時(shí)間：2022-06-02 06:08:30
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關(guān)鍵詞：太陽能發(fā)電綠色照明一體化
太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件(Solarcells)是利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性實(shí)現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實(shí)現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達(dá)國家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。目前從民用的角度，在國外技術(shù)研究趨于成熟且初具產(chǎn)業(yè)化的是"光伏--建筑(照明)一體化"技術(shù)，而國內(nèi)主要研究生產(chǎn)適用于無電地區(qū)家庭照明用的小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
1太陽能發(fā)電原理
太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負(fù)載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端。
1.1太陽能電源系統(tǒng)
太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。
(1)電池單元：
由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時(shí)，在一定的條件下，太陽能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)面引出電極并接上負(fù)載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負(fù)載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的功率P輸出。
理論研究表明，太陽能電池組件的峰值功率Pk，由當(dāng)?shù)氐奶柶骄椛鋸?qiáng)度與末端的用電負(fù)荷(需電量)決定。
(2)電能儲(chǔ)存單元：
太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲(chǔ)存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時(shí)間(發(fā)電時(shí)間)的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預(yù)定的連續(xù)無日照時(shí)間決定。
1.2控制器
控制器的主要功能是使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點(diǎn)附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即PWM控制方式，使整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行于最大功率點(diǎn)Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當(dāng)電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開路或接反時(shí)切斷開關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調(diào)控點(diǎn)Pm，又能跟蹤太陽移動(dòng)參數(shù)的"向日葵"式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。
1.3DC-AC逆變器
逆變器按激勵(lì)方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流
電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照
明負(fù)載頻率f，額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。
2太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總效率ηese由電池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負(fù)載的效率等組成。但相對(duì)于太陽能電池技術(shù)來講，要比控制器、逆變器及照明負(fù)載等其它單元的技術(shù)及生產(chǎn)水平要成熟得多，而且目前系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價(jià)是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統(tǒng)治地位。目前對(duì)硅電池轉(zhuǎn)換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運(yùn)用吸雜技術(shù)減小半導(dǎo)體材料的復(fù)合；電池超薄型化；改進(jìn)理論，建立新模型；聚光電池等。幾種太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
充分利用太陽能是綠色照明的重要內(nèi)容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統(tǒng)的高效率，高穩(wěn)定性，高效節(jié)能的綠色光源等。
3.1發(fā)電--建筑照明一體化
目前成功地把太陽能組件和建筑構(gòu)件加以整合，如太陽能屋面(頂)、墻壁及門窗等，實(shí)現(xiàn)了"光伏--建筑照明一體化(BIPV)"。1997年6月，美國宣布了以總統(tǒng)命名的"太陽能百萬屋頂計(jì)劃"，在2010年以前為100萬座住宅實(shí)施太陽能發(fā)電系統(tǒng)。日本"新陽光計(jì)劃"已在2000年以前將光伏建筑組件裝機(jī)成本降到170～210日元/W，太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)10MW，電池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德國僅用一年兩個(gè)月建成了全球首座零排放太陽能電池組件廠，完全用可再生能源提供電力，生產(chǎn)中不排放CO2。工廠的南墻面為約10m高的PV陣列玻璃幕墻，包括屋頂PV組件，整個(gè)工廠建筑裝有575m2的太陽能電池組件，僅此可為該建筑提供三分之一以上的電能，其墻面和屋頂PV組件造型、色彩、建筑風(fēng)格與建筑物的結(jié)合，與周圍的自然環(huán)境的整合達(dá)到了十分完美的協(xié)調(diào)。