太阳能电池功率 solar power 光伏发电

并网光伏发电系统是指将电能输送至电网的光

伏系统。这种方式是未来发展的趋势,目前的研究

热点是调峰光伏电站和并网型城市屋顶发电站[ 4,5]

。

带有蓄能装置的并网发电系统通常称为可调度式并

网系统, 能够进行能量储存和分配,特别适用于经常

停电的地区, 但成本较高;不带蓄电池的叫不可调度

式并网系统, 它节省了投资,系统比较简单, 易于维

护,但由于没有蓄电池对太阳阵列的工作电压进行

箝位, 必须采用Zui大功率跟踪,保证系统工作在

工作点附近。

并网系统逆变器不同于独立系统逆变器。并网

系统在向电网供电时,电网可能会中断供电, 此时若

再向电网输送电能会带来安全隐患,危害人员和设

备安全,这种现象称为“孤岛效应”。为防止“孤岛效

应”的发生,并网系统的逆变器必须对电网进行监

控, 一旦发生停电,能迅速停止向电网供电。

( 3) 光伏发电的难点及对策

太阳能光伏发电不消耗燃料,清洁无污染, 在实

际应用中解决了世界上许多特殊地区和边远地区的

用电问题。随着政府的政策扶植和投资者增加,目

前光伏发电进入了一个快速发展期,但光

伏发电产业尚处于起步阶段,主要是由于太阳能发

电初期投资大, 控制成本高,而太阳能转化效率比较

低, 且容易受天气等多种因素影响。

根据目前光伏发电发展状况和其技术难点, 未

来的光伏发电研究需要重视以下几个方面:一是加

快太阳能原材料晶体硅生产技术的研究和新型替代

材料的开发,降低材料成本并提高其转化效率;二是

提高系统控制技术,如达到光伏电池阵列的Zui优化

排列组合、实现太阳光Zui大功率跟踪等;三是研究光

伏发电的并网技术,减少光伏电能对电网的冲击; 四

是研究光伏发电与其他可再生能源发电技术的结合

应用, 保证供电持续性[6]

2 光伏发电与光热发电技术结合

以上分别介绍了光伏发电和太阳热发电技术的

工作原理及系统结构、目前的发展状况和技术上的

优势以及缺陷。容易看出,太阳能光伏发电原理简

单, 使用灵活方便,容易受到影响, 尤其在缺乏

太阳光时就不能够发电。而在实际应用中,太阳能

电池转换效率比较低, 大约 20% ,80% 照射到电池

表面上的太阳能未能转换为有用能量,相当一部分

能量转化成为热能, 使电池温度升高,导致电池效率

下降。

为提高太阳能利用效率, 充分利用太阳热能并

尽可能保持光伏电池的转换效率,可以在电池背面

敷设流体通道带走热量以降低电池温度,再附设储

能装置储存热能,在夜晚或天气不好时用来发电。由

此可以大胆构造出一个太阳能光伏发电和太阳能热

发电相结合的联合系统。这种系统既提高了光伏发

电的利用效率又有效利用了吸收的热能,整体效率

要比单一的光伏或太阳能热发电要高,又可以

解决太阳能发电不连续的弱点。依据上述构想,可

以设计这样一种联合的发电系统,其原理结构图如

图 3 所示。

光伏发电和太阳热发电联合系统由太阳能电池

板和集热器组合阵列、蓄能装置、低温涡轮发电机、

蓄电池、控制器、逆变器以及负载组成。该系统采用

了集光和集热相结合的方式,收集模块上层为光伏

电池板,下部分敷设一种国外新型的吸热管,它Zui大

的特点是在温度达到一定程度时直接产生高温高压

的水蒸汽, 不再需要传热介质回路,节约了系统成

本。低温涡轮发电机是一种特殊的涡轮电机,它在

低温 35 ℃左右时仍能够发电。

在白天阳光充足时, 光伏电池将照射在表面的

太阳光能转化为电能,经逆变器将电能送给用户, 对

大型系统或可调度系统可加设蓄电池,储蓄电能。同

时吸热管将吸收太阳热能,将产生的水蒸汽经传输

设备送到蓄能装置储存起来。蓄能装置内部装设调

节装置, 自动或手动调节能量输出,控制低温涡轮

发电机发电,在白天无光照时间或者夜间维持系统

持续供电。在理想的条件下,若系统的配置足够合

理, 可以保证向负载 24 h供电, 解决太阳能发电不

连续的弱点。

该系统也可以设计为并网系统, 不再装设

蓄能装置,Zui大限度地将太阳能转化为电能,直接

输送给电网。

3 与其他可再生能源发电的互补利用

由于单一的太阳能发电系统容易受季节、时

间、天气等因素的影响,存在着系统发电量不稳定、

供电可靠性较低等缺点,研究人员一直希望通过

太 阳能和其他可再生能源发电相结合的方式,弥

补太阳能发电的不足,向用户或电网提供更加稳定

的电能。

风能作为一种新型能源与太阳能在季节和时

间上互补性很强, 夏季日照足风速低,冬季日照弱

风速强; 同样白天日照强时风小,夜晚无光照时风

大。风光资源极强的互补性使得风光互补发电系统

在发电时能达到的能源匹配,而不必配备较大

鲁华永 等:太阳能发电技术探讨

图 3太阳能光伏发电与太阳能热发电联合系统

日光 光伏电池

控制器 逆变器

蓄电池

蓄能

装置

低温涡轮

发电机

用

户

电

网

新型吸热管

传输设备

高

温

压

水

蒸

汽

容量的蓄电池,与单一的光伏发电或风力发电系统

相比, 提高了系统供电可靠性,又降低了系统成本。

加上风光资源的综合利用可以实现地表与空间的

合理利用, 互补系统统一管理,降低了系统的

运行成本,与单一的太阳能发电或风能发电相

比, 风光互补发电系统是更好的选择。

作为一种可以四季平稳发电且成本较低的新

能源发电系统,风光互补发电系统是本世纪的能源

领域的研究热点。欧盟等发达地区对风光互补发电

技术的研究起步较早,目前在系统结构的优化配置、

能量管理控制以及系统仿真等方面已经取得一定

的研究成果。国内许多高校和科研单位也正在加紧

这方面的研究。

风光互补发电系统一般由光伏系统、风力发电

机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组

成, 如图 4所示。

实现风光能源、蓄能、发电量以及负荷的

配置是目前太阳能和风能发电研究的热点,随着这

一技术的深入研究,系统的成本会降低, 由于

其较高的发电和供电可靠性,风光互补发电将会有

很好的发展前景。

4

目前太阳能发电的基本技术已经比较成熟, 太

阳能发电产业也已初步形成。但太阳能的利用效率

还很低,在一些关键技术的实现上代价也太高,致使

太阳能发电的投入高而收益低,无法大规模产业化

发展。太阳能发电容易受天气影响也是其需要解决

的主要问题之一。

本文通过对问题的分析, Zui终设计出了一种联

合系统, 该系统提高了利用效率,改善了系统的稳

定性,具有可行性。这种将太阳能发电技术相互结

合以及与其他技术的互补利用将是未来太阳能发

电的发展方向。