17]。太陽能電池的發(fā)電原理如圖所示。另一種電池板結(jié)構(gòu)正在市場(chǎng)上出現(xiàn)。有機(jī)物均勻地懸浮在薄膜表面,具有重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

2.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池陣列、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、濾波電路等組成。太陽能光伏發(fā)電可分為一級(jí)能量轉(zhuǎn)換和多級(jí)能量轉(zhuǎn)換。廣泛使用的能量轉(zhuǎn)換方法是一階能量轉(zhuǎn)換。

光伏系統(tǒng)有一些常見參數(shù)。最常用的是裝機(jī)容量和發(fā)電量。裝機(jī)容量等于面板面積的乘積。光伏系統(tǒng)的平均日照強(qiáng)度和光電轉(zhuǎn)換效率,其中光強(qiáng)為單位面積的平均光能強(qiáng)度,單位為w/m2[20]。光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力等于裝機(jī)容量、有效日照時(shí)間和綜合系數(shù)的乘積。公式中的綜合系數(shù)受多種因素影響,因此在確定最終效率系數(shù)時(shí)應(yīng)考慮光伏板的角度、傳輸損耗和能量轉(zhuǎn)換損耗[21]。太陽能光伏系統(tǒng)的安裝也是討論的熱點(diǎn)問題之一,即太陽能電池板的最佳位置。根據(jù)區(qū)域環(huán)境,照明方向等因素可能對(duì)安裝位置有不同的要求。

三、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

1.并網(wǎng)逆變器技術(shù)

根據(jù)直流電源的不同特點(diǎn),逆變器可分為電流源和電壓源。由于電壓型逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制技術(shù)成熟可靠。電壓型逆變器比電流型逆變器效率高。因此,電壓型逆變器通常用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)光伏逆變器可分為絕緣型和非絕緣型。根據(jù)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間是否存在電氣絕緣,并網(wǎng)光伏逆變器可分為工頻絕緣型和高頻絕緣型,這取決于并網(wǎng)光伏逆變器的工作頻率。絕緣變壓器的操作。

在實(shí)際應(yīng)用中,非線性負(fù)載廣泛存在于用戶端和網(wǎng)絡(luò)端。半波負(fù)載和整流橋電路是常見的非線性負(fù)載形式。整流橋電路是電力電子器件中最常見的輸入電路形式,也是目前最常見的非線性負(fù)載形式。非線性負(fù)載造成的最大危害是系統(tǒng)電壓、電流波形的畸變,導(dǎo)致系統(tǒng)輸出波形質(zhì)量下降。因此,我國(guó)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了并網(wǎng)逆變器輸出波形質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)。諧波是影響并網(wǎng)逆變器輸出波形質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵因素。光伏并網(wǎng)逆變器的輸出存在直流注入問題,即并網(wǎng)電流中存在直流分量。近年來,隨著無絕緣并網(wǎng)逆變器的廣泛應(yīng)用,這一問題造成的危害越來越嚴(yán)重,引起了人們的廣泛關(guān)注。

在采用非絕緣并網(wǎng)逆變器的光伏系統(tǒng)中,直流分量將直接注入電網(wǎng),對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重危害,如各級(jí)變電站變壓器的直流偏磁。在使用并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中,雖然隔離變壓器可以在一定程度上抑制并網(wǎng)逆變器的輸出直流分量,但磁芯飽和,輸出波形畸變,損耗增大,使用壽命縮短,這也將導(dǎo)致成本的顯著增加,并且直流分量也會(huì)損壞變壓器本身。西班牙學(xué)者對(duì)逆變器輸出直流分量的研究結(jié)果表明,光伏逆變器并網(wǎng)電流中仍然存在直流分量。因此,對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器直流注入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.高、低電壓穿越技術(shù)

