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1太陽能光伏發電技術的應用方式 1.1太陽能照明系統 “光環境”是指光與顏色建立的生理和心理環境，它對人的精神狀態和心理感受具有積極影響。“綠色照明”是指“節約能源、保護環境、促進效率、改善質量、有益身心”的照明光環境，太陽能照明即屬于綠色照明。太陽能照明系統由太陽能電池板、蓄電池、充放電控制器、逆變器和節能燈具、燈桿等組成。建筑領域的太陽能燈主要有路燈、草坪燈、庭園燈、樓道燈等。太陽能燈的控制器除了要具備一般光伏系統的防反充、防過充和過放、防短路和反接等功能以外，還要具有自動開關照明燈的功能。通常使用定時和光控兩種方式對太陽能燈的工作時間進行控制。定時控制可采用模擬線路或單片機控制兩種方法，根據實際需要，事先設定路燈每天晚上的工作時間，調整電子或者機械計時器的接通或斷開時刻，到時路燈便可以自動開或關。另一種控制方式是光控，可以單獨安裝光敏器件，也可以利用太陽能電池本身作為光敏器件，即在周圍環境暗到一定程度（照度低于某一設定值）時自動開燈，一直到天亮（照度高于某一設定值）時再自動關燈。 1.2太陽能、LED光源的結合 應用太陽能給傳統的燈具光源供電并不十分經濟。隨著固體物理和半導體技術的發展，人類開發出了第四代光源——固體光源LED（第一代為白熾燈，第二代為熒光燈，第三代為氣體放電燈）。太陽能發電與LED照明的結合立即成為一大亮點，迅速吸引了人們的目光。固體光源——LED具有功耗低、壽命長（1.0×105h）、光效高（目前為5080lm/W，今后可達100120lm/W）、反應速度快（可在高頻下使用，可任意控制其功耗和亮度，而不影響其壽命）、直流低壓工作安全可靠（24V、12V、4.8V，免逆變器）、環保（耐震、耐沖擊、不易破、廢棄物可回收、沒有污染）、可平面封裝、易開發成輕薄短小產品等優點；沒有白熾燈泡高耗電、易碎以及日光燈廢棄物含汞污染等缺點；兼備照明、裝飾功效，是被業界看好在未來10年內，成為替代傳統照明器具的一大潛力產品。 1.3太陽能水泵 太陽能水泵一般不需要蓄電池，而由太陽能電池板直接帶動水泵工作。大型光伏水泵站通常備有逆變器，首先將太陽能電池板的直流電變為交流電，然后用交流電機帶動水泵工作，這樣可以與常規供電互補。雖然太陽能光伏水泵系統一次性投資較高，但它的運行費用低、維修少，使用壽命比較長，通常來說比小型柴油機抽水更合算。特別是對于太陽輻射強的干旱地區，發展光伏水泵具有良好的前景。 1.4光伏建筑一體化（BIPV） “光伏發電與建筑物集成化”（Buildingintegrated/attachedphotovoltaic）的概念早在1991年被正式提出，并很快成為熱門課題。此后，一些國家紛紛實施、推廣“太陽能屋頂計劃”，比較著名的有德國10萬屋頂計劃、美國百萬屋頂計劃以及日本的新陽光計劃等。所謂太陽能屋頂，是將太陽能電池板安裝在建筑物的屋頂，引出端經過控制器、逆變器與公共電網相連接，由太陽能電池板、電網并聯向用戶供電，即組成了戶用并網光伏系統。這種并網系統因有太陽能、公共電網同時給負載供電，系統隨時可向電網中存電或取電，所以供電可靠性得到增強；而且，系統一般不用蓄電池，這既降低了造價，又免去了蓄電池的電能損耗、維護更換；同時，多余的發電可反饋給電網，既充分利用了光伏系統所發的電能，又對電網具有調峰作用。太陽能屋頂還可采用一些創新技術，如設置能量管理優化智能系統，以減少能量消耗；設置屋頂冷卻系統，對沒有安裝光伏組件的屋頂，使用特殊功能的反射涂層，可反射65%的太陽能，這樣可以有效地降低夏季屋頂的溫度，提高太陽能電池的轉換效率；設置絕緣底層保護屋頂，并降低建筑物內部的溫度。 光伏建筑一體化（BIPV）的進一步目標是將光伏器件與建筑材料集成化。比如，將建筑屋頂、向陽的外墻甚至窗戶材料都用光伏器件來代替，則既能作為建材又能發電，可謂一舉兩得。當然，對光伏器件來說，同時還應具備建材所要求的隔熱保溫、防水防潮、機械強度、電氣絕緣等性能，并要考慮安全可靠、便于施工、立面美觀等因素。顯然，光伏器件代替部分建材，可進一步降低光伏發電的成本，有利于光伏技術的推廣應用?？傊?光伏建筑一體化（BIPV）體現了創新的建筑設計理念和高科技含量，它不僅開辟了光伏技術應用于建筑領域的新天地，而且拉動了光伏技術的產業化發展及在城市的大規模應用，因而具有非常廣闊的市場前景。 2太陽能光伏并網發電系統的應用實例 武漢新火車站定位于華中陸港、中部鐵路樞紐，總建筑面積35.5萬m2，總投資超過140億元。共設鐵軌線20條，站臺11座，是京港高速鐵路的重要站點，規模居全國第四。