該建筑另有約45kW容量，由以自然狀態(tài)的菜子油作燃料的熱電廠提供，經(jīng)設(shè)計(jì)燃燒菜子油時(shí)產(chǎn)生的CO2與油菜生長所需的CO2基本平衡，是一座真正意義上的零排放工廠。BIPV還注重建筑裝飾藝術(shù)方面的研究，在捷克由德國WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墻。印度西孟加拉邦為一無電島117家村民安裝了12.5kW的BIPV。國內(nèi)常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種"太陽房"，把發(fā)電、節(jié)能、環(huán)保、增值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結(jié)合起來，稱為太陽能建筑系統(tǒng)(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通過專家論證。近日在上海浦東建成了國內(nèi)首座太陽能--照明一體化的公廁，所有用電由屋頂太陽能電池提供。這將有力地推動(dòng)太陽能建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)化與市場化的進(jìn)程。
3.2綠色照明光源研究
綠色照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求低能耗下獲得高的光效輸出，并延長燈的使用壽命。因此DC-AC逆變器設(shè)計(jì)，應(yīng)獲得合理的燈絲預(yù)熱時(shí)間和激勵(lì)燈管的電壓和電流波形。目前處在研究開發(fā)中的太陽能照明光源激勵(lì)方式有四種典型電路：①自激推挽振蕩電路，通過燈絲串聯(lián)啟輝器預(yù)熱啟動(dòng)。該光源系統(tǒng)的主要參數(shù)是：輸入電壓DC＝12V，輸出光效＞495Lm/支，燈管額定效率9W，有效壽命3200h,連續(xù)開啟次數(shù)＞1000次。②自激推挽振蕩(簡單式)電路，該光源系統(tǒng)的主要參數(shù)是：輸入電壓DC＝12V，燈管功率9W，輸出光效315Lm/支，連續(xù)啟動(dòng)次數(shù)＞1500次。③自激單管振蕩電路，燈絲串聯(lián)繼電器預(yù)熱啟動(dòng)方式。④自激單管振蕩(簡單式)電路等方式的高效節(jié)能綠色光源。
關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電技術(shù)；教學(xué)模式；課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)；校企合作教學(xué)
中圖分類號(hào)：G646 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）03-0161-02
人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展面臨著環(huán)境惡化、資源短缺的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，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(jīng)在全球光伏產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，中國光伏產(chǎn)品已占據(jù)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(chǎn)業(yè)經(jīng)過數(shù)年爆發(fā)式增長，最終多個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)能面臨嚴(yán)重產(chǎn)能過剩。隨著歐美對(duì)中國太陽能電池板的“雙反”實(shí)施，近幾年是中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一個(gè)“寒冬”。光伏企業(yè)要應(yīng)對(duì)“寒冬”，一是上游制造企業(yè)要提高自身的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量；二是下游應(yīng)用企業(yè)要抓住機(jī)遇，通過技術(shù)創(chuàng)新不斷提高系統(tǒng)集成能力，致力于為客戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。依據(jù)國家新能源政策的戰(zhàn)略部署，結(jié)合上海電力學(xué)院的專業(yè)特色，我校相關(guān)太陽能光伏發(fā)電專業(yè)力圖培養(yǎng)出合乎國家和社會(huì)需要的、滿足光伏產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的市場需求的光伏材料及光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)方面的人才。有關(guān)專業(yè)以物理學(xué)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物理學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理等，使學(xué)生牢固掌握物理學(xué)基礎(chǔ)理論。同時(shí)結(jié)合電力教學(xué)的優(yōu)勢，將太陽能電池技術(shù)、太陽能發(fā)電技術(shù)、電力分析基礎(chǔ)、逆變器原理等作為專業(yè)必修課，培養(yǎng)太陽能發(fā)電技術(shù)行業(yè)的高層次專業(yè)人才。這樣，學(xué)生在掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)專門技能的同時(shí)具備更加扎實(shí)的理論知識(shí)基礎(chǔ)和科技創(chuàng)新的潛力。其中《太陽能發(fā)電技術(shù)》包含了太陽輻射、光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理、部件選型、系統(tǒng)安裝維護(hù)等內(nèi)容，其教學(xué)目標(biāo)是希望通過該課程的學(xué)習(xí)能使同學(xué)們能掌握太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，為今后從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。作為最早開設(shè)《太陽能發(fā)電技術(shù)》課程的高等院校，由于該課程屬于新課程教學(xué)，教學(xué)過程中受到教材、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等各方面條件的限制，使用傳統(tǒng)的教學(xué)方法效果不很理想。本文就近年教學(xué)過程中遇到的一些問題，針對(duì)目前的教學(xué)模式進(jìn)行探討。