近年來,隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,光伏發(fā)電在世界能源消費(fèi)和供電中的比重越來越高。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障,電網(wǎng)的安全性就越來越高。傳統(tǒng)的高穿透率(在電網(wǎng)中所占比例)的光伏電源斷開,進(jìn)一步惡化了電網(wǎng)運(yùn)行,造成嚴(yán)重事故,無法滿足電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司也頒布了《光伏電站并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》,明確規(guī)定當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常時(shí),以小型光伏電站為負(fù)荷,盡快切斷電網(wǎng);對(duì)于大中型光伏電站,應(yīng)考慮作為電源,具有一定的低壓過流能力,并為系統(tǒng)提供無功功率支持,以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。并網(wǎng)逆變器過流技術(shù)的研究主要集中在風(fēng)力發(fā)電的低壓過流方面。到-D。當(dāng)事故或電力系統(tǒng)中斷導(dǎo)致供電和電網(wǎng)電壓下降時(shí),并網(wǎng)電源能保證在一定的電壓下降范圍和時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)運(yùn)行(無需接通電網(wǎng))。本文主要研究大型光伏電站的低壓過流問題。這是因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí),作為并網(wǎng)電源接口的并網(wǎng)逆變器由于其電流容量的限制而降低了電網(wǎng)的注入功率。因此,輸入和輸出功率的不平衡將導(dǎo)致直流側(cè)過壓。如果直流電壓保持穩(wěn)定,并網(wǎng)逆變器的輸出電流過大,危及電力電子設(shè)備的安全。

另外,根據(jù)光伏陣列的特性,光伏陣列的輸出功率隨著輸出電壓的增加而降低,直至達(dá)到開路電壓,輸出功率為零。因此,目前對(duì)光伏并網(wǎng)電源低壓過流的研究主要是為了抑制光伏并網(wǎng)逆變器的過流。與低壓開關(guān)相對(duì)應(yīng)的高壓開關(guān)技術(shù)一直沒有得到足夠的重視。目前,我國(guó)的相關(guān)規(guī)定主要是離網(wǎng)運(yùn)行。由于風(fēng)電一般位于電網(wǎng)末端,電網(wǎng)電壓波動(dòng)主要由落差引起,交叉口必須以低壓為主因此,一旦電網(wǎng)電壓突然升高,也有必要對(duì)光伏并網(wǎng)電源的高壓開關(guān)進(jìn)行研究。

3.無互聯(lián)線并聯(lián)技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電力設(shè)備的日益增多,人們對(duì)電力系統(tǒng)的功率水平和可靠性提出了越來越高的要求。由于逆變電源功率電平的限制,人們對(duì)逆變電源的要求越來越高。單臺(tái)逆變器的供電方式已不能滿足大功率、超高功率的要求。因此,重點(diǎn)是通過多個(gè)逆變器模塊的并聯(lián)運(yùn)行來提高逆變器的功率水平。逆變器并聯(lián)技術(shù)不僅是電力系統(tǒng)向大功率發(fā)展的重要手段。同時(shí),它也是從集中式向分布式發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。它出現(xiàn)于21世紀(jì)初,并在隨后的幾年中得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。

在逆變器并聯(lián)的實(shí)際應(yīng)用中,由于逆變器的控制信號(hào)線,并聯(lián)互聯(lián)線已成為逆變器并聯(lián)的主要方式,實(shí)現(xiàn)了逆變器模塊之間的信息共享。與平行聯(lián)絡(luò)線相比,無平行聯(lián)絡(luò)線的平行聯(lián)絡(luò)線具有冗余度好、可靠性高、容量和維護(hù)方便、應(yīng)用前景廣闊等優(yōu)點(diǎn)。無互聯(lián)并聯(lián)雖然不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求,但對(duì)逆變器并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有比并聯(lián)互聯(lián)更大的價(jià)值和意義。

對(duì)于并網(wǎng)逆變器,一般認(rèn)為電網(wǎng)是一種無限理想電源,因此不必考慮并聯(lián)控制問題。近年來,隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)的快速發(fā)展和我國(guó)的大力推廣,對(duì)于運(yùn)行在電網(wǎng)低壓側(cè)的單相并網(wǎng)民用光伏逆變器來說,電網(wǎng)已經(jīng)不能簡(jiǎn)單理想化。此時(shí),并網(wǎng)光伏逆變器可被視為在沒有互聯(lián)線路的情況下以并聯(lián)模式運(yùn)行。因此,從這一角度研究光伏并網(wǎng)逆變器的非互聯(lián)并聯(lián)技術(shù)是非常必要的。

