太陽能發電技術論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇太陽能發電技術論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：G646 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）03-0161-02

人類社會的可持續發展面臨著環境惡化、資源短缺的嚴峻挑戰，而取之不盡用之不竭的太陽能則成為新能源的首選之一。曾經在全球光伏產業的推動下，中國光伏產品已占據國際市場的大半壁江山，但卻一直面臨市場在外的困局。光伏產業經過數年爆發式增長，最終多個環節產能面臨嚴重產能過剩。隨著歐美對中國太陽能電池板的“雙反”實施，近幾年是中國光伏產業發展過程中的一個“寒冬”。光伏企業要應對“寒冬”，一是上游制造企業要提高自身的技術水平和產品質量；二是下游應用企業要抓住機遇，通過技術創新不斷提高系統集成能力，致力于為客戶提供優質可靠的系統設計方案。依據國家新能源政策的戰略部署，結合上海電力學院的專業特色，我校相關太陽能光伏發電專業力圖培養出合乎國家和社會需要的、滿足光伏產業結構調整的市場需求的光伏材料及光伏系統設計專業方面的人才。有關專業以物理學為基礎，系統學習基礎物理學、固體物理、半導體物理等，使學生牢固掌握物理學基礎理論。同時結合電力教學的優勢，將太陽能電池技術、太陽能發電技術、電力分析基礎、逆變器原理等作為專業必修課，培養太陽能發電技術行業的高層次專業人才。這樣，學生在掌握光伏發電系統設計專門技能的同時具備更加扎實的理論知識基礎和科技創新的潛力。其中《太陽能發電技術》包含了太陽輻射、光伏系統設計原理、部件選型、系統安裝維護等內容，其教學目標是希望通過該課程的學習能使同學們能掌握太陽能發電系統的設計開發，為今后從事相關工作打下堅實的理論基礎。作為最早開設《太陽能發電技術》課程的高等院校，由于該課程屬于新課程教學，教學過程中受到教材、實驗設備等各方面條件的限制，使用傳統的教學方法效果不很理想。本文就近年教學過程中遇到的一些問題，針對目前的教學模式進行探討。

一、加強課堂實驗教學

《太陽能發電技術》作為光伏產業人才培養的基礎性課程，主要講述太陽輻射的相關知識、光伏發電系統的原理、系統設計、配件選型及系統安裝維護等相關專業知識，這是一門實踐性十分強的專業課程。在目前的教學過程中發現，單純依靠理論知識講解，學生很難對光伏系統有深入的理解。總結教學過程發現，在學習理論知識的同時如果能結合相關的實驗、實踐教學，則可大幅度提高教學質量與課堂教學效果，也能加深學生對知識點的理解與掌握，這就凸顯了課程教學中實驗環節的重要性。由于《太陽能發電技術》屬于新課程，受到實驗設備、實驗條件和人員的限制，短時間內開展豐富實驗教學有著一定的困難。但是，使用計算機軟件仿真虛擬實驗和設計就沒有這方面的限制。因此，著手開發該課程的虛擬實驗教學環境也是一種重要的方法。此外，在教學的過程中也可以根據教學的需要，動員學生與老師一起自行設計一些簡單可行的實驗設備，既可以加深學生對所學理論知識的理解，又能使學生能夠得到全面的實際訓練，還可以豐富該課程的教學資料。另外，在這個過程中，除了簡單的驗證性實驗，還與控制類、綜合設計類的實驗相結合，提高了學生對已學知識的綜合運用能力，加強了學生的動手能力和實踐能力，使學生在走入社會后，能較快適應市場發展需要，提高就業競爭力。此前北京信息科技大學的白連平等[1]針對該課程就設計了一些可行性實驗，如光伏陣列設計實驗、太陽能路燈照明系統設計等。

二、開展校企合作教學

由于工科課程的實踐特性，除了課堂的理論與實驗之外，開展校企合作教學則是提高該課程教學效果的制勝法寶[2]。在前期的教學過程中作為實踐教學曾經帶學生到相關的光伏企業見習，在企業參觀實習的結束之后，有些學生反映“公司實習4天比在學校2年學的東西都多”，這句話也讓作為教育工作者的我們陷入沉思。現在學生學習知識的途徑很多，他們更喜歡看到實際的操作而不是“紙上談兵”。例如課堂上講過單晶硅、多晶硅、薄膜太陽電池，而很多學生到了現場仍然分不清楚是什么類型的太陽電池組件；課堂上學習了晶體硅太陽電池的制備工藝，參觀的時候學生還是提出為什么這些電池都是藍色的，不能做成其他顏色呢？雖然這些基礎的知識都已經在課堂上講授過了，明顯部分學生不知道或者不懂卻從來沒有人提出過，而在參觀過程中他們都想到了這些問題，通過參觀學習對這些知識有了更進一步的理解，充分說明了僅有課堂教學遠遠無法滿足該課程的設置目標。因此，除了輔助的課堂實驗教學或者視頻演示之外，與相關企業開展校企合作教學也是提高學生認知能力的一項重要教學手段。這就要求在該課程的教學過程中，除了加強實驗教學還必須加強學校和企業之間的合作，開展合作教育方可取得更好的教學成果。

三、將科研與新技術融入教學培養學生的科技創新能力

素質教育已經是高等院校的重中之重，學校有很多項目都涉及鼓勵大學生科技創新，從近代科學技術的發展史我們也可以看出，年輕人在科技創新上有著巨大的潛力。而如何通過有效途徑提高工科學生的科技創新能力也困擾著不少教師。同時作為高校教師大多也同時肩負著科研工作，怎么樣將自己的科研工作融入日常教學并以此為基礎培養學生的科技創新能力也是一個應該認真考慮的重要問題。大學生在科研領域的創新在國際上屢見不鮮，比如在超導領域，MgB2合金超導體以及NaCoO.H2O超導體都是由日本的本科生首先發現的。《太陽能電池技術》及《太陽能發電技術》課程的開設，為科研融入教學提供了良好的載體。太陽電池材料的研究是目前材料科學的一大熱門研究領域，這樣可以在教學過程中使學生了解到最新的材料研究，從而讓學生了解到了什么是科研，科研對實際生活又有著怎樣的影響，從而激發學生的學習興趣。而《太陽能發電技術》主要包括太陽輻射、電池制造、組件制造、系統原理、系統設計、部件選型以及控制器逆變器原理等技術。它包含了多門理論性和實踐性都很強的專業課程，涉及的知識面廣、內容概念多，為大學生創新提供了一個良好的平臺。學生在老師的指導下開展太陽能電池及發電技術的研究，查閱資料、進行光伏發電方案的設計，促使學生將所學的電學、材料學、物理學等學科聯系起來。有利于調動學生的學習積極性，激發學生的科技創新興趣，培養學生分析和解決問題的能力[3]。

四、課程考核形式多樣化

基于該課程的實踐性特點和教學目的，可以在傳統卷面理論知識考核的基礎上增加多樣化的考核形式，比如系統設計作品展示、成果匯報等多種方式進行考核，綜合考核專業知識、專業技能等方面。對采取不同方式、對各個不同方面進行考核的結果，通過一定的加權系數評定課程最終成績。

五、小項目形式完成課程設計

在網絡化的今天，課程設計面臨的一大問題就是論文在網絡上復制粘貼完成。而作為實踐性較強的太陽能發電方向的畢業生，我們是否可以改變思路，課程設計不再局限于理論推導而轉向實踐性課程設計。指導老師可以根據地理情況和電網分布情況選擇合適的條件用于學生自主設計光伏發電站，包括太陽能電站地點選擇、可行性分析、電站規模及組成、蓄電池容量、光伏電站年發電量及經濟效益、光伏電站整體布局（組件串并連設計、匯流箱排布、電纜連接、線管地槽整體排布、電纜規格及用量計算、線管規格及用量計算、配電房及看守房布置、支架定點圖等）、系統防雷及監測、電網安全性等部分內容[4]。相信完成這樣的課程設計，可以培養學生查閱文獻和市場調研能力，對其今后獨立從事光伏產業內業務是非常有幫助的。這樣的課程設計比普通的論文撰寫更能提高學生的專業水平，從而使學生的能力達到甚至超越該學科的培養目標。

本文根據《太陽能發電技術》的實際教學經驗以及該課程的教學目標，探討了在現有教學模式基礎上需要進行的一些改進。作為工科應用型創新人才，最重要的是應該具有很強的獨立獲取和應用知識的能力，而傳統的理論教學為主模式則很難讓學生將書本知識與實際光伏工程結合起來，也就無法真正理解光伏發電系統。本文提出了加強實驗教學、開展校企合作教學、將大學生創新融入教學以及改變傳統的考核方式等，其實質都是為了改變目前理論教學為主體的教學模式，將實驗、實踐教學等過去不被重視的教學方式引入這些實踐性較強的課程，探索新的教學模式，從而培養出更適合現代企業、社會所需的高層次人才，達到開設該專業的最終目標。

參考文獻：

[1]白連平，張巧杰.光伏發電實驗設計探討[C].第五屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集（2）：602-605，2008-04，中國陜西西安.

篇2

關鍵詞:太陽能發電方式規模化

人類社會已進入21世紀,在新千年開始之際,熱門正面臨著一系列重大的挑戰,全球經濟發展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而對能源的需求量也不斷增加。在過去20年中,全世界能源消耗量增加了40%,其中85%以上使用的是礦物燃料。這些礦物燃料燃燒時要產生大量溫室氣體,全球單是CO2排放量每年就超過500億噸,而且還在不斷擴大。形成的酸雨造成土壤退化,危害動植物。全球氣候變暖可能會產生災難性后果,必須采取堅決措施,減少溫室氣體的排放。因此,治理環境污染,已成為當務之急。同時,礦物燃料的儲藏量是有限的,按目前探明的儲藏與開發速度的比例計算,地球上可再開采的能源,石油為40年,天然氣約為60年,煤炭為200年。如不采取有效措施,到本世紀中葉,人類必將面臨礦物燃料枯竭的嚴重局面。

為了減少大氣污染、保護人類生態環境、保證能源的長期穩定供應,必須實施可持續發展戰略,逐步改變現有的能源結構,大力開發利用新能源。這已成為各國的共識。

在新能源中,公認技術含量最高、最有發展前途的是太陽能發電。下面就這兩大類太陽能發電方式逐一介紹。

1.太陽能發電的類型及其優點

太陽能發電可分為太陽能熱發電和太陽能光發電兩大類。

1.1太陽能熱發電

聚光式系統的集熱部分由聚光器、跟蹤定位器、吸收器構成,不同的技術常在此部分有所區別;傳輸部分由管道和介質構成,介質常是空氣或水;儲熱部分用來保證發電的連續性,介質多為熔鹽。聚光式系統可分為塔式太陽能熱發電系統、槽式太陽能熱發電系統以及碟式太陽能熱發電系統。

1.1.1塔式太陽能熱發電系統

塔式太陽能熱發電系統也稱為集中式太陽能熱發電系統。它利用定日鏡將太陽光聚焦在中心吸熱塔的吸熱器上,在那里將聚焦的輻射能轉變成熱能,然后將熱能傳遞給熱力循環的工質,再驅動熱機做功發電。