一、加強(qiáng)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)
《太陽能發(fā)電技術(shù)》作為光伏產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)性課程，主要講述太陽輻射的相關(guān)知識(shí)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配件選型及系統(tǒng)安裝維護(hù)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，這是一門實(shí)踐性十分強(qiáng)的專業(yè)課程。在目前的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，單純依靠理論知識(shí)講解，學(xué)生很難對(duì)光伏系統(tǒng)有深入的理解?？偨Y(jié)教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)如果能結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)，則可大幅度提高教學(xué)質(zhì)量與課堂教學(xué)效果，也能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握，這就凸顯了課程教學(xué)中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重要性。由于《太陽能發(fā)電技術(shù)》屬于新課程，受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件和人員的限制，短時(shí)間內(nèi)開展豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著一定的困難。但是，使用計(jì)算機(jī)軟件仿真虛擬實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)就沒有這方面的限制。因此，著手開發(fā)該課程的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境也是一種重要的方法。此外，在教學(xué)的過程中也可以根據(jù)教學(xué)的需要，動(dòng)員學(xué)生與老師一起自行設(shè)計(jì)一些簡單可行的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，既可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，又能使學(xué)生能夠得到全面的實(shí)際訓(xùn)練，還可以豐富該課程的教學(xué)資料。另外，在這個(gè)過程中，除了簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還與控制類、綜合設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高了學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，加強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，使學(xué)生在走入社會(huì)后，能較快適應(yīng)市場發(fā)展需要，提高就業(yè)競爭力。此前北京信息科技大學(xué)的白連平等[1]針對(duì)該課程就設(shè)計(jì)了一些可行性實(shí)驗(yàn)，如光伏陣列設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、太陽能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
二、開展校企合作教學(xué)
由于工科課程的實(shí)踐特性，除了課堂的理論與實(shí)驗(yàn)之外，開展校企合作教學(xué)則是提高該課程教學(xué)效果的制勝法寶[2]。在前期的教學(xué)過程中作為實(shí)踐教學(xué)曾經(jīng)帶學(xué)生到相關(guān)的光伏企業(yè)見習(xí)，在企業(yè)參觀實(shí)習(xí)的結(jié)束之后，有些學(xué)生反映“公司實(shí)習(xí)4天比在學(xué)校2年學(xué)的東西都多”，這句話也讓作為教育工作者的我們陷入沉思?，F(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的途徑很多，他們更喜歡看到實(shí)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(xué)生到了現(xiàn)場仍然分不清楚是什么類型的太陽電池組件；課堂上學(xué)習(xí)了晶體硅太陽電池的制備工藝，參觀的時(shí)候?qū)W生還是提出為什么這些電池都是藍(lán)色的，不能做成其他顏色呢？雖然這些基礎(chǔ)的知識(shí)都已經(jīng)在課堂上講授過了，明顯部分學(xué)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(xué)習(xí)對(duì)這些知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解，充分說明了僅有課堂教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足該課程的設(shè)置目標(biāo)。因此，除了輔助的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者視頻演示之外，與相關(guān)企業(yè)開展校企合作教學(xué)也是提高學(xué)生認(rèn)知能力的一項(xiàng)重要教學(xué)手段。這就要求在該課程的教學(xué)過程中，除了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還必須加強(qiáng)學(xué)校和企業(yè)之間的合作，開展合作教育方可取得更好的教學(xué)成果。
三、將科研與新技術(shù)融入教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力