三、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

1.經(jīng)濟(jì)效益

由于太陽能資源是免費(fèi)的,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,整個(gè)系統(tǒng)的安裝成本一直在合理的范圍內(nèi),太陽能光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益非常高。根據(jù)仿真結(jié)果,分析了光伏發(fā)電日實(shí)測(cè)發(fā)電量和月實(shí)測(cè)發(fā)電量,得出了發(fā)電量由低太陽輻射向高太陽輻射的變化規(guī)律。平均日發(fā)電量為31KW,月發(fā)電量為930kw。由于吉林省的環(huán)境因素,一年中每個(gè)月的發(fā)電效率都會(huì)有顯著差異。通過可用度與月份的關(guān)系,得出吉林省光伏發(fā)電效率,年發(fā)電量為8300kw。通過仿真結(jié)果、每小時(shí)實(shí)測(cè)和標(biāo)定的功率光伏輸出、實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)的瞬時(shí)功率對(duì)比、實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)的能量光伏輸出,得出電能轉(zhuǎn)換效率。

2.環(huán)境效益

光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行期間無廢氣排放,不會(huì)影響環(huán)境空氣質(zhì)量。當(dāng)沒有廢水時(shí),不會(huì)影響水環(huán)境和土壤環(huán)境。本項(xiàng)目無明顯噪聲源,不會(huì)影響周邊環(huán)境敏感目標(biāo)。項(xiàng)目建成后,植被未受到破壞,未使用大型土建工程。不會(huì)造成水土流失,不會(huì)影響景觀環(huán)境。項(xiàng)目建成后,用電方式不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響



太陽能光伏發(fā)電目前存在的問題及策略

(一)太陽能光伏發(fā)電目前存在的問題

1.產(chǎn)能相對(duì)過剩,引導(dǎo)多晶硅行業(yè)健康發(fā)展,避免行業(yè)過度競(jìng)爭(zhēng),促進(jìn)節(jié)能減排。國(guó)家將多晶硅產(chǎn)業(yè)劃分為產(chǎn)能過剩產(chǎn)業(yè),通過經(jīng)濟(jì)和行政手段,堅(jiān)決遏制多晶硅產(chǎn)能過剩和重復(fù)建設(shè)的趨勢(shì)。中國(guó)各地區(qū)和城市正面臨新一輪能源開發(fā)浪潮。100多個(gè)城市提出建設(shè)新能源基地。2008年,中國(guó)多晶硅產(chǎn)能為2萬噸,產(chǎn)量約為4000噸。在建產(chǎn)能約8萬噸,產(chǎn)能明顯過剩。短短兩年,一個(gè)高投入、高收益、高門檻的朝陽產(chǎn)業(yè)迅速轉(zhuǎn)型為產(chǎn)能過剩產(chǎn)業(yè),這再次表明,在中國(guó)大工業(yè)時(shí)代,我們已經(jīng)形成了供給不足、大小項(xiàng)目結(jié)合、產(chǎn)能過剩的共同產(chǎn)業(yè),淘汰落后的生產(chǎn)能力。

2.中國(guó)海外光伏市場(chǎng)和原材料發(fā)展緩慢。目前,太陽能光伏產(chǎn)業(yè)處于上游多晶硅材料和下游國(guó)外應(yīng)用的兩端,98%的國(guó)內(nèi)太陽能電池出口。這相當(dāng)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)大量能源的短缺。原材料在國(guó)外。世界上有四個(gè)國(guó)家,美國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯,能夠生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)多晶硅。這四個(gè)國(guó)家都是半導(dǎo)體生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)也可以生產(chǎn)多晶硅,但產(chǎn)業(yè)水平和技術(shù)含量不同。在環(huán)境保護(hù)的各個(gè)方面,能源消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外先進(jìn)水平,應(yīng)該說中國(guó)沒有特別成熟的企業(yè)。光伏產(chǎn)業(yè)是典型的"國(guó)外雙端"產(chǎn)業(yè),意味著我國(guó)能源消耗大,污染嚴(yán)重。然而,中國(guó)清潔能源的產(chǎn)生也是人們質(zhì)疑光伏產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要原因。