1.1.2槽式太陽能熱發電系統

槽式太陽能熱發電系統是利用槽式拋物面反射鏡聚光的太陽能熱發電系統的簡稱。該聚光鏡面從幾何上看是將拋物線平移而形成的槽式拋物面,它將太陽光聚在一條線上,在這條焦線上安裝有管狀集熱器,以吸收聚焦后的太陽輻射能,并常常將眾多的槽式拋物面串并聯成聚光集熱器陣列。該系統中機熱油回路和動力蒸汽回路分離開來,經過一系列換熱器來交換熱量。當太陽能供應不足時,利用一個輔助加熱器將油回路中的導熱油加熱,從而實現系統的穩定連續運行。

1.1.3碟式太陽能熱發電系統

碟式太陽能熱發電系統借助雙軸跟蹤,利用旋轉拋物面反射鏡,將入射的太陽輻射進行點聚集,聚光點的溫度一般為500—1000℃,吸熱器洗手這部分輻射能并將其轉換成熱能,加熱工質以驅動熱機(如燃氣輪機、斯特林發動機或其他類型透平等),從而將熱能轉換成電能。該方式的優點是:轉化效率最高;可模塊化;可以混合發電。

除了上述幾種聚光式太陽能熱發電方式以外,太陽池發電、太陽能塔熱氣流發電等新領域的研究也有進展。

1.2太陽能光發電

太陽能光發電是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電方式。它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電。光伏發電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能,并使之轉變成電能的直接發電方式,是的那股勁太陽光發電的主流。目前世界上應用最廣泛的太陽電池是單晶體硅太陽電池、多晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池等。

1.2.1單晶硅電池

單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的加工處理工藝基礎上的。它的轉換效率最高,技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為23%,而規模生產的單晶硅太陽能電池,其效率為15%。硅電池進展的重要原因之一是表面鈍化技術的提高。此外,倒金字塔技術、雙層減反射膜技術以及陷光理論的完善也是高晶硅電池發展的主要原因。

1.2.2多晶硅電池

多晶硅電池與單晶硅比較,由于所使用的硅遠比單晶硅少,其成本遠低于單晶硅電池,具有獨特的優勢。但是由于它存在著晶粒界面和晶格錯位的明顯缺陷,造成多晶硅電池光電轉換率一直無法突破20%的關口,低于單晶硅電池。薄膜太陽能電池

薄膜太陽能電池發電是另一種光伏發電方式。由于受到原材料、加工工藝和制造過程的制約,若要再大幅度地降低單晶硅太陽電池成本是非常困難的。作為單晶硅電池的替代產品,現在發展了薄膜太陽電池。目前薄膜電池主要有硅基薄膜太陽電池、化合物半導體薄膜電池、燃料敏化TiO2太陽電池等。

太陽能光伏發電系統的主要優點是:可以有效利用建筑物屋頂和幕墻,無需占用土地資源;可原地發電,原地使用,減少電力輸送的線路損耗;各種彩色光伏組件可取代和節約外飾材料(如玻璃幕墻等)在白天用電高峰期供電,從而舒緩高峰電力需求;配備蓄電池后,還能滿足安全用電設施的不斷電要求;太陽能發電板陣列直接吸收太陽能,降低墻面及屋頂的溫升,減輕建筑空調負荷。

2.太陽能發電面臨的困難和解決措施

前面介紹了幾種太陽能熱發電技術,除碟式發電系統外,都屬于大規模發電系統,只有做成幾十到幾百兆瓦級的發電站,成本才可能降下來。太陽能塔熱氣流發電和太陽池發電占地面積大,利用效率不高,僅僅在1%左右。因此太陽能塔熱氣流發電應放在土地廣闊、人口稀少的沙漠地區使用;而太陽池發電應適合放在日照條件好、鹽資源比較豐富的地區使用。總體來看,槽式發電系統技術上最為成熟,且其跟蹤機構比較簡單易于實現,總體成本最低。太陽能熱發電系統要實現的是低成本的投資和技術上的高可靠性運行。這要求未來在技術上要進行新型集熱材料的研究和開發,快速提高跟蹤機構的技術并降低其實現成本。同時發電產業要努力實現規模化,建立大規模的并網系統,既節約成本,又保證系統平穩安全運行。

對于光伏發電來說,總體來看,該產業尚處于起步階段,主要是由于太陽能發電初期投資大,控制成本高,而太陽能轉化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。根據目前光伏發電發展狀況和其技術難點,未來的光伏發電研究需要重視以下幾個方面:一是加快太陽能原材料晶體硅生產技術的研究和新型替代材料的開發,降低材料成本并提高其轉化效率;二是提高系統控制技術,如達到光伏電池陣列的最優化排列組合、實現太陽光最大功率跟蹤等;三是研究光伏發電的并網技術,減少光伏電能對電網的沖擊;四是研究光伏發電與其他可再生能源發電技術的結合應用,保證供電持續性。

3.我國太陽能發電的優勢和難點

發展太陽能發電的需求主要來自滿足農村和邊遠地區的生產與生活用電和21世紀中持續發展我國電力事業兩個方面。在太陽能發電上我國具有得天獨厚的有利條件:

(1)豐富的太陽能資源。我國總面積2/3以上的地區年平均日照時數在2000h以上,年平均日輻射量在4000MJ/m2以上,要優于歐洲和日本,與美國相近。如此豐富的太陽能資源可以節省太陽能電池的用量,有利于太陽能發電在較低成本下加以推廣。

(2)我國太陽能電池的生產能力超過日本、美國和歐洲,居世界第一位,2007年我國太陽能電池的產量約為1180兆瓦。2007年在全球太陽能生產企業16強中,我國占據了6席。(3)逆變技術是太陽能發電的關鍵技術之一,由于在大功率開關器件開發和逆變技術的應用等方面,我國已取得長足進步,生產出適用于光伏并網、高效率、高可靠性、低污染、低成本的逆變器成為可能。

但為了太陽能發電產業的快速發展,必須解決以下幾個問題:

(1)我國生產太陽能電池的原材料主要依靠進口,而絕大多數太陽能電池和切片用于出口,這種不利于產業發展的加工業局面必須盡快扭轉。

(2)太陽能發電的成本在每千瓦小時3元以上,遠遠高于目前居民電網用店家的每千瓦小時0.5元。這也是發展太陽能發電的不利一面。

(3)目前,太陽能電池的光電轉換效率比較低,比如小尺寸(1cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為19.8%,而大尺寸(1000cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為12%,為了降低太陽能發電的成本必須提高太陽能電池的光電轉換效率。

(4)我國的太陽能發電產業起步于獨立型太陽能發電設備(10kW以下),主要用于解決太陽能資源豐富而又無電的邊遠地區的居民用電。而更大容量(MW級)的并網型太陽能發電設備的投產是降低成本的途徑之一。

篇3

中圖分類號：TK511文獻標識碼： A

隨著能源危機越來越嚴重，近年來，太陽能的開發和利用已經受到越來越多的關注。如今，許多國家都想利用光伏并網發電系統來將太陽能轉換成電能，并且太陽能電池原材料的發展越來越快，并網控制技術不斷提高，使得光伏發電的發展，具有廣闊的前景。

一、光伏發電的工作原理和影響因素

光伏能量轉換裝置是太陽能電池，也稱為光伏電池。光伏發電原理是光生伏打效應。當太陽（或其他光源）照射到太陽能電池上時，電池就會吸收光能，從而形成光電子一空穴對。由于內置電池的電場效應，光生電子和空穴將會分離，這樣就會在電池兩端積累異號電荷，即產生“光生電壓”，也就是所謂的“光生伏打效應”。如果從兩側的內置電場引出電極并連接上負載時，負載就會出現“光生電流”，從而導致功率輸出。利用這種方式，就能把太陽的光能直接轉化成可以使用的電能了。光伏發電系統就是利用光伏電池將太陽能轉換成電能的矩陣，并存儲在電池系統或直接用于負載可再生能源裝置。其工作原理是：白天，光伏組件接收太陽光，輸出功率，一部分供給直流或交流電源；另一部分通過反向二極管給充電電池組充電的，夜間或陰雨天，光伏電池組不工作，蓄電池組就給直流或交流負載工作供電。

影響光伏發電的主要因素：1.太陽高度。太陽高度是指太陽相對于地平面的高度角。太陽高度經常用太陽光線和地平線的夾角表示。太陽高度角越大，太陽就越高，太陽光的輻射也就越強；反之，太陽高度角小，太陽低，輻射弱。

不同的時間段太陽高度也是不同的，比如早晨時太陽高度最低，中午時最高，下午又逐漸降低，到傍晚日落時最低。因為地球在自轉的同時又繞著太陽公轉，所以太陽高度在一年中也發生著變化，地球自轉軸與公轉軌道平面并不垂直，始終保持著固定的角度。前半年，太陽逐漸從低緯度升高到高緯度，到夏至時太陽高度角最大，反之，冬至太陽高度角最小。對于具體的一個面來說，如果太陽高度低的話，光線穿過大氣的路程就比較長，過程中會消耗大量的能量；同時，又因為光線以較小的角度投影到該平面上，所以到達地面的能量也較小。

2.大氣透明度

在垂直于光線邊界的平面上，太陽輻射的強度基本上是恒定的；但在地球的表面上，太陽輻射強度是不斷變化的，主要是因為大氣不同程度的透明度造成的。大氣透明度是衡量大氣對于太陽光線透過程度的一個參數，萬里無云的天氣，大氣透明度高，太陽輻射到達地面的能量就多，云霧或灰塵很多時，大氣透明度低，太陽輻射的能量就很少一部分能到達地面。可見，大氣透明度和天空云量和灰塵的含量是有很大關系的。

3.地理緯度

太陽輻射從低緯度到高緯度地區逐漸減弱。由于不同緯度的太陽光達到達地面的路程是不同的。較低的緯度，太陽光到地面的路徑短，所以，到達地面的輻射量就大；相反，緯度越高，太陽光到地面的路徑長，輻射的量就小。

二、光伏發電系統主要研究問題

1.最大功率點跟蹤控制方法

外部環境和內部設備會嚴重影響光伏發電系統的輸出功率，它的輸出曲線一般是非線函數。在穩定的外部環境下，光伏系統具有獨特的最大輸出功率點。要想獲得系統的最大功率，必須安裝最大功率點跟蹤器。最大功率點跟蹤控制方法有很多，常見的包括固定電壓法，擾動觀察法，電導增加的方法。此外，一些研究人員將神經網絡控制，模糊控制，滑模控制方法應用于控制最大功率點跟蹤控制，并取得了一定的成績。上述方法有其明顯的優缺點。那么，如何使系統穩定地停留在最大功率點處，依然是目前光伏系統的一個熱門話題。

2.逆變及并網控制問題

隨著廣泛使用太陽能發電，并網光伏發電已成為主要的形式；成功實現并網光伏發電技術，逆變是最重要的環節，在 IEEE 的標準中對逆變有嚴格的技術要求；為了不污染交流電網的同時提高當前電網的質量并網控制策略問題也是目前研究的熱點。