素質(zhì)教育已經(jīng)是高等院校的重中之重，學(xué)校有很多項(xiàng)目都涉及鼓勵(lì)大學(xué)生科技創(chuàng)新，從近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史我們也可以看出，年輕人在科技創(chuàng)新上有著巨大的潛力。而如何通過有效途徑提高工科學(xué)生的科技創(chuàng)新能力也困擾著不少教師。同時(shí)作為高校教師大多也同時(shí)肩負(fù)著科研工作，怎么樣將自己的科研工作融入日常教學(xué)并以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力也是一個(gè)應(yīng)該認(rèn)真考慮的重要問題。大學(xué)生在科研領(lǐng)域的創(chuàng)新在國際上屢見不鮮，比如在超導(dǎo)領(lǐng)域，MgB2合金超導(dǎo)體以及NaCoO.H2O超導(dǎo)體都是由日本的本科生首先發(fā)現(xiàn)的?！短柲茈姵丶夹g(shù)》及《太陽能發(fā)電技術(shù)》課程的開設(shè)，為科研融入教學(xué)提供了良好的載體。太陽電池材料的研究是目前材料科學(xué)的一大熱門研究領(lǐng)域，這樣可以在教學(xué)過程中使學(xué)生了解到最新的材料研究，從而讓學(xué)生了解到了什么是科研，科研對(duì)實(shí)際生活又有著怎樣的影響，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而《太陽能發(fā)電技術(shù)》主要包括太陽輻射、電池制造、組件制造、系統(tǒng)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、部件選型以及控制器逆變器原理等技術(shù)。它包含了多門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)課程，涉及的知識(shí)面廣、內(nèi)容概念多，為大學(xué)生創(chuàng)新提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。學(xué)生在老師的指導(dǎo)下開展太陽能電池及發(fā)電技術(shù)的研究，查閱資料、進(jìn)行光伏發(fā)電方案的設(shè)計(jì)，促使學(xué)生將所學(xué)的電學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科聯(lián)系起來。有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新興趣，培養(yǎng)學(xué)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(shí)踐性特點(diǎn)和教學(xué)目的，可以在傳統(tǒng)卷面理論知識(shí)考核的基礎(chǔ)上增加多樣化的考核形式，比如系統(tǒng)設(shè)計(jì)作品展示、成果匯報(bào)等多種方式進(jìn)行考核，綜合考核專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能等方面。對(duì)采取不同方式、對(duì)各個(gè)不同方面進(jìn)行考核的結(jié)果，通過一定的加權(quán)系數(shù)評(píng)定課程最終成績。
五、小項(xiàng)目形式完成課程設(shè)計(jì)
在網(wǎng)絡(luò)化的今天，課程設(shè)計(jì)面臨的一大問題就是論文在網(wǎng)絡(luò)上復(fù)制粘貼完成。而作為實(shí)踐性較強(qiáng)的太陽能發(fā)電方向的畢業(yè)生，我們是否可以改變思路，課程設(shè)計(jì)不再局限于理論推導(dǎo)而轉(zhuǎn)向?qū)嵺`性課程設(shè)計(jì)。指導(dǎo)老師可以根據(jù)地理情況和電網(wǎng)分布情況選擇合適的條件用于學(xué)生自主設(shè)計(jì)光伏發(fā)電站，包括太陽能電站地點(diǎn)選擇、可行性分析、電站規(guī)模及組成、蓄電池容量、光伏電站年發(fā)電量及經(jīng)濟(jì)效益、光伏電站整體布局（組件串并連設(shè)計(jì)、匯流箱排布、電纜連接、線管地槽整體排布、電纜規(guī)格及用量計(jì)算、線管規(guī)格及用量計(jì)算、配電房及看守房布置、支架定點(diǎn)圖等）、系統(tǒng)防雷及監(jiān)測、電網(wǎng)安全性等部分內(nèi)容[4]。相信完成這樣的課程設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)和市場調(diào)研能力，對(duì)其今后獨(dú)立從事光伏產(chǎn)業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)是非常有幫助的。這樣的課程設(shè)計(jì)比普通的論文撰寫更能提高學(xué)生的專業(yè)水平，從而使學(xué)生的能力達(dá)到甚至超越該學(xué)科的培養(yǎng)目標(biāo)。
本文根據(jù)《太陽能發(fā)電技術(shù)》的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及該課程的教學(xué)目標(biāo)，探討了在現(xiàn)有教學(xué)模式基礎(chǔ)上需要進(jìn)行的一些改進(jìn)。作為工科應(yīng)用型創(chuàng)新人才，最重要的是應(yīng)該具有很強(qiáng)的獨(dú)立獲取和應(yīng)用知識(shí)的能力，而傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主模式則很難讓學(xué)生將書本知識(shí)與實(shí)際光伏工程結(jié)合起來，也就無法真正理解光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文提出了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開展校企合作教學(xué)、將大學(xué)生創(chuàng)新融入教學(xué)以及改變傳統(tǒng)的考核方式等，其實(shí)質(zhì)都是為了改變目前理論教學(xué)為主體的教學(xué)模式，將實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)等過去不被重視的教學(xué)方式引入這些實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，探索新的教學(xué)模式，從而培養(yǎng)出更適合現(xiàn)代企業(yè)、社會(huì)所需的高層次人才，達(dá)到開設(shè)該專業(yè)的最終目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
[1]白連平，張巧杰.光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探討[C].第五屆全國高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集（2）：602-605，2008-04，中國陜西西安.
[2]趙濤，李國強(qiáng).獨(dú)立學(xué)院校企合作人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，（6）：1.