2.促進(jìn)太陽能光伏行業(yè)的發(fā)展對(duì)策

在2019年中國(guó)光伏發(fā)電高層論壇上,專家一致認(rèn)為,盡管全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入調(diào)整階段,但發(fā)展趨勢(shì)不會(huì)改變。太陽能產(chǎn)業(yè)是新能源產(chǎn)業(yè)中最具發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。因此,多晶硅企業(yè)的投產(chǎn)步伐,具有良好的基礎(chǔ),可以進(jìn)行調(diào)整,實(shí)踐內(nèi)部技能,穩(wěn)定制度,提高質(zhì)量,減少消費(fèi),適應(yīng)市場(chǎng)變化。

Uluslararas? Enerji Ajans? 2020 raporunda "Güne? elektri?in kral? oluyor" diyor.IEA uzmanlar? ?nümüzdeki 20 y?l i?inde küresel güne? enerjisi üretiminin bugünkünden 8-13 kat daha fazla olaca??n? ?ng?rüyor. Yeni güne? paneli teknolojileri güne? enerjisi endüstrisinin yükseli?ini h?zland?racak. Peki nedir bu yenilikler? Gelin gelece?imizi ?ekillendirecek en son güne? enerjisi teknolojilerine bir g?z atal?m.

Resimler

1. Yüzer Güne? Tarlalar? Arazi Kaplamadan Daha Yüksek Verimlilik Sunuyor

Yüzen fotovoltaikler nispeten eskidir: ilk yüzen güne? enerjisi ?iftlikleri 2000'li y?llar?n sonunda ortaya ??km??t?r. O zamandan bu yana, in?aat prensibi geli?tirildi ve ?imdi bu yeni güne? paneli teknolojisi büyük bir ba?ar? elde etti - ?imdiye kadar, ?zellikle Asya ülkelerinde.

Resim

Yüzer güne? enerjisi ?iftliklerinin temel avantaj?, hemen hemen her su kütlesine kurulabilmeleridir. Yüzen fotovoltaik panellerin maliyeti, benzer boyutlarda kara tabanl? bir kurulumla kar??la?t?r?labilir. Dahas?, PV modüllerinin alt?ndaki su onlar? so?utarak tüm sistem i?in daha yüksek verimlilik sa?lar ve enerji israf?n? en aza indirir. Yüzer güne? panelleri tipik olarak kara tabanl? kurulumlardan yüzde 5-10 oran?nda daha iyi performans g?sterir.

?in, Hindistan ve Güney Kore'de büyük yüzer güne? enerjisi ?iftlikleri var, ancak en büyü?ü ?u anda Singapur'da in?a ediliyor. Bu ülke i?in ger?ekten mant?kl?: o kadar az alana sahip ki hükümet su kaynaklar?n? kullanmak i?in her f?rsat? de?erlendirecektir.

Floatovoltaikler Amerika Birle?ik Devletleri'nde bile ses getirmeye ba?lad?. ABD Ordusu Haziran 2022'de Fort Bragg, Kuzey Carolina'daki Big Muddy G?lü üzerinde yüzen bir ?iftlik kurdu. 1,1 megavatl?k yüzer güne? enerjisi ?iftli?i, enerji depolama i?in 2 megavat-saat kapasiteye sahip. Bu bataryalar elektrik kesintileri s?ras?nda Camp McCall'a gü? sa?layacak.