3.孤島效應問題

孤島效應是存在于分布式發電系統中的一個問題。所謂孤島效應就是當由于電氣故障，操作失誤或其他自然要素等原因中斷供電時，單個客戶端的太陽能發電系統未能檢測到停電狀態將自己從市電電網中脫離，太陽能發電系統和負載形成超越公共電網系統無法控制的自給供電孤島。這種自給孤島現象對電氣設備維修人員甚至電網帶來嚴重的后果，因此系統必須能夠及時檢測到電網系統停止運行。

三、最大功率點跟蹤控制原理

為了使太陽能電池能充分地吸收太陽能，在不同日照強度、溫度條件下的總輸出功率最大，從而提高了太陽能電池的效率，我們可以對太陽能電池實行最大功率點跟蹤（MPPT），允許其在最大功率點工作，使用增量電導的控制方法，利用比較太陽能電池陣列的瞬時導抗和導抗變化量，以及按照結果進行相應的調制來完成太陽能電池的最大功率點跟蹤控制。

光伏電池的最大功率點隨這外部工作環境而不斷地發生變化,所以,必須要利用測量到的實時電信號(如光伏電池輸出功率、電壓等),識別并跟蹤最大功率點的位置,以確保光伏電池始終在最大功率點工作。

一般情況下為了使負載得到的功率最大，只需讓負載電阻和供電系統的內阻相等即可，然而由于太陽能電池的內阻受到多種因素的影響，如日照強度、環境溫度及負載，因而它在不斷地變化，所以不可能用上面的方法獲得最大輸出功率。因此經常在太陽能電池和負載之間加一個DC／DC變換器，通過改變DC／DC變換器中功率開關管的占空比，就可以使得太陽能電池工作在最大功率點，從而實現最大功率點跟蹤控制。

四、光伏發電的優勢與不足

由于太陽能光伏發電沒有機械轉動部件同時也不消耗燃料，并且不排放任何溫室氣體在內的物質，具有無噪聲、無污染的特點；太陽能資源打破了地域限制，分布較廣，取之不盡，用之不竭。所以，相比于其它的新型發電技術(風力發電與生物質能發電等)，太陽能光伏發電是一種具可持續發展理想特征（最豐富的資源和最潔凈的發電過程）的可再生能源發電技術，它的優點包括以下幾個方面：

1.太陽能資源取之不盡，用之不竭，太陽能照射到地球上的能量要比人類消耗的能量多6000倍。而且太陽能的分布相當廣泛，可以這么說只要有光照的地方人么們就能夠利用光伏發電系統，它完全不受地域、海拔等因素的限制。

2.太陽能資源方便，可就近供電。無需長距離輸送，減少了因為長距離輸電線路所造成的電能損失，并且降低了輸電成本。這為家用太陽能發電系統在輸電相對不方便的西部大規模使用提供了便捷條件。

3.太陽能光伏發電本身不使用燃料，不排放溫室氣體和其他廢氣在內的任何物質，對空氣五污染，沒有噪聲，不會因為能源危機或燃料市場不穩定而造成一定的影響，是真正綠色環保的新型可再生能源。

4.太陽能光伏發電過程不需要冷卻水，可以隨意設置在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發電還可以與建筑物很方便地結合起來，形成光伏建筑一體化發電系統，無需單獨占地，這樣就節省了寶貴的土地資源。

但是它也有不足之處：一是強度和韌性不夠。因為建筑物作為遮檔物，經常會被日曬雨淋，光伏材料是建筑材料的一部分，所以也應滿足一定強度的要求。還有，建筑物的使用壽命一般要求長達幾十年，甚至上百年，但是如今的光伏材料最長壽命約20多年，故如何將光伏建筑材料的使用時限提高也是一個難題。二是外觀問題。當太陽電池作為幕墻或者天窗時，由于電池板的反光會造成光污染，所以必須考慮太陽電池的顏色和反光性。另外，當太陽電池作為天窗或者窗戶時，會檔住一部分陽光從而影響室內的亮度，因此對太陽電池材料的透光性也有一定的要求。三是建后維護問題。由于光伏材料位于建筑物的外表面，經常暴露在空氣中，時間長了必會堆積灰塵，阻檔陽光的照射，從而降低光電轉換的效率。故應隔一段時間對光伏建筑材料進行建后維護。

結語

光伏并網發電技術充分利用了太陽能這一可再生資源，在如今，能源危機日趨嚴峻，光伏發電已經備受關注，且已經取得了不錯的成果，在國內外都有了一定的規模，特別是近幾年電力電子技術的發展及其與控制理論的相結合，給光伏發電技術奠定了基礎。但是，由于光伏并網發電技術現在還不太成熟，在技術方面仍然存在許多問題。但是我們相信隨著科學技術的進步，光伏并網發電系統將會在世界范圍內得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]李征.光伏并網發電系統及其控制策略的研究.天津大學，2008．

[2] 熊遠生．太陽能光伏發電系統的控制問題研究[D]．博士學位論文，浙

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一些新能源技術（如生物質能、地熱能和常規水電）在接入電力系統方面和常規電力技術一樣容易，除了一次能源的形式不同，轉換成電能環節基本相同，都采用同步發電機進行發電，對電網的安全和穩定不會造成影響。因此，這部分新能源知識重點講解各種新能源發電技術的基本原理，最新的發電技術的現狀和動向，及在利用過程中對改善環境帶來的好處，培養學生新的能源觀念和意識。同時結合電網發展的最近進展，這些發電技術作為分布式電源接入電網時，如何規劃電網，接入電網對電網的影響等方面進行適當的講解，加強與電力系統知識的聯系，提高學生學習的積極性，由于受到季節、氣象和地域等條件的影響，另一些新能源技術具有隨機性、波動性和間歇性的特點，如風能和太陽能發電等新能源發電技術，在接入電力系統方面需要克服更多的挑戰，其電力大規模并入常規電網會對電網調峰和系統安全運行帶來顯著影響。這部分內容重點講解與電力系統相關的技術，涉及到電機學、電力電子技術和電力系統相關的知識點。在間歇性能源并網過程中，電力儲能技術可以補償負荷波動，解決風能和太陽能等間歇式新能源發電直接并網對電網的沖擊，調節電能質量，使大規模風力發電和太陽能發電能夠方便可靠地并入常規電網。隨著可再生新能源發電技術的快速發展，電力儲能技術也是電力系統及其自動化專業學生必須掌握的知識，所以儲能技術也是該課程知識體系的重要部分。

本文提出的課程知識體系目前還沒有相關教材，為此，筆者較為系統地構建并編寫適合電力系統及其自動化專業的“新能源發電技術”課程講義，使之更符合電力系統及其自動化專業的教學。從兩學期的試用情況來看，學生認同感增強，明確該課程是本專業不可或缺的重要選修課，重視程度顯著提升，在教學過程中取得了良好的效果。

二、教學模式改革

選擇合適的教學方法，能夠提高課堂效率。教學內容的不同，授課的教學方法也需要相應的改進，為此筆者對教學方法也進行了改革，使之與課程知識體系相適應。

1.采用學術專題講座的教學方式“新能源發電技術”課程知識體系要求運用新的教學方法。每種新能源發電技術各自成章，自成系統，各部分內容均有很多前沿的技術，僅靠書本知識已經不能適應科技的進步。因此需要任課教師補充相關發展的新動向和新技術，以學術講座的形式進行講授與課程相關知識點。講解過程中，以具體的行業問題為背景，采取啟發式的講解方式，層層剖析問題，可以讓學生在有限的學時內，掌握發電技術的發展現狀、發電原理、利用方式、開發存在的問題和研究現狀及動向。如地熱發電、海洋能發電、生物質能發電、太陽能熱發電技術，都可以采用講座的方式進行講解。同時在講座過程中，增加學生提問環節，讓學生可以積極參與，引導學生自主思考。為了強化實踐，在每一個專題授課結束后，教師通過布置與該專題相關的設計題目，讓學生學以致用。比如讓學生設計太陽能熱電站，利用波浪能發電原理設計相應的波浪能電站，設計新農村綜合利用生物質能的方案，設計垃圾發電站工藝流程等，作為分布式電源接入電網時，結合不同能源開發利用的特點對該地區新能源開發和電網結構做出合理規劃，并給出理由。通過這些綜合性設計作業，可以增強大家的創新意識和實踐能力，激發了學生的學習興趣和主動性，訓練了學生分析問題、解決問題的綜合能力，起到了非常好的效果。

2.基于問題的探究式教學方式傳統的講授方式，可以系統地講解，課堂容量大。風力發電和光伏發電技術涉及知識點多，知識點零散，因此需要教師合理組織教學內容，使其與所學專業知識相結合。為此筆者精心設計每一個教學環節，精講多練。但傳統的授課方式，學生被動接受，學習積極性不高。為此，筆者采用基于問題的探究式教學方式，在教學的過程中，教師起引導作用，對課程中的知識點進行分析，提出基于問題的討論題目；并分析學生需要掌握的知識要點，為學生提供必要的參考文獻，讓學生課后自己查閱資料，引導他們學會自己總結知識點，利用所學知識分析實際問題。而學生在課后根據自己的興趣自愿選題，并分小組進行研討，研討后，該小組總結討論結果。在課堂討論中，每個小組推薦一名學生做交流發言，將自己的研究內容做簡要匯報。學生互相提問展開討論，老師進行有針對性的點評，肯定了學生們取得的成績，對錯誤的地方進行了補充和糾正。為了達到分組討論學習預期效果，要求每個小組在上交的文獻報告中，明確每個學生所做的工作和參加小組討論的發言內容，督促每個學生都參與討論學習。通過這種教學方式，充分調動了學生的積極性和主動性，也很好地完成了教學目標，促進了教學質量的提高，達到“授人以漁”的目的。

3.改進多媒體教學方式由于該課程設計的專業知識具有跨學科的特點，有些知識點學生難以掌握，有些原理較為抽象。如風機的偏航過程、變槳過程、風機的失速原理、斯特林發動機的發電過程等都比較抽象，在沒有實物演示的前提下，學生經常不容易理解。因此在講這些課程內容時，采用多媒體動畫演示的方法，幫助學生理解基本概念和知識，讓學生更快更易地理解和掌握這些內容。

三、考試方法的改革

雖然在教學內容和方法上進行了改革，提高了學生的學習興趣，激發學生的學習熱情，但仍有不少學生選課和學習動機不端正。他們不是為了完善自己的知識結構，提高自己的綜合素質，只是為了湊滿學分，對選修課缺乏足夠的重視。傳統的閉卷考核方式不能全面地反映真實的教學情況。撰寫課程論文，成績只與論文寫得好不好有關，有的同學東拼西湊，也能獲得一個理想的成績。這些方式都難以督促學生平常的學習，因此仍需完善課程的考核方式。根據“新能源發電技術”課程的特點，筆者對該課程的考試方式做了合理的改革，促進學生學習，公正地反映了學生的成績。主要采取了以下一些措施：

1.注重對學生平時的考查增加課堂隨機考查的次數。通過提問、課堂測驗等方式，讓學生在上課時能集中精力聽講，防止學生上課“開小差”。回答問題和課堂測驗計入平時成績。

2.增加撰寫文獻報告和大作業基于問題的探究式教學方式中，撰寫文獻報告和小組討論環節能夠有效培養了學生查閱文獻、撰寫論文、發現問題、解決問題、獨立思考的能力，因此能夠較為科學評價學生平時的努力程度。因此，課堂討論和小組討論中，根據學生在該環節中的貢獻不同給學生不同成績，這樣能起到督促學生學習和檢驗學生學習效果的作用。作業是課堂教學的有效補充和延伸，是教學中必不可少的環節。大作業一般具有綜合性的特點，能夠有效鍛煉學生的綜合能力，鞏固平時所學的知識，是反饋教學效果的有效手段。因此增加大作業和撰寫文獻報告在平時成績中的比重也是考查學生平時學習的有效手段。

3.增加平時成績的權重平時考核成績權重由原來的30%提高到目前的50%，有效地避免了學生平時不學習，考試時突擊學習也能取得不錯成績的弊端，提高學生學習的積極性和自覺性。通過上述措施的實施，經調查表明多數學生都認可這種成績考核方法較合理、公正，能夠真實反映學生的成績，受到了多數學生的歡迎。

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中圖分類號：TU852文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2010) 14-0000-01

Power Electronics and New Energy Power Generation Technology

Yang Lin

(Institute of Electrical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou730030,China)

Abstract:This paper discusses several new forms of energy generation and integrated power supply system transformation,control,intelligence management and safety issues,and hope in the future development of new energy power,we can overcome difficulties and achieve electronic power of new development.