武漢新火車站于2006年開建，2009年底建成啟用。 武漢站整體造型現代，外觀如大鳥展翅，寓意“千年鶴歸、中部崛起”。建筑中部突出的60m高大屋頂，預示著武漢是湖北乃至中部省份崛起的關鍵支點。九片屋檐同心排列，象征著武漢“九省通衢”的重要地理位置。為了有力推動武漢市和湖北省“兩型社會”建設、推進“節能減排”工作，對可再生能源的利用起示范和帶動作用，湖北省發改委決定：武漢站建設太陽能光伏發電系統，并進行國內公開招標。招標文件要求：太陽能光伏組件采用晶硅板，安裝于南北中央站房及雨篷金屬屋頂局部，系統總發電容量約2.2MW（2200kWp）、總投資約5000萬元。采用并網發電的運行方式，系統產生的電能輸送到城市電網。 經筆者在內的專家集體評審，選定了中標方案，其技術特點為：（1）并網發電系統組成：由光伏電池組件、并網逆變器、電源匯流箱柜、電源并接裝置、防雷接地系統、監控系統等及其輔材組成。（2）太陽電池組件安裝方案：采用單晶硅電池組件，安裝數量1.65萬只，每只135Wp，共2227.5kWp。（3）太陽電池組件升壓回路方案：升壓回路數量n=1.65萬只/25只=660個升壓回路（每25只串成1回路）。（4）匯流回路方案：設兩級匯流，第一級匯流設于屋頂，由防雷匯流箱完成。每個防雷匯流箱輸入側由11個升壓回路并聯組成，共60個一級并聯、60個防雷匯流箱；第二級匯流設于逆變器室，由防雷匯流柜完成，每個防雷匯流柜輸入側由67個一級匯流回路并聯組成，共9個二級并聯、9個防雷匯流柜。（5）逆變器安裝方案：設9個250kW三相輸出式逆變器，每個逆變器輸入側接一個防雷匯流柜輸出側。逆變器室分4間設于火車站25m層。220/380V接入系統的開關柜布置于火車站變配電所預留柜位，不重新設置單獨的設備用房。（6）并網系統年發電量：采用清潔能源項目分析軟件RETScreen計算，該系統年理論發電量為2256.3MWh（225.63萬度），實際并網發電量約206.92萬度。#p#分頁標題#e# 3太陽能光伏發電系統的應用現狀及發展前景 3.1應用現狀及存在問題 目前，發達國家以“太陽能屋頂計劃”和并網發電為基本形式，積極推廣光伏產業。與發達國家相比，我國的光伏產業還處于初級階段，2008年我國太陽能電池僅占世界總產量的7%左右。筆者認為，我國在光伏發展方面主要存在以下問題：（1）沒有形成一個國家級權威研究機構；沒有長遠發展戰略和規劃；缺乏相關政策和具體措施；（2）科研人才、工程技術人才匱乏；研究力量薄弱、分散，實驗條件差；（3）光伏物理學科發展薄弱；光伏材料與器件、關鍵生產設備和測試儀器依賴進口。顯然，要有效解決上述問題，一方面亟需加大資金投入和政策扶持力度；另一方面，積極研發創新技術，如著力開發“第三代”光伏發電技術，以降低光伏系統成本，乃是我國光伏產業發展之關鍵。應該說，直接影響光伏技術在我國廣泛應用的最主要障礙是：太陽能電池的光電轉換效率低、系統制造成本高（目前單位功率造價約為3040元/W）。因此，現階段光伏技術最關鍵的問題，就是要提高電池效率和降低成本。我們知道，在太陽能光伏發電系統中，系統的總效率η由太陽能電池板的轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率、用電負載的效率等組成。相對于太陽能電池技術而言，控制器、逆變器、用電負載等其他單元的技術及生產水平要成熟得多，而目前晶體硅太陽電池的轉換率只有13%17%左右，因此采用創新技術，提高電池板的轉換率、降低系統造價，是太陽能發電產業化的重點和難點。 3.2發展前景 目前，太陽能電池創新技術的研究開發，主要圍繞a.加大吸能面，如采用雙面電池，減少反射；b.運用吸雜技術，減少半導體材料的復合；c.電池超薄型化，如薄膜電池；d.高效聚光電池；e.改進現有制造工藝；f.開發新的電池材料；g.改進理論、建立新模型等。如以玻璃為基板材料的非晶硅薄膜太陽能電池，屬新型太陽能電池產品，具有成本較低、工藝較成熟、便于規模化生產等優勢。 從國際發展的態勢來說，當前光伏產品正由晶體硅發電為核心的“第一代”技術向硅薄膜或其他薄膜（如碲化鎘、銅銦鎵硒）發電等“第二代”技術轉變。由于薄膜的厚度僅為幾微米，所用材料僅為價格十分昂貴的晶體硅的1%，所以“第二代”技術的發電成本一般約為“第一代”技術的1/2；而“第三代”光伏發電成本，即“4倍聚光+跟蹤+太陽能煉硅+晶體硅（P型或N型）+薄膜”技術的光伏發電成本，又將是“第二代”技術的1/2，所以現階段著力開發“第三代”光伏發電技術，必將有力推動光伏產業在我國的大規模應用。