關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電太陽能，風(fēng)能，發(fā)展前景
0引言
自第三次工業(yè)革命以來，人類社會(huì)在經(jīng)濟(jì)和科技方面取得了空前的發(fā)展，伴隨而來的是常規(guī)化石能源的大量消耗及其引起的環(huán)境污染和資源短缺等一系列問題，迫使人類不得不開始尋找清潔的可再生能源，也即新能源。相對(duì)于傳統(tǒng)的煤、石油、天然氣等化石能源，新能源普遍具有污染少、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源匱乏等問題具有十分重要的意義[1]。資源與環(huán)境的壓力也給電力系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)，利用新能源逐步取代傳統(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電將是今后電力工業(yè)發(fā)展的趨勢，可見新能源發(fā)電具有良好的發(fā)展前景和實(shí)用價(jià)值。
1 新能源發(fā)電的類型及其原理特點(diǎn)
新能源發(fā)電主要包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電等方面。
1.1太陽能發(fā)電
太陽能是指太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程所產(chǎn)生的能量，它是一個(gè)巨大的能源，據(jù)估計(jì)，我國陸地面積每年接收到的太陽能輻射能相當(dāng)于億噸煤[2]。太陽能發(fā)電又叫光伏發(fā)電，它的基本原理是利用光伏效應(yīng)，通過光照產(chǎn)生電動(dòng)勢，進(jìn)而輸出電能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。簡單地說，太陽能發(fā)電就是通過太陽能電池直接將太陽光轉(zhuǎn)換成電能，太陽能電池是由各種具有不同電子特性的半導(dǎo)體材料薄膜制成的平展晶體，可以產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)部電場[2]，主要包括單晶硅電池、多晶硅電池和非晶硅電池三種類型。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。
常見的太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池、控制器和逆變器三部分構(gòu)成，按其運(yùn)行方式可分為獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其中后者是目前的主流發(fā)展趨勢，即太陽能電池發(fā)出的直流電，通過逆變裝置轉(zhuǎn)換成交流，進(jìn)而并入電網(wǎng)使用。太陽能發(fā)電安全可靠，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如能源充足，太陽能無處不在，不受地域限制；建設(shè)周期短，運(yùn)行成本低；不需要消耗燃料，無環(huán)境污染；結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，適合無人值守。但是，太陽能發(fā)電受氣候條件影響，具有間歇性，且價(jià)格昂貴。
1.2 風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換為電能，其基本原理是利用風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪，通過風(fēng)輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。風(fēng)能是清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)發(fā)電相比，具有能源充足、不消耗燃料、無環(huán)境污染、占地面積小、工程建設(shè)周期短、發(fā)電技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)今世界的新能源開發(fā)技術(shù)中，風(fēng)力發(fā)電是最成熟、最有商業(yè)利用價(jià)值的發(fā)電方式，其裝機(jī)容量正在不斷擴(kuò)大，全球風(fēng)電發(fā)電量占總發(fā)電量的比例也在逐步增加。
1.3生物質(zhì)能發(fā)電
生物質(zhì)能是綠色植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的一種能量形式，是一種資源豐富、無污染的能源。生物質(zhì)能發(fā)電包括農(nóng)林廢棄物燃燒發(fā)電、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電、城市垃圾焚燒發(fā)電、沼氣發(fā)電等方面。生物質(zhì)能發(fā)電具有電能質(zhì)量好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
1.4 地?zé)岚l(fā)電
地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著巨大的熱能，地?zé)崮芫褪堑厍騼?nèi)部的熱釋放到地表的能量，地?zé)岚l(fā)電就是將地?zé)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，它是利用地下熱水和蒸汽為?dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)，其原理與火力發(fā)電基本一樣，即將蒸汽的熱能通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[2]。
1.5潮汐發(fā)電
潮汐能，顧名思義，就是潮汐所蘊(yùn)含的能量，同樣是一種取之不盡、用之不竭的新能源。潮汐發(fā)電，就是利用海水漲落及其引起的水位差來推動(dòng)水輪機(jī)，由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，其原理與一般的水力發(fā)電差別不大。即在海灣或有潮汐的河口修建大壩，構(gòu)成水庫，利用壩內(nèi)外漲潮、落潮時(shí)的水位差進(jìn)行發(fā)電。潮汐發(fā)電受潮汐周期變化的影響，具有間歇性。
2 中國新能源發(fā)電的前景展望
改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)規(guī)模躍居世界前列，與此同時(shí)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的不合理引起的資源環(huán)境問題日益突出，大力發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)，是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。我國可再生能源資源豐富，通過近年來的發(fā)展，新能源發(fā)電已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，已經(jīng)形成了一定規(guī)模、體系相對(duì)完善的新能源產(chǎn)業(yè)。中國新能源發(fā)電雖然剛剛起步，但是卻有著廣闊的發(fā)展前景。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。