Keywords:Power electronics;Energy management system;Power quality control

我們已進入21世紀，這是一個全新的時代，經濟的高速發展給人們的生活帶來了很多的便利，但隨之而來的卻是能源的耗竭，原本豐富的能源如今已變得匱乏，并危及到人們未來的生產生活。與此同時，毫無顧忌的能源利用還造成了大氣的嚴重污染，從而又引發能源危及，這樣的惡性循環會直接危及到人類的發展，甚至威脅人類的健康和繁衍。因此，開拓新能源，減少能量源浪費成為當今世界最為關注的話題。

一、新能源的發電方式

（一）太陽能發電

太陽能發電開始于上世紀50年代，當時，第一塊實用的硅太陽電池研制成功，如今，太陽能發電技術已經經歷了半個世紀的發展，其技術也在日益成熟。目前，占主流的太陽電池仍然是硅太陽電池，主要分為單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池。典型的太陽能供電系統結構如圖1所示，太陽電池陣列進行光電轉換，把太陽能變為電能，再由功率變換器將太陽電池輸入到直流電中，最后轉換成用戶所要使用的電源模式。根據用戶的需求，功率變換器可以選擇直流斬波器進行DC/DC變換，或采用逆變器進行DC/AC變換。而功率變換裝置還應包括蓄電池系統，主要是為了平衡電流。如果太陽光充足，可以利用太陽能，并利用蓄電池充電；如果在夜晚或者陽光不充足時，就可以使用蓄電池供電。

（二）風力發電

如今，風力的主要運用方式就是風力發電，它的發展速度最快，也最受全世界關注。風力發電主要有3種運轉方式：

1.獨立運行方式，利用一臺小型的風力發電機向需要的用戶提供電能，它還可以通過蓄電池充電，預防無風時影響發電效果；

2.風力發電與其他發電方式相結合的聯合供電方式，主要向交通不便或偏遠山區供電，以及地廣人稀的草原牧場提供電力；

3.并網型風力發電運行方式，將風力發電網安裝在條件較好的地區，常常是一處風場安裝幾十臺甚至幾百臺風力發電機，這也是風力發電的主要發展方向。風力發電機組在不同風速的條件下運行，其發電機輸出的電壓的幅值和頻率是變化的，所以，通常要配置電力電子功率變換器，通過這種裝置控制電流，保證輸出的電壓是平衡穩定的。

（三）燃料電池發電系統

燃料電池（Fuel Cell）是將反應物如氫氣等的化學能直接轉化為電能的電化學裝置。它通過燃料（通常是氫氣）和氧氣結合所發生的光電反應來發電。燃料電池發展了這么久，根據電介質的不同，主要分為5種燃料電池：堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）；質子交換膜燃料電池（Proton ExchangeMembrane Fuel Cell，PEMFC）；磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）；熔鹽燃料電池（Molten Car-bonate Fuel Cell，MCFC）；固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。

實際上，燃料電池也有其優點，例如：發電效率高：發熱少；噪音低，污染小；功率密度高。目前，燃料電池發電主要集中在以下幾個方面：燃料電池特性研究；燃料電池發電系統結構和高效功率變換的研究；能量管理技術；孤島檢測和保護技術，并網電流控制；并網運行與獨立運行之間的無縫切換控制技術。

燃料電池所輸出的電壓會隨著電壓的變化，發生較大范圍的變化。燃料電池的輸出電壓在負載發生突變時還要經過一段時間才能停止反應，對于質子交換模燃料電池響應延遲達2秒。因此，燃料電池一般與負荷動態的具體要求無法很好的匹配。

二、電力儲能技術

可再生能源發電裝置所產生的電能主要還存在無法預測的周期性變化，例如風能、光伏發電等，如果將其電能直接輸入普通電網，將會對電流帶來不良影響，而電力儲備裝置就可以平衡能源發電輸入與電網之間的矛盾。電力儲能技術有蓄水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電池儲能等它們都各具特點，各有優勢，但它們的正常運行主要是依靠電子電力技術。

蓄水儲能與壓縮空氣儲能主要是對電力高峰期進行調節，但是對地理條件的要求較高。電池儲能的精密性高，需要在技術成熟的條件下進行，理論上可以用于電力調峰，單電池使用壽命有效，這成為蓄電技術的難點。飛輪儲能的儲能量有限，運行復雜，一般用于電能質量調節。

三、電能質量控制

（一）電源諧波檢測和分析技術

諧波的測量和分析都是以思想諧波治理為前提條件的，精準的諧波測量和分析可以為諧波的治理提供準確的依據。自提出快速傅里葉變換算法（FFT）以來，基于傅里葉變換的諧波測量得到了普遍應用。然而基于傅里葉變換的諧波測量要求整周期同步采樣，不然就會嚴重影響其效果。因此，怎樣減少因同步偏差而引起的測量誤差成為電子電力技術人員迫切要解決的難題。

（二）電能質量控制和管理

首先，電能質量的控制和管理主要包含功率因數校正和濾波器設計，由于傳統的無源濾波器體積和重點都很大，還需要對不同的頻率進行設計，而功率因數較技術正是提高功率因數和降低諧波污染的重要途徑。如今，電能質量控制和管理的研究重點在與PFC控制技術上，比如：單開關、多開關以及軟開關三相PFC電路的研制，軟開關技術與PFC技術的融合已經成為未來的發展趨勢，雖然目前的PFC產品受到功率的限制，但應用于分布式新能源發電系統卻是重要機遇。

四、總結

綜上所述，隨著科技的發展，新能源的開拓和使用技術越來越成熟，但是，要真正做好新能源發電技術，還需要從解決先存的各種問題，因此，電子電力技術人員應在在電氣、電子、控制和信息等工程技術領域加強合作研究，通過系統集成和技術融合，實現各種技術的突破，我相信，我們一定可以克服各種困難，迎來新能源造福人類的燦爛明天。

參考文獻：

[1]Rechten H.可再生能源技術[A].中美清潔能源技術論壇論文集[C],2001

[2]湯天浩.新能源與變換:系統集成、技術融合及應用展望[J].電源技術學報,2004,2,1

[3]李俊峰,高虎,王仲穎.中國風電發展報告[M].北京:中國環境科學出版社,2008

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一、當地政府對太陽能政策的獎勵措施

目前，吉林省《吉林省關于加快光伏產品應用促進產業健康發展的建議(128號)》光伏發電項目的發電量，實行按照電量補貼的政策，補貼標準在國家規定的補貼基礎上，吉林省再補貼0.15元/千瓦時。目前國家對吉林省太陽能光伏發電的最新補貼政策為：太陽能發電項目享有國家補貼0.14元/千瓦時和省級補貼0.15元/千瓦時，共計0.29元/千瓦時。

二、使用者的效益評估

試點工程屋頂安裝共計總裝機容量為15KW，根據主要分為三種形狀的多晶硅太陽能電池板，分別為規格為2380mm*990mm*40mm的方形多晶硅太陽能電池板，規格為斜邊3366mm*直角邊2320mm*直角邊2380mm*厚度40mm的直角三角形多晶硅太陽能電池板和規格為1770mm*3345mm*40mm的平行四邊形多晶硅太陽能電池板陣列，從使用者的角度出發，他們最關心的是太陽能電池板的實際發電量，按照筆者調研數據計算，調研項目中的屋頂每塊規格為1640mm*990mm*40mm多晶硅太陽能電池板的日平均發電量為1千瓦時，每塊多晶硅太陽能電池為250W，那么總裝機容量為15KW的發電量為60千瓦時，按照國家和吉林省太陽能光伏發電補貼共計0.29元/千瓦時計算，平均每天可以獲得17.4元補助，每年可以獲得6351元補助，如果余電上網賣掉，價格為0.88元/千瓦時，根據太陽能光伏電池板的價格按功率（W）計算單價的標準，市場價格4元/瓦，屋面15KW的多晶硅太陽能電池板的價格共計為6萬元，每年發電量共計21900千瓦時，按長春民用建筑電費0.56元/千瓦時計算，每年節省1.2264萬元，加上國家和吉林省補助的費用，每年共計節省1.8615萬元，預計不到4年就能收回屋面多晶硅太陽能電池板的成本，其后22年壽命內預計可以獲得利益40.953萬元。如今，生產技術的日新月異，不僅提高了晶硅電池的品質，同時也大大降低了晶硅電池的成本，投資回收預期較為理想，國家與吉林省扶持太陽能光伏建筑的好消息頻出，新能源與建筑大戶的結合前景廣闊。

三、環保效益評估

對于居住建筑而言，提高可再生能源的利用率，發展和普及太陽能光伏發電與建筑適配的方法是改善生態和保護環境的有效途徑。太陽能光伏發電系統充分利用了節能環保的太陽能資源，對環境無任何負面影響，同時減少了煤、石油、天然氣等常規能源的使用，效益明顯。太陽能是取之不竭的能源，每天在地球上的照射量相當于全世界所需能源的三千多倍，然而無法再生，用完就沒有的化石燃料，卻是我們主要的能量來源，而且，因為化石燃料所產生的環境問題，例如空氣中的酸雨、污染、溫室效應氣候變化等，這些都是確定的事實，不過，這些問題似乎都還不算嚴重，所以，世界每年的化石燃料使用量仍然不斷上升，再過不久，這些化石燃料的蘊藏即將殆盡，世界各國的能源戰爭，也早已上演。因此，促進使用和研發太陽能的政策，不僅是著眼于環境保護，更是一種促進世界和平的貢獻。環保效益主要對環境的優化有利，從節能減排的角度分析，太陽能光伏發電是真正的零排放和零污染，有良好的環境效益。從能夠改變局部生態的角度分析，吉林省總體干旱少雨，安裝太陽能電池板后，對減少水分蒸發起積極作用，對民生有利，對經濟可持續發展亦有利。據相關數據總結，每節約1度(千瓦時)電，就相應地節約了0.36千克的標準煤，同時減少污染排放0.272千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳(C02 )、0.03千克二氧化硫(S02 )、0.015千克氮氧化物(NOX)。[1]綜上所述，試點工程25年總發電量為547500千瓦時，全部為自發自用，該發電量與相同發電量的火電廠相比，25年共計可以節約標準煤197.12噸，同時每年可以減排二氧化碳545.84噸、氮氧化物8.2噸、二氧化硫16.4噸、粉塵0.52噸、碳粉塵148.92噸。綜上所述，該試點工程的實施成功的為吉林長春的節能減排做了貢獻，具有良好的經濟、社會和環境效益。