2. BIPV güne? enerjisi teknolojisi binalar? kendi kendine yetebilir hale getiriyor

Gelecekte, binalara gü? sa?lamak i?in ?at?lara güne? panelleri yerle?tirmeyece?iz - bunlar kendi ba?lar?na enerji jenerat?rleri haline gelecekler. Bina Entegre Fotovoltaik (BIPV) teknolojisi, gelece?in ofisi veya evi i?in elektrik tedarik?isi olacak yap? bile?enleri olarak güne? unsurlar?n? kullanmak üzere tasarlanm??t?r. Sonu? olarak BIPV teknolojisi, bina sahibinin elektrik maliyetlerinden ve ard?ndan güne? paneli montaj sisteminin maliyetinden tasarruf etmesini sa?lar.

Resim.

Ancak bu, duvarlar? ve pencereleri panellerle de?i?tirmek ve "?al??ma kutular?" olu?turmakla ilgili de?ildir. Güne? enerjisi unsurunun, insanlar?n ?al??ma ve ya?ama bi?imlerine müdahale etmeden do?al bir ?ekilde entegre edilmesi gerekir. ?rne?in, fotovoltaik cam s?radan bir cam gibi g?rünür, ancak ayn? zamanda güne?ten gelen tüm enerjiyi toplar.

BIPV teknolojisinin ge?mi?i 1970'lere kadar uzansa da, yak?n zamanda patlama yapt?: güne? enerjisi unsurlar? daha eri?ilebilir, verimli ve yayg?n hale geldi. Bu trendi takip eden baz? ofis binas? sahipleri, PV bile?enlerini mevcut binalar?na entegre etmeye ba?lam??t?r. Bu, bina uygulamal? fotovoltaik olarak bilinmektedir. En gü?lü BIPV güne? paneli sistemlerine sahip binalar? in?a etmek giri?imciler aras?nda bir yar??ma haline bile geldi. A??k?as?, i?letmeniz ne kadar ?evreci olursa, imaj? da o kadar iyi olur. G?rünü?e g?re Asia Clean Capital (ACC), ?in'in do?usundaki bir tersanede kurdu?u 19MW kurulu kapasitesiyle bu ?dülü kazand?.

3. Güne? panelleri, panelleri reklam alan?na d?nü?türüyor

Solar kaplamalar temelde güne? panellerinin etraf?n? sararak modüllerin verimliliklerini korumalar?n? ve üzerlerinde herhangi bir ?eyi g?rüntülemelerini sa?lar. ?at?n?zdaki veya duvarlar?n?zdaki güne? panellerinin g?rünümünden ho?lanm?yorsan?z, bu yeni RV teknolojisi onlar? gizlemenizi sa?lar - sadece ?at? kiremitleri veya ?im gibi do?ru ?zel g?rüntüyü se?in.

G?rüntüler

Yeni teknoloji sadece estetikle ilgili de?il, ayn? zamanda karla da ilgili: ?irketler güne? paneli sistemlerini reklam afi?lerine d?nü?türebilirler. Kaplamalar, ?rne?in ?irket logosunu veya piyasadaki yeni bir ürünü g?sterecek ?ekilde ?zelle?tirilebilir. Dahas?, solar kaplamalar size modüllerinizin performans?n? izleme se?ene?i sunar. Dezavantaj? ise maliyet: ince film güne? panellerinde, güne? paneli fiyat?na ek olarak yüzde 10 daha fazla ?deme yapman?z gerekiyor. Ancak güne? panelleri teknolojisi geli?tik?e fiyatlar?n daha da dü?mesini bekleyebiliriz.

4. Güne? Kuma?lar? Ti??rtünüzün Cep Telefonunuzu ?arj Etmesini Sa?layabilir

En son güne? enerjisi yeniliklerinin ?o?u Asya'dan geliyor. Bu nedenle Japon mühendislerin güne? enerjili kuma?lar?n geli?tirilmesinden sorumlu olmas? ?a??rt?c? de?il. Art?k güne? pillerini binalara entegre etti?imize g?re, neden ayn?s?n? kuma?lar i?in de yapmayal?m? Solar kuma?lar giysi, ?ad?r, perde yap?m?nda kullan?labilir: t?pk? paneller gibi, güne? radyasyonunu yakalar ve ondan elektrik üretir.

Resim.

Solar kuma?lar?n kullan?m olanaklar? sonsuzdur!