（1）風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電發(fā)展迅速。中國風(fēng)能資源豐富且風(fēng)力發(fā)電技術(shù)較為成熟，目前正在以“建設(shè)大基地，融入大電網(wǎng)”的方式進(jìn)行規(guī)劃和布局。太陽能發(fā)電同樣也具有較好的發(fā)展前景，我國的太陽能電池制造水平較高，應(yīng)該大規(guī)模推廣太陽能發(fā)電。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。根據(jù)國家能源局制定的《新能源產(chǎn)業(yè)振興發(fā)展規(guī)劃》，到2011年，新能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重達(dá)到2%（含水電為10%），新能源發(fā)電占電力總裝機(jī)容量的比重達(dá)到5%（含水電為25%）。而風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到3500萬千瓦（陸地風(fēng)電3000萬千瓦，海上風(fēng)電500萬千瓦），太陽能發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到200萬千瓦[1]。除此之外，《2008年中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告》預(yù)言，到2020年末，全國風(fēng)電開發(fā)建設(shè)規(guī)模有望達(dá)到1億kW。
（2）生物質(zhì)能發(fā)電優(yōu)勢明顯，前景較好。相對(duì)于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的間歇性特點(diǎn)，生物質(zhì)能發(fā)電具有突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。2002年，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量3234.6萬kW，其中生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量80萬kW，在眾多新能源和可再生能源發(fā)電中僅次于小水電。預(yù)計(jì)到2020年，可再生能源發(fā)電將達(dá)0.9~1億kW，其中生物質(zhì)能發(fā)電為1000萬kW；另一種估計(jì)結(jié)果是2020年可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到1.21億kW，其中生物質(zhì)能為2000萬kW。
（3）在有條件的區(qū)域發(fā)展地?zé)岚l(fā)電和潮汐發(fā)電。受地理?xiàng)l件的限制，地?zé)岚l(fā)電和潮汐發(fā)電均具有地域性。目前，中國高溫地?zé)犭娬局饕性谖鞑氐貐^(qū)，總裝機(jī)容量為27.18MW，其中羊八井地?zé)犭娬狙b機(jī)容量25.18MW，其發(fā)電量已經(jīng)占到拉薩電網(wǎng)的40%以上，對(duì)緩和拉薩地區(qū)電力緊缺的情況起到了重要的作用。今后，可繼續(xù)在西藏地區(qū)大力發(fā)展地?zé)岚l(fā)電。我國潮汐能蘊(yùn)藏量中可開發(fā)利用部分的92%集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、能源需求迫切的華東沿海地區(qū)[3]，發(fā)展潮汐發(fā)電可緩解這些地區(qū)的電力不足。但是，潮汐發(fā)電由于開發(fā)成本較高和技術(shù)上的原因，目前發(fā)展并不是很快，我國江廈潮汐電站裝機(jī)容量為3200kW，年發(fā)電量1070萬kWh[4]，今后可視情況適當(dāng)發(fā)展潮汐發(fā)電。
3 結(jié)語
能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為威脅人類生存的全球化問題，發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，中國應(yīng)該加快開發(fā)利用新能源的步伐，大力發(fā)展新能源發(fā)電，逐步實(shí)現(xiàn)從常規(guī)能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。目前，我國的新能源發(fā)電已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但同時(shí)還存在著一些亟待解決的問題，主要表現(xiàn)在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、相關(guān)體制尚不規(guī)范等方面。為此，提出一些建議：（1）制定發(fā)展目標(biāo)，科學(xué)規(guī)劃布局。新能源發(fā)電必須進(jìn)行合理規(guī)劃和布局，有必要將其納入國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展總體規(guī)劃。（2）加快體系建設(shè)，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。對(duì)于新能源發(fā)電的設(shè)備要求和并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該盡快制定相關(guān)準(zhǔn)則。（3）加大投資力度，鼓勵(lì)自主創(chuàng)新。目前，我國新能源研究力量分散，缺乏跨學(xué)科的交流，有必要對(duì)各類科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行整合。除此之外，新能源發(fā)電是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，必須構(gòu)建全國統(tǒng)一的新能源電網(wǎng)，以促進(jìn)我國智能電網(wǎng)的建設(shè)。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙新一. 新能源發(fā)展展望[J]. 電力技術(shù)，2009，10（10）：7-14.
[2] 孫元章，李裕能. 走進(jìn)電世界——電氣工程與自動(dòng)化（專業(yè)）概論[M]. 北京：中國電力出版社.2009.
[3] 刑運(yùn)民，張文娟. 新能源與可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展[J]. 西華大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，1（26）：50-52.