四、試點工程預期成果

試點工程的預期成果為在保證屋面多晶硅太陽能電池板與建筑結合最美觀，最經濟的情況下，將多晶硅太陽能電池板最恰當的規格與屋面進行適配性有機結合，抗長春當地風壓、雪壓，保證一年四季正常運營，同時保證了屋面自身的保溫、防水功能，保證了整個小區的美觀，試點工程預期的太陽能光伏發電能耗回收期為3年，3年可以保證多晶硅太陽能電池板成本的收回，剩下的22年能繼續創造余下的經濟價值，在發電的同時，能為環境保護做出貢獻。

五、結論

根據屋面與異形的多晶硅太陽能電池板的結合總裝機容量15KW，屋面多晶硅太陽能光伏電池板總價共計6萬元的現狀，以及試點工程選用的戶用并網光伏發電系統，結合國家與吉林省對太陽能發電項目的新的按照電量的補貼政策和相關環保效益評估數據，總結出使用者在投資屋頂太陽能發電后3年后開始能耗回收，多晶硅光伏電池板的壽命為25年，22年的可回收年壽命內預計可以獲得經濟利益40.953萬元， 25年總發電量為547500千瓦時，該發電量與相同發電量的火電廠相比，25年共計可以節約標準煤197.12噸，同時每年可以減排二氧化碳545.84噸、氮氧化物8.2噸、二氧化硫16.4噸、粉塵0.52噸、碳粉塵148.92噸。綜上所述，該試點工程的實施成功的為吉林長春的節能減排做了貢獻，具有良好的經濟、社會和環境效益。本文重點針對試點工程長春與海外創業園住宅屋頂集中式太陽能光伏發電系統中光電利用形式，從住宅建筑構造的角度出發，解決了長春海外學人創業園住宅屋面與多晶硅太陽能電池板的適配性問題，綜合長春嚴寒C區的地理條件、氣候特征和太陽能資源，綜合住宅的建筑布局、朝向、間距、群體組合方式和空間環境，綜合住宅外觀、住宅功能、周邊環境、電網條件和系統綜合運行方式，綜合建筑設計，光伏電池組件安裝位置與方式、組建選擇和安裝規模等研究設計出長春海外學人創業園住宅屋面與多晶硅太陽能電池板的屋面、檐口適配性的設計節點詳圖，以及適配的各個構件規格，屋面工程做法。盡管太陽能光伏的應用成本與常規能源相比仍然偏高，但隨著太陽能光伏電池板的普及，隨著未來科學技術的進步，光伏轉換率將有所提高，相關配套設施成本的降低，[2]太陽能儲能技術的進步，社會用電需要的增加，特別是綠色、生態的無污染的太陽能的觀念的深入人心，太陽能光伏發電的結構必將會逐步改變全世界人們的用能結構。由于我國人多地少，每年大量的新建建筑量大而面積廣的社會主義基本國情短期內不會有較大的變化，可以預計不久的將來只有太陽能光伏發電與建筑結合才能使太陽能光伏發電真正的融入人們生活的每個角落。

六、前景展望

8分鐘又20秒，光子從太陽表面到達我們的星球。在這段超過一億五千萬公里的旅程之后，我們的皮膚以每平方厘米10兆個光子的密度，接收太陽的熱能。太陽能不僅無所不在，也是我們所在世界最初和最后的能源。太陽能經濟體系不僅建立在太陽能使用的技術上，同時也為房地產與建筑世界開創了新的商機。本論文僅僅只對海外學人創業園住宅與多晶硅太陽能電池板在屋面適配的節點詳圖進行了研究設計，研究過程中存在著諸多不足之處，還有許多實際的問題要結合國家政策綜合進一步研究，展望未來，太陽能光伏建筑一體化的設計將會成為光伏建筑未來主要的發展方向，當下我國正處于城鎮化建設的期，每年的總建設面積高達20億m2，而且此階段預計還要繼續持續30年以上，換句話說，未來我國30年的總建筑量將超過歷史的總的既有建筑數量，這些建筑的能源使用效率將會決定未來我國能耗水平和CO2氣體的排放量。城鄉建設領域是建筑的主要領域，也是太陽能光伏發電技術應用的主要領域，因此，要把握住這種“空前絕后”的建設機遇，大力提寒地區太陽能與建筑的適配性，開發節能建筑的市場潛力。太陽能光伏建筑一體化方興未艾，任重道遠。吉林省太陽能產業發展起步較晚，我們等需要站在能源戰略的高度，加速發展戰略性新興產業，明確太陽能光伏產業與建筑結合的積極意義。太陽能建筑一體化還有利于電源結構的優化，全省光伏發電在二次能源中還處于空白階段，如果能夠做到太陽能光伏與建筑大量地結合，并網發電，與在二次能源中占18.8%的風力發電互補，做到“風光互補”，還能進一步促進全省二次能源的優化。解放民眾思想，提高對太陽能光伏建筑一體化產業的普遍認識，這不但對調整太陽能建筑一體化產業結構有益，對整個吉林乃至全國的能源結構有益，而且還對改善環境，對低碳經濟，對加速實現節能減排等政策將起到積極促進作用，意義深遠。光伏發電是比較有前景的新能源發電技術，自身很難起到主導作用，但與能源大戶結合起來，能造福子孫后代，緩解能源壓力，前景意義深遠。最后，希望本論文對嚴寒地區別墅住宅屋面與多晶硅太陽能光伏電池板適配性的相關研究與設計詳圖能夠提高大家對光伏建筑設計的關注度，激發多面性的思考，提供一些思路，達到拋磚引玉、投石問路的效果。

作者:趙暉 郭格靜 謝偉雙 單位:長春工程學院建筑與設計學院

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（一）太陽能。

太陽能是一種人類取之不盡用之不竭的可再生能源，它具有清潔性、安全性、廣泛性、持久性、充足性、免維護性及潛在的經濟性等優點，具有重要的戰略地位。水能、風能、潮汐能可用的總量都太小，滿足不了人類的需求。核聚變能雖然產生的能量巨大，但有不可控性及安全問題。地熱能從理論上看也具有潛力，但是存在技術和安全性的問題。所以，太陽能是人類所知，目前已經可以利用的，清潔安全的，能夠解決人類未來所需的唯一能源選擇。人類直接利用太陽能還處于初級階段。太陽能發電是一種使可再生能源被利用的新興方式。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電，簡稱“光電”.

（二）光伏發電。

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術所需要的關鍵元件是太陽能電池。光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發電設備極為精煉，可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。從理論上講，光伏發電技術可以在任何需要電源的場合發揮作用。光伏發電系統由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統等設備組成。它是近年來發展最快，最具經濟潛力的能源開發領域。

（三）光伏產業鏈。

光伏產業鏈主要包括硅料、硅片、電池片、電池組件、應用系統5個環節。上游為硅料、硅片環節；中游為電池片、電池組件環節；下游為應用系統環節。整個產業鏈從上游到下游呈明顯的金字塔分布，隨著產業鏈的增加市場容量和企業數量不斷增加，由于硅料特別是高純度的硅料在整個光伏產業鏈中利潤最高，因此處在上游的企業所獲得的利潤很明顯的高于下游企業。我國光伏產業現已形成了比較完整的產業鏈，如今正處在快速發展的階段，2009年我國內地多晶硅產量超過了兩萬噸，太陽能電池產量超過了4000兆瓦，已經連續3年成為全球太陽能電池的第一大國。

2010年5月，中國光伏產業聯盟成立，此聯盟以規范發展、推動應用、引導行業聯合創新為核心，研究鼓勵光伏產業發展的各項政策，加大對企業技術改造和產業升級的支持力度，其中主要包括22家國內光伏骨干企業、行業協會及研究機構。中國光伏產業聯盟始終致力于整合產業資源、推進結構調整、轉變發展方式，加大行業凝聚力，增強國際影響力與競爭力。

二、光伏產業的發展現狀

世界光伏產業在過去10年內每年以30-40%的速度增長，論文格式根據Solarbuzz最新數據統計，2007年全球光伏系統裝置新增容量為2826MW,同比增長62%.光伏產業一直是政府宏觀調控在進行政策支持，通過產業自身不斷技術創新，企業不斷規模化而迅速發展。但是全球光伏發電的補貼卻處在下降階段，這就驅使光伏產業不斷尋找科技創新、降低成本的途徑。到2012年時全球光伏產業發展迅速。

（一）經濟的發展促使光伏產業的發展。[論/文/網 LunWenData/Com]

經濟迅速發展帶來的負面效應是資源的大量消耗，特別是化石能源日益減少，同時環境受到破壞，日益嚴重的溫室效應，因此各國均大力發展太陽能利用技術，其中發達國家因其經濟發達、能源消耗大而起步較早，日本、歐美等國家在技術和應用上都處于領先地位。但是太陽能發電成本與傳統能源相比較高，因此需要政府給予政策扶持。20世紀90年代末，“陽光計劃”在歐美、日本等國家內開始實行，政府在許多方面采取政策支持，例如太陽能發電的價格、國家稅收、發展基金等方面給予較大優惠。同時，歐洲一些高水平的研究機構在政府的資助下也加大了對太陽能能源利用的研究。

（二）中國光伏產業的發展。

近年來，中國經濟發展之迅速受到了世界的矚目，但同時我們也深刻地意識到，在能源構成中，煤占有著主導的地位，煤的直接燃燒會產生大量污染物，給環境帶來嚴重的影響，從環境和能源雙重考慮，政府正積極開發利用可再生資源。在我國廣闊的土地上，太陽能資源開發和利用的潛力非常廣闊。年平均日照超過2000小時，大多數地區年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，西藏日輻射量最高達每平米7千瓦時，與同緯度的其他國家相比，有著巨大的優勢和開發潛能。

中國光伏技術在20世紀70年代興起，起初用于空間，70年代后光伏應用擴大到地面，中國的光伏產業應運而生，每年以400%的速度快速發展，短短5年一躍成為世界第一強，中國光伏產業取得的進步世界矚目。根據《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，我國將力爭使太陽能發電裝機容量達到1.8GW（百萬千瓦），到2050年將達到600GW（百萬千瓦）。預計，到2050年，中國可再生能源的電力裝機將占全國電力裝機的25%,其中光伏發電裝機將占到5%.預計2030年之前，中國太陽能裝機容量的復合增長率將高達25%以上。中國光伏產業一方面擁有相對的電池技術、半自動化的設備和人力的最佳生產模式和成本優勢，但是另一方面光伏產業鏈還不健全，關鍵技術上有所欠缺，與國外相比，我國光伏產業市場化進程卻相對緩慢。過去幾年中國政府和業界人士一直共同努力改善“原料、市場、技術和設備”四個都在外的情況，但是從整個產業鏈來看，我國光伏產業主要集中到2010年9月人民幣兌美元的名義利率已超過20%.直接導致的后果就是影響廣東省服裝貿易的進出口量。據統計，人民幣升值1%,服裝行業的出口產品的營業利潤將下降10.3%,人民幣升值到5%到10%的這個階段，服裝行業的利潤率將下降到10%到60%.人民幣的升值還將影響到外資對廣東省服裝行業的投資積極性。

2.周邊地區競爭激烈。

近年來隨著經濟的加快運轉，江蘇、浙江、福建等省份服裝產業的發展尤為迅速，以自創品牌、推行特許加盟等模式來占領市場。加上中西部地區開始重視服裝產業的發展與建設，產業環境和政策環境都在逐步優化，競爭優勢越來越明顯。這些地區的服裝出口規模不斷擴大，這對廣東的服裝業造成了一定的影響。

3.國際服裝貿易保護主義下導致的貿易壁壘。

自從2005年服裝配額取消以來，我國對歐美地區的服裝出口大幅度增長，為了保護本地區的利益，美國、歐盟啟動了“特保”條款，對多種服裝實施進口數量限制。

三、廣東省服裝出口的發展戰略措施

（一）提高品牌意識。

高產出、低附加值已經不適合廣東服裝發展的道路，廣東省只有轉變服裝出口的模式。面對全球經濟一體化的今天，廣東省服裝企業應逐步認識到其經營規模和競爭力已亟待改善。自己的企業要盡快變革，形成品牌效應，抓住時機融入世界經濟舞臺。

（二）組建大型服裝集團。

采取強強聯合、工貿聯合、內外貿聯合、跨地區聯合組建大型服裝出口集團，國家應給予必要的支持政策，加大國家資本退出的速度，以此強化企業的市場化職能。在更短的時間內率先允許服裝業內外貿的合并，允許企業重組和國有資本退出，原有的外貿專營權同步轉移。

（三）優化產品結構。

建立有效的營銷激勵機制集中現有優良資產、優勢資本和優良技術裝備，開發市場適銷的特色化產品，增加高附加值產品，提高產品毛利率。對于積壓產品、虧損嚴重的產品要堅決停產，將產品產銷率提高到國家要求的水平。加強營銷管理，要把“質量、效率、低耗、效益”有機結合起來，強化全員的市場意識，增強營銷人員的責任感和積極性。

（四）加強地區交流。

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中圖分類號：TM7 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）009-000-02

引言

作為能源戰略調整、轉變電力發展方式的重要內容，近年來，以風電、太陽能為代表的可再生能源發電技術在中國得到了快速發展。目前主流的太陽能發電技術主要有光熱發電與光伏發電兩種形式，其中太陽能光熱發電是通過光學聚焦原理，將太陽光通過拋物形鏡面聚集起來產生高溫，加熱傳熱介質，最后通過工作介質驅動熱動力裝置并帶動同步發電機發電。相對于光伏發電，光熱發電能實現電網大容量供電，是太陽能大規模利用的有效途徑之一，當前投資成本過高是限制光熱電站發展的主要障礙。風能利用的主流形式是采用風力發電機組（如雙饋風機、直驅永磁風機等）將風能轉換為50Hz的工頻交流電，并接入電網。與常規能源電站相比，風功率的可預測性和可控性均較差，其大量接入會顯著影響電能質量和電網穩定運行。將光伏、光熱與風能聯合構成發電系統，可顯著改善總體的有功輸出特性，提高電網運行的安全性和穩定性。本文依托風光熱儲智能互補綜合示范項目工程，介紹了太陽能光伏發電、太陽能光熱發電和風能發電三種型式聯合發電的電氣二次部分功能、電氣二次設計的方案。

一、項目總體介紹

深圳中科藍天包頭達茂旗600MW風光熱儲智能互補綜合示范項目立足于新能源，借助達茂旗地區豐富的太陽能資源與風能資源，通過風光熱儲智能互補，實現負荷平穩輸出。項目總規模600MW，建設發電形式為太陽能光伏發電、太陽能光熱發電和風能發電三種，其中光熱工程采用塔式集熱方式。

二、項目太陽能光伏、風能發電部分

1.逆變器選型

光伏并網逆變器按容量大小劃分主要有20kW、28kW、40kW、100kW、250kW、500kW、750kW、1000kW等幾種容量等級，一般大容量逆變器效率要高于小容量逆變器。但逆變器容量過大，一旦故障，電量損失較大。綜合以上兩因素，本項目采用單臺容量為500kW的逆變器。目前國內500kW逆變器技術已經成熟，廣泛應用到光伏發電系統中，性價比高，用戶反映良好。

逆變器按結構分為有隔離變和無隔離變兩種。從造價考慮無隔離變逆變器要優于有隔離變逆變器，且能減少每個逆變器室占地面積。因此，本項目選用無隔離變逆變器。

2.匯流箱接線方式及逆變器單元接線方案

本項目206MWp的光伏陣列可分為206個1MWp的光伏方陣，組成206個1MWp并網發電單元，每1MWp的并網發電單元的光伏組件都通過直流匯流裝置分別接至2臺500kW的逆變器。每個1MW光伏發電單元共安裝4032件260Wp光伏組件，每21件光伏組件串聯為一個支路，共192個支路，各支路平均分配接入14個PVC-16直流匯流箱，1至7號PVC-16直流匯線箱接入1面直流防雷配電柜，8至14號直流匯線箱接入1面直流防雷配電柜，共2面直流柜；每面直流防雷配電柜出線接入1面500kW逆變器柜，共2面逆變器柜。

3.光伏、風能發電部分升壓站UPS電源及直流電源

光伏、風能發電部分升壓站設置2套交流不停電電源（UPS），容量為10kVA。

升壓站采用控制負荷與動力負荷混合供電的220V直流電源系統，共裝設兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關型。每組蓄電池容量為400Ah。

4.光伏、風能發電部分二次線、繼電保護及自動裝置

（1）升壓站部分

光伏、風能發電部分升壓站電氣設備監控采用計算機監控系統，設置網絡監控系統，通過遠動工作站與中調、地調進行信息傳送和遠程監控。網絡監控系統采用分層分布式結構。主變壓器保護采用雙重化配置，非電量保護單套配置，保護裝置采用微機型、35kV配電裝置配置微機型綜合保護測控裝置。35kV線路及220kV線路側設置電能質量監測裝置。為防止升壓站電氣設備誤操作，設置一套微機五防閉鎖系統。本升壓站配置GPS/北斗星時間同步系統各1套，為保護和自動裝置提供時間同步信號。

（2）光伏區部分

光伏發電系統設備監控采用計算機監控系統，和升壓站監控系統共用上位機，由升壓站監控上位機統一進行管理。光伏監控系統通過光纖環網將光伏通信設備與升壓站監控系統站控層通信設備互聯。每個逆變器房設2臺直流配電柜測控單元用來采集每路直流回路的電流、直流母線電壓及直流空開的跳閘信號以及煙霧報警信號，并將其上傳給光伏發電計算機監控系統。箱式變壓器的運行狀態信號由就地設置的箱變智能測控單元采集，通過光纖網絡上傳給升壓站光伏監控系統。

匯流箱里的每組電池串配熔斷器作為整個電池串的保護，出線設直流空氣開關用來保護匯流箱至直流配電柜之間的電纜。逆變器設過流、單相接地、過載、過壓、欠壓、孤島保護、電網異常等保護。箱式變壓器高壓側設熔斷器作為變壓器內部的短路保護；低壓側設空氣開關，帶智能脫扣器，作為箱式變壓器至逆變器之間電纜的保護，同時兼做逆變器的后備保護。

（3）風電場部分

風電機組采用微機監控系統。微機監控系統分就地監控系統、遠程中央監控系統、遠程監測系統三部分。箱式變壓器的低壓側開關采用就地和遠方控制方式。

風力發電機設有過載、堵轉、短路、缺相、三相不平衡、過壓、失壓、溫度過高、振動超時、過速、電纜纏繞等保護。風電機組需監測電網的電壓、頻率，發電機的電流、功率、轉速、功率因數和風速，風向，葉輪轉速，液壓系統狀況，偏航系統狀況，系統狀況、齒輪箱狀況、軟啟動狀況，風力發電機組關鍵設備的溫度及戶外溫度等。

箱式變壓器的非電量信號及高壓熔斷器、刀閘、低壓開關的狀態、箱變內火災報警等信號由箱變智能監控單元采集，箱變智能監控單元通過光纖環網與變電站內監控系統的以太網交換機連接，箱式變壓器的控制及信號監視由升壓站監控系統來完成。

三、項目太陽能光熱發電部分

1.發電機及勵磁系統

光熱發電部分發電機采用交流勵磁機帶旋轉整流器的無刷勵磁系統，或機端自并勵靜態勵磁系統。自動電壓調節裝置（AVR）采用微機型，且為雙通道冗余配置，隨發電機成套供貨。

2.光熱發電機組UPS及直流系統

光熱發電部分每臺機組設置一套靜態型交流不間斷電源裝置（UPS），UPS容量為60kVA。UPS系統包括主機柜（靜態轉換開關、整流器、逆變器、輸入/輸出隔離變壓器、手動旁路開關）、旁路柜、饋線柜等。

本光熱發電機組采用控制負荷與動力負荷混合供電的220V直流電源系統，兩臺機組共裝設兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關型。UPS屏及直流屏布置在主廠房UPS及直流屏室內。

3.光熱發電機組二次線、繼電保護及自動裝置

光熱發電機組及廠用電源系統采用DCS集中控制方式，僅在LCD操作臺上留有發電機斷路器、滅磁開關的緊急跳閘按鈕。發變組及廠用電源操作員站布置在主廠房集控室內。

光熱工程220kV升壓站設備采用微機監控方式，設置網絡監控系統，通過遠動工作站與中調、地調進行信息傳送和遠程監控。網絡監控系統操作員站布置在主廠房集控室內。

光熱工程發電機變壓器組、高壓廠用電源、啟動/備用變壓器保護裝置采用微機型，保護采用雙重化配置，非電量保護單套配置，保護屏布置在主廠房電子設備間內。6kV廠用設備保護采用綜合測控保護裝置，380V廠用電動機保護采用智能馬達控制器。

每臺光熱發電機組設置1套自動準同期裝置和1面發變組故障錄波裝置柜。6kV工作段每段裝設1套微機型快速切換裝置。機組測量及自動裝置柜布置在主廠房電子設備間。為防止升壓站電氣設備誤操作，設置一套微機五防閉鎖系統。光熱機組配置GPS/北斗星時間同步系統各1套，為保護和自動裝置提供時間同步信號。

四、總結

本論文的內容主要是風光熱儲電廠項目的電氣二次設計特點及方案。本設計首先對項目概況及規模進行總體分析，其次是介紹該項目太陽能光伏、風能發電部分的主要設計方案，下一步就是介紹該項目太陽能光熱發電部分的主要設計方案。在設計過程中還要對相關圖紙（主接線圖、保護配置、監控系統、自動裝置） 進行選擇和繪制，希望本論文能夠使我們對風光熱儲電廠項目結構和設計理論有進一步的理解和認識，對新能源電力系統有更深的了解。