[4] 葉峰. 新能源發(fā)電——實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展[J].能源與環(huán)境，2008，3：55-57，62.
論文摘要：從技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的定義出發(fā)，闡述其特征與功能結(jié)構(gòu)，并由此發(fā)展出全球化自然生態(tài)系統(tǒng)的概念，闡述其特征結(jié)構(gòu)與實(shí)施必要性。并在當(dāng)前提倡低碳社會(huì)的背景下，以太陽能產(chǎn)業(yè)為例，對(duì)GIES環(huán)境下的我國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行分析，并提出建議。
1、創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)
創(chuàng)新是指以科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)創(chuàng)造出新型的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。為了強(qiáng)化國際競爭力，解決地球規(guī)模的問題，就必須將科學(xué)知識(shí)、技術(shù)、手段轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)層面的價(jià)值，其原動(dòng)力即為創(chuàng)新。在創(chuàng)新的過程中，構(gòu)思設(shè)想于各階段間循環(huán)反饋發(fā)展進(jìn)化，將牽涉到大量的經(jīng)濟(jì)要素與社會(huì)要素，具有復(fù)雜性和不確定性。這種綜合性的復(fù)雜系統(tǒng)表現(xiàn)為創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。
創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)是"面向客戶需求、協(xié)作R&D、知識(shí)產(chǎn)權(quán)許可、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)合作、戰(zhàn)略聯(lián)盟"為核心的基于構(gòu)件模塊的知識(shí)異化、共存共生、協(xié)同進(jìn)化的創(chuàng)新體系，具有類似自然生態(tài)系統(tǒng)的基本特征。
創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由起點(diǎn)的研發(fā)理論，戰(zhàn)略構(gòu)想為基礎(chǔ)，通過大學(xué)，企業(yè)，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)等各領(lǐng)域的研究開發(fā)，確立創(chuàng)新思維體系的核心部分。而創(chuàng)新思維的實(shí)證，則在各式各樣的創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)相互作用的"場"內(nèi)進(jìn)行。創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)是圍繞創(chuàng)新思維形成的各種正式與非正式協(xié)作關(guān)系的總結(jié)構(gòu)，連同各種各樣的經(jīng)濟(jì)要素和社會(huì)要素形成了"場"。在網(wǎng)絡(luò)化的"場"中，人才，資金，情報(bào)等創(chuàng)新要素相互作用，促進(jìn)創(chuàng)新的進(jìn)程，同時(shí)相應(yīng)的"場"也隨之變化。即在動(dòng)態(tài)變化的"場"中進(jìn)行創(chuàng)新過程。
2、全球化創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
2.1通過創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)解決全球化問題
在全球化進(jìn)程加速和愈演愈烈的國際競爭背景下，各個(gè)國家為了維持自身發(fā)展，爭相推進(jìn)國家創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)（National Innovation Ecosystem，NIES）的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展。為了解決全球性問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，各國的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)推廣到國家所在地域范圍，進(jìn)一步推廣到全球?qū)用妫瑯?gòu)筑全球化創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，成了當(dāng)務(wù)之急。
2.2全球化創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)
全球化創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)（Global Innovation EcoSystem，GIES）不局限于各國國內(nèi)，在世界規(guī)模的系統(tǒng)環(huán)境下，科學(xué)技術(shù)、市場、社會(huì)、人才、制度、資金等積極地相互作用，積極推進(jìn)國際性的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形成，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和地球的可持續(xù)發(fā)展。
GIES主要由三方面的要素構(gòu)成。
(1)"場"的推動(dòng)要素，即科學(xué)技術(shù)、市場和社會(huì)。
(2)"場"的構(gòu)成要素，即人才、制度、資金。
(3)"場"的構(gòu)成要素的調(diào)整，國際協(xié)作框架下的公共部門以及企業(yè)部門。