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1、研究意義

近幾十年來，世界經濟經歷了跨躍式的發展，經濟的發展離不開能源的支撐，世界能源的消耗量不斷增長，地球上有限的能源儲藏量和人類社會經濟不斷發展的矛盾越來越受到世界各國政府的關注。1990年到2010年，全世界的生產總值年平均增長3%左右。據統計，在過去的這30多年里，全球一次能源的消費量每年平均增長1.8%左右。按照現在經濟發展和能源消耗的速度，地球上的化石能源在百年左右將會枯竭。按國內專家計算，中國現有的石油資源只夠開采約15年，天然氣約40年，煤炭約80年。按照現在經濟發展和能源消耗的速度，地球上的化石能源在百年左右將會枯竭。

伴隨著石油、煤炭等一次能源的大量消耗，全球的環境問題日趨惡化。以煤炭為主要燃料的火電，造成了嚴重的粉塵污染，大型火電廠排放的燃煤污染物可以污染方圓幾百公里的范圍，在北京、上海出現的沙塵暴中都含有大量的煤炭污染物；另外火電的耗水量接近我國工業耗水量的一半，嚴重污染了水資源，其排放的二氧化硫污染物是形成酸雨的主要物質之一。石油、天然氣等其他一次能源的大量使用造成了嚴重的空氣污染，燃燒產生的二氧化碳直接造成全球的溫室效應。但是由于電力需求的增加，近年來我國的火力發電量還在逐年提高。人類社會經濟的可持續發展需要穩定持續、清潔環保的能源，然而目前主要使用的化石能源的儲藏量并不能支撐人類社會長期穩定的發展。與傳統的化石能源相對，水電、風能、太陽能，以及生物質能這些可再生的清潔能源應該成為未來支撐人類社會和全球發展的主要能源。我國的能源目前80%依靠煤炭，而全世界的平均水平不到30%。隨著能源需求的快速增長，地下的煤礦被過度的開采，地下和地表的水資源遭到污染和破壞，尤其在我國的西北地區，生態環境遭到嚴重破壞，土地沙漠化和空氣污染問題愈發嚴重，為了解決這個問題，我國應積極發展低碳經濟，優化我國的能源結構，走經濟社會可持續發展道路。

據目前權威數據顯示，每天達到地面的太陽輻射能約為2.5億桶石油，而且太陽能是一種綠色無污染能源，基本上不會造成任何環境問題。因此，自上世紀70年代開始，各國都將開發利用太陽能視為一個重大電力項目，作為本國能源可持續發展的一個重大舉措。當前，對太陽能的利用主要有太陽能光化利用、太陽能發電利用、太陽能動力利用等，其中太陽能光伏發電被看作是最具潛力的一種。進入21世紀，光伏發電發展迅猛，尤其是近幾年，由于光伏技術的迅猛發展，太陽能電池及配套組件年增長率達到驚人的33%。太陽能光伏發電進入了一個發展期，為了激勵光伏發電市場，一些發達國家制定了符合本國國情的措施；其中在眾多國家中德國提出的“上網電價政策”及“10萬屋頂計劃”，在太陽能利用率和裝機容量方面多處于領先地位，為世界各國多方位的發展光伏發電系統提供了樣例，大大的促進了光伏發電系統的應用。

2、光伏發電研究現狀

在過去的40多年里，光伏發電產業從無到有，從小變大，隨著光伏發電規模的不斷擴大，光伏發電技術的不斷發展，光伏發電已成為現在世界電力工業的不可或缺的重要組成部分，在最近的10年里光伏產業實現了跨越式的發展，表1展示了近10年的全球光伏裝機容量的增長趨勢。并且這種強勁的發展勢頭將繼續保持下去。歐洲光伏發電產業協會（EPIA）日前的數據顯示，截至2012年底，全球光伏發電累積裝機容量達到10.2萬MW，比上一年增加44%。在截至2012年底的全球累積裝機容量中，歐洲占7成，德國（31%）和意大利（16%）加在一起占全球的接近一半，其次是中國（8%）、美國（7%）和日本（7%）。

截止 2012 年底，全年在全世界范圍內的光伏發電系統安裝容量已達到大約30GW，其中之前占據全球六成光伏市場的德意兩國在今年增長緩慢，只占據了40%左右，其中德國占26%，意大利占10%；中國的市場份額僅次于德國，占據16%；美國排在第三位，占據13%，但是美國的實際裝機容量低于預期，日本占據全球市場的7%；東歐和印度市場增長較快，高于預期。

目前，我國的光伏發電技術發展迅速，但是與世界先進水平相比，在技術層面還是落后于世界先進水平的，主要因為我國的太陽能發電研究起步較晚。隨著我國與光伏產業水平先進的發達國家（德國、日本等）之間光伏項目合作的深入和國家對光伏產業的扶持補貼制度，有力的刺激了我國的光伏產業的發展。在“十一五”期間，兆瓦級別光伏并網發電電廠的成功試點給國內大容量光伏并網電廠的研究和建設開辟了道路。除了財政補貼和技術支持，國家出臺的支持新能源產業發展的相關法律和通知，如《可再生能源法》、《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》、《太陽能光電建設應用財政補助資金管理辦法暫行辦法》和《關于實施金太陽示范工程的通知》、《可再生能源發展“十二五”規劃》、《太陽能光伏產業發展“十二五”規劃》和《太陽能發電“十二五”規劃》都為我國的光伏產業的發展提供了有力的保障和支持。預計在未來的10年內光伏發電的電價將會進一步降低。目前，我國已經有大量的成規模的光伏發電工程建設完成并投入運行。2012年10月，國家電網公司《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》，在提高分布式光伏發電項目并網服務效率、免收相關費用等方面做出15條承諾，各級電網企業認真履行各項承諾，確保并網服務工作實施有序、服務暢通[10]。這為小型光伏電站的并網敞開了大門。在2012年全國的并網太陽能裝機容量為3.28GW，同比增長47.8%，發電量3500GW時，比上年增長4.1倍，在過去的2013年里也建成了大約3GW的光伏并網裝機容量，基本實現了年底全國累計裝機容量達到6GW的目標。根據我國國家能源局公布了《2014年上半年光伏發電簡況》（以下簡稱《簡況》）。《簡況》顯示，2014年上半年，我國新增光伏發電并網容量3.30GW，比去年同期增長約100%。其中，新增光伏電站并網容量2.30GW，新增分布式光伏并網容量1GW。

3、光伏發電并網控制策略的研究

要實現并網，不僅要使逆變器側的輸出電流在頻率和相位上與電網電壓保持同步，并能夠很好地跟蹤電網電壓參數變化，且電流總畸變率 THD 要很小，這樣可將對電網諧波的影響降到最低，而且還要使逆變器側輸出有功功率達到最大值，即功率因數接近 1。因此，控制并網逆變器是光伏并網發電控制系統的關鍵所在，選用何種逆變器控制策略也會影響整個系統的效率。

由于光伏發電系統的輸出不具有同步發電機那樣的外特性曲線，為了使光伏并網逆變器輸出設定要求的電壓、頻率、相位的電能，需要對光伏并網逆變系統進行相關的控制，一般是對光伏并網逆變器的輸出電流進行控制。并網逆變器的電流控制方法其實就是從采用來的電網電壓中分析有無變化和何種變化，然后輸出反映了該變化的指令信號，使得逆變器的輸出電流實現對電網電壓的跟蹤。逆變器依據控制對象的不同，可以將逆變器分為電流源型與電壓源型兩類。直接電流控制與間接電流控制是兩種常用的逆變器控制策略。間接電流控制無需電流反饋，控制算法相對比較簡單，但是間接電流控制對系統參數敏感，電流動態響應慢。而直接電流控制需要電流反饋，且電流的響應速度快，輸出電流的質量較好，適合進行精密控制。本文中對常用的瞬時值滯環比較控制、定時比較控制、三角波比較控制、滑模變結構控制、無差拍控制等是較常用的電流控制方式進行了分析比較，重點分析PI控制和重復控制，PI控制的參數較少，簡單可靠，易于實現，減小系統的穩態誤差，但是并不能完全消除穩態誤差，PI控制的抗干擾能力也較差。重復控制則可以實現對參考信號進行無差跟蹤，實時控制效果較差。

近年來，隨著數字控制技術的快速發展，已漸漸取代了模擬控制技術。數字化 PWM 控制算法因其算法簡單、控制效果好、硬件調試電路比較簡單，這樣使得硬件成本下降不少，因而得到了不斷發展，應用前景廣闊。為了使并網逆變器側輸出單位功率因數且無諧波的正弦電流，世界各國的研究人員經過不斷的摸索與實驗，提出了多種有效的數字控制方案。針對并網電流控制，僅僅采用常見的控制策略有重復控制、滯環控制、無差拍控制、PI 控制等實現單位功率因數運行是不夠的，我們應當根據不同情況下的不同控制目標，來采取多種控制策略的轉換來實現。

為了改善逆變器輸出波形，針對以上的一系列并網控制策略，國內外的專家學者進行了一些改進。文獻（1）提到，將擾動觀測器加入無差拍控制中去，通過觀測器發出擾動可以實時觀測負載電流，增強了負載適應性。滑膜變結構控制是一種非線性控制方法，魯棒性較強，因為具有固有的開關特性非常適合應用到逆變器的控制中去。文獻（2）利用重復控制技術對逆變器輸出波形進行諧波抑制。重復控制技術的特點是輸出特性相對穩定，諧波含量較少，系統穩定性強，但是對誤差的跟蹤性能較差，會延遲一定時間。文獻（3）等人在控制系統中加入PID控制方法，可以對開關周期進行追蹤通過較為精密的參數設置可以是系統獲得良好的性能，彌補波形輸出質量不高這一缺點。彭傳彪等人提出滯環電流控制是一種優越的非線性控制，控制簡單，易于實現，但是因為環寬的局限性導致開關頻率不穩定，諧波種類較多。針對這一問題提出了自適應滯環電流控制策略，采用基于滯環電流控制的的復合控制策略，通過改變環寬來實現開關頻率的固定，減少輸出波形的畸變率，抑制諧波。文獻（4）引入頻率反饋環節，考慮開關頻率的周期性變化，通過PI控制器調整滯環控制器的環寬值，使用模糊推理在線整定比例參數，提高了系統的動態特性。文獻（5）通過對比傳統正弦脈寬調制技術的優缺點和應用方法，在此基礎上提出一種改進方法―反相載波交點式采樣法，該方法的調制效果接近自然采樣法而優于不對稱規則采樣法，因此利用該調制方法產生的SPWM波更接近正弦波，控制點時刻的計算只需求解簡單的直線交點方程，控制算法簡單，節省了微處理器的儲存空間，易于在DSP系統中實現。

針對光伏系統直流注入的研究，文獻（6）提出采用半橋拓撲逆變器的方法來抑制直流分量流入電網。文獻（7）提出一種基于直流分量檢測及校正方法，采用高精度檢測電路和檢測元件來實現較為理想的直流抑制效果，但是，這樣成本較高。文獻（8）同時提出在逆變器輸出側串聯隔直流電容器的方法，為了避免基波的壓降過大，要采用較大的電容，但在實際應用中理想電容并不存在，并且電容元件對電路的影響很大，一旦損毀，就會引發斷路，會導致過電壓的現象。文獻（9）將虛擬電容的思想引入直流抑制中，通過改變控制方法來代替隔直電容，使并網逆變器的輸出中不含直流分量，但是光伏并網系統的LCL濾波電路工作時，采用電容隔直的方法可能失效。文獻（10）提出了一種基于PR與PI聯合控制的直流抑制技術，利用PR控制器的無靜差跟蹤交流參考量、PI控制的無靜差跟蹤直流參考量的特性，這種方法無需增加硬件電路，且只占用很少的控制芯片資源。

4、總結

全球經濟在過去的幾十年里突飛猛進的發展，伴隨著生活水平的節節攀升，人類對傳統化石能源的依賴也越來越強，但是傳統的化石能源總會枯竭，世界各國在能源上的爭奪愈發激烈，加上傳統化石能源的大量使用對環境的破壞又大大影響了人們的日常生活質量。因此，世界各國都將目光轉向了綠色清潔的可再生能源，太陽能發電就是眾多可再生能源利用方式中一種，日益成為各國在新能源利用方面的研究熱點。而光伏并網發電是大規模利用太陽能資源的必由之路，光伏發電在能源結構中扮演著越來越重要的角色，加強對并網控制策略的研究也至關重要。

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篇10

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）17-0120-03

我國電力發展迅速，在電力“十二五”規劃中提到我國要不斷推進電網智能化，因地制宜地發展分布式發電，積極發展風電等可再生能源，而微電網在智能電網中有很大的作用，使得電網更加智能化，并且微電網在某些場合具有很好的經濟性，也具有一定的抗災能力，比如在汶川大地震和雅安地震中運用微電網就可以減少一定的電力災害影響，微電網很好地解決了許多電力問題。而微電網并網是微電網運行的核心，對微電網的并網進行研究有利于微電網快速穩定的發展。微電網并網的技術問題曾一度被視為微電網并網的重要瓶頸，所以研究微電網并網有著重要意義。

1 微電網并網研究現狀

現今電力用戶對供電可靠性的要求越來越高，對環保和利用可再生能源的呼吁越來越高，微電網發電和傳統的電網結合起來能夠達到更高的可靠性；而且有效利用了可再生能源，更加環保，能有效地解決以上問題。隨著新材料和新型的發電技術的發展，微電網在技術上得到了支持。而且我國在不斷推進智能電網，微電網具有的先進的控制系統和靈活的運行方式是智能電網的重要組成成分。微電網技術能夠解決傳統分布式發電分散接入、單獨并網所帶來的整體不受控的問題；當發生電網擾動時，其可有效解決單個分布式電源上關鍵負荷面臨的電能質量問題，同時有利于提升電網可控性，而且未來的電網系統是一個公用大電網系統為主、本地微電網系統為輔的綜合型電網系統。若微電網能夠在孤島運行與并網運行之間進行平滑切換，其作用更大。

我國對微電網還沒有一個較為統一的定義，綜合各研究定義大致是將分散的小型發電設備通過公共連接點（PCC）聯結成網就地供電并能與大型電網聯網運行的電網。其中微電源發電包括燃氣輪機發電、風能發電、太陽能發電等清潔能源發電。對于并網方面，我國對同步發電機與大電網并網（即傳統并網方式）研究較為成熟，且如今的準確度和自動化程度較高。而對于微電網的并網研究也是處于起步階段。它們之間的并網有相同之處也有不同之處。微電網的電源有同步發電機，也有異步發電機，如風力發電。其原理與同步電機、大電網并網有所不同。

微電網系統的并網實現主要是由并網逆變器完成，并網時對微電網的實際運行狀態進行判斷，并且結合正序電壓提取、鎖相環和低通濾波等環節對微電網的運行進行監控取得數據進行并網。并網逆變器主要是完成微電網與公用大電網之間的連接和功能交換。三相全橋式逆變器在微電網并網中得到了廣泛應用。逆變器作為微源與微電網的主要接口扮演著能量轉化和擾動緩沖的重要角色。并網時，它能從PCC處獲取主網電壓的頻率及幅值參考信號以和主網同步運行，三相全橋式逆變器在微電網并網中得到了廣泛應用。

通過逆變器進行并網，極好地減小了電流沖擊。并網逆變器的控制目標是控制逆變電路輸出的交流電流為穩定的高質量的正弦波，且與公共電網同壓、同頻、同相位。我國的并網逆變器原材料80%來自國外，而90%逆變器賣出國外且面對了一年多的歐美“雙反”夾擊，發展不太景氣，且起步較晚，但近來我國的政策不斷激活我國市場需要，促進了并網逆變器的發展研究。

根據現今的研究表明，分布式電源并網，隨著數量的增多實現平衡并不容易，而具有儲能設備的微電網有利于微電網的并網，且有利于電網穩定性，它能提高微電網電能質量、增加系統穩定系、提高微電網的經濟效益，承擔著電力調峰的功能。特別是風力發電和太陽能發電都具有一定的波動性。而儲能設備很好地解決了不穩定的問題。但儲能設備的成本較高，限制了其發展，于是存儲設備也需要同步發展提高，以更有助于穩定電網。

有部分學者提出了一些微電網并網的控制方法。總結起來都是通過電力電子器件監測大電網與微電網的電壓相角和幅值的變化判斷微電網運行狀況進而自動轉換運行方式的方法。其中控制方法有下垂控制、v/f控制、PV控制、采用VSC結構并網、采用潮流控制器（UPFC）并網，通過動態調節逆變器實現微電網與大電網的各參量相等。現今國際上和國內也有了很多示范工程建立起來，為微電網并網研究提供了基礎和條件。

2 微電網并網標準

在國際上，IEEE制定了《IEEE1547分布式電源與電力系統互聯的系列標準》，其中IEEE1547.4《分布式孤島電力系統的設計、操作和集成指南草案》是專門針對微電

網的。

在部分國家也制定了一些相關標準。英國目前主要有《BSEN50438：2007微型發電設備接入低壓配電網技術要求和嵌入式發電廠接入公共配電網標準》。德國先后于2008年1月和2011年8月了發電廠接入中壓電網并網指南和發電系統接入低壓配電網并網指，還了DINEN50438-2008與公共低壓配電網并聯運行的微型發電機的連接要求系統接入低壓配電網并網指南。加拿大目前有2個主要的并網標準，有C22.2NO.257基于逆變器的微電源配電網互聯標準C22.3NO.9分布式電力供應系統互聯標準。還有一些是針對指定微電源并網的并網標準。

我國微電網發電正處于起步階段，雖然國家出臺了很多利好政策，但我國各方面標準缺乏統一高質量的標準，仍需要不斷的優化。我國于2013年2月28日正式了《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》這是繼支持分布式光伏發電并網后，國家將支持范圍擴大至太陽能、天然氣、生物質能、風能、地熱能、海洋能、資源綜合利用發電。此服務意見合理確定分布式電源界定標準。意見明確分布式電源，是指位于用戶附近，所發電能就地利用，以10千伏及以下電壓等級接入電網，且單個并網點總裝機容量不超過6兆瓦的發電項目。包括太陽能、天然氣、生物質能、風能、地熱能、海洋能、資源綜合利用發電等類型。分布式電源并網服務一系列標準和細則的制訂，優化了并網流程，簡化了并網手續，提升了服務效率，切實提高并網服務水平。在分布式電源并網標準體系建設方面，國家電網先后編制了16項企業標準、8項行業標準、8項國家標準。在國家能源局的大力支持下，國家電網成功建設了國家級風電和太陽能發電研發（實驗）中心，具備了風電和光伏發電全系列并網檢測能力。但這些標準還不夠細化，需要不斷地發展調整。政策標準支持主要在于風力發電和太陽能發電，但對于其他微電源并未出臺詳細統一的政策標準。

總體而言國際上和其他一些發達國家要比我國的微電網并網標準先進，但仍然缺乏統一的具有很好約束力的標準，而且還有些標準比較滯后。

3 微電網并網條件及現象

微電網的并網要做的是微電網和大電網聯結運行并向外送電。微電網主要運行作用是就地供電，但在大電網高峰期和缺電時，微電網如果能夠向大電網提供電能便能夠緩解大電網的高峰期壓力，有助于大電網的穩定運行，但是當微電網并網時如果條件不符合標準會影響大電網和微電網雙方的穩定，甚至造成嚴重危害。微電網與大電網并網運行，無論是運用傳統并網方式還是用并網逆變器進行并網，其核心都是要使微電網與大電網在一定條件下穩定并網運行。微電網要與大電網相并網條件有：二者頻率相等、相序相同、電壓幅值相等和相角相等。當然這些都是理想條件，也不要求完全相等，在相應的允許范圍內就可以。根據我國的一些具體并網具體標準：為保證并網安全，需要滿足并網前電壓差值不應超過額定電壓的10%，相角差不應超過10°，頻率差值不應超過額定頻率的0.5%，即不能超過0.25Hz。這里經過仿真比較，選擇相角超前微電網2°，幅值低于微電網0.05p.u.，頻率高于微電網0.2Hz。

通過部分文獻了解到并網相角差易導致微電網中的發電設備損壞，壓差、頻差和角差對切換造成影響的大小不同，得出相角差在并網切換時對系統造成的影響要遠遠大于電壓差和頻率差對其造成的影響。頻率差其次，電壓差對并網造成的影響最小。還有針對并網時的諧波問題提出采用電磁耦合的方式對高頻脈沖寬度調制（PWM）波進行緩沖，抑制高頻諧波注入電網的并網諧波解決方案。

4 仿真驗證

圖1 微電網并網簡化結構

圖2 沒有相角差的并網情況

圖3 相角差為5°時的并網電流

目前已有研究表明：微電網并網時影響最大的是相角差。本文就其相角差并網造成的電流震蕩進行研究。并網時是通過10kVPCC母線將微電網與大電網相并網。大電網是50Hz，相間電壓110kV，微電網為50Hz，相間電壓11kV，微電網由兩組微電源構成，一組風力發電機組，一組太陽能發電機組。用不同的相角差將微電網與大電網進行并網，微電網的相角滯后于大電網5°，比較其電流變化。在1s鐘的時候進行并網。

通過仿真比較可以看出發電機并網時在沒有相角差的時候會有微小的震蕩，并網電流增大。但在有5°相角差的時候，并網震蕩加大且震蕩時間加長，大概要1s左右恢復穩定。并且通過仿真驗證相角差越大，震蕩電流越大，回復時間越長，造成的影響較大。

5 結語

通過微電網的并網研究現狀和并網標準的總結體現了現今微電網的并網發展情況以及需要改進的地方，并通過有相角差的并網進行仿真，得出相角差造成的電網電流震蕩波形。對于微電網的并網與仿真目前處于研究探討階段，還缺少成熟的經驗，還需要不斷實踐以提高。

參考文獻

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