三方面的要素相互作用，促成創(chuàng)新過程，通過對(duì)已有實(shí)例的分析，把握動(dòng)態(tài)要素的活動(dòng)方向，可以對(duì)GIES下的新型創(chuàng)新項(xiàng)目提供支持。
3、全球化創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境下中國太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動(dòng)向
3.1 GIES環(huán)境下中國太陽能產(chǎn)業(yè)的不均衡問題
中國太陽能產(chǎn)業(yè)近幾年來雖呈現(xiàn)出較快的發(fā)展勢頭，但發(fā)展速度依然緩慢，太陽能產(chǎn)業(yè)與市場間存在著巨大的不均衡，不符合可持續(xù)發(fā)展前提下的能源計(jì)劃與環(huán)境產(chǎn)業(yè)的步調(diào)?？偨Y(jié)起來，主要有以下兩個(gè)方面：
國內(nèi)太陽能市場的發(fā)展程度遠(yuǎn)低于產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展，對(duì)中國能源產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生不利因素的同時(shí)，也不利于維持太陽能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。太陽能產(chǎn)業(yè)的成長不僅需要一個(gè)良好的國際市場環(huán)境，更重要的是擁有一個(gè)良好的國內(nèi)市場。國內(nèi)市場的成長不僅為國內(nèi)產(chǎn)業(yè)提供新的成長空間，還將解決非太陽能用電區(qū)域內(nèi)的電力問題，對(duì)改善中國能源結(jié)構(gòu)有著重要的意義。
研究開發(fā)能力和自主創(chuàng)新能力的脆弱。近年來，多數(shù)企業(yè)設(shè)置自身的研發(fā)中心，并與國內(nèi)外的大學(xué)和科研機(jī)關(guān)進(jìn)行緊密的合作，各級(jí)政府在太陽能的研究領(lǐng)域投入也明顯加大。中國太陽能領(lǐng)域的科研能力不足，產(chǎn)學(xué)研交流不足的情況得到了一定的緩解。但是技術(shù)水平和人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)的落后，中國太陽能產(chǎn)業(yè)的研發(fā)能力依然很薄弱，同時(shí)存在自主創(chuàng)新不足的問題。企業(yè)技術(shù)人才的明顯不足，導(dǎo)致了對(duì)國際先進(jìn)技術(shù)的消化，吸收和更新更加困難。在激烈的國際競爭氛圍下，加速人才培養(yǎng)，提高中國自主創(chuàng)新能力是當(dāng)務(wù)之急，也是重要的戰(zhàn)略性任務(wù)。
3.2 GIES環(huán)境下對(duì)中國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議
GIES是NIES基礎(chǔ)上的逐步擴(kuò)展，當(dāng)前國際太陽能產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶動(dòng)了中國太陽能產(chǎn)業(yè)，給中國太陽能產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)良好的國際氛圍。這也要求中國太陽能產(chǎn)業(yè)在拓展海外市場的同時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先健全國內(nèi)市場，積極調(diào)整國內(nèi)市場結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)投入力度，加大政策扶持，以內(nèi)在市場推動(dòng)海外市場發(fā)展，真正成為太陽能產(chǎn)業(yè)的大國強(qiáng)國。所以，針對(duì)GIES環(huán)境下，中國太陽能產(chǎn)業(yè)提出以下建議：
強(qiáng)化太陽能發(fā)電的戰(zhàn)略研究。集合專家學(xué)者對(duì)世界與中國的能源形勢進(jìn)行深入研究，準(zhǔn)確捕捉世界太陽能發(fā)電的發(fā)展趨勢和行進(jìn)路線。據(jù)此規(guī)劃中國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的中長期科學(xué)發(fā)展計(jì)劃，并且該計(jì)劃與低碳社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展的要求相一致。
強(qiáng)化支援太陽能發(fā)電技術(shù)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是太陽能發(fā)電成本削減的重要因素之一，加大科技投入，加強(qiáng)中國太陽能技術(shù)力，加速太陽能成本的削減。重點(diǎn)支援多晶硅制造的核心技術(shù)開發(fā)，提高中國太陽能電池多晶硅制造技術(shù)水準(zhǔn)。
建設(shè)國家級(jí)的太陽能技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，提高中國太陽能自主研發(fā)能力。設(shè)立國家級(jí)的太陽能技術(shù)研發(fā)機(jī)關(guān)，是提高中國自主研發(fā)能力的重要途徑，從技術(shù)面和政策面上對(duì)太陽能發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)提供最直接的科學(xué)指導(dǎo)。
強(qiáng)化太陽能發(fā)電的宣傳普及和教育，提高全民對(duì)太陽能發(fā)電的認(rèn)識(shí)，同時(shí)應(yīng)在大學(xué)等教育機(jī)構(gòu)設(shè)立與太陽能相關(guān)聯(lián)的專門學(xué)科，培養(yǎng)優(yōu)秀人才。
強(qiáng)化太陽能技術(shù)的國際交流合作，尤其是在法制層面上，使中國太陽能發(fā)電的法律構(gòu)造和體系健全化，強(qiáng)化中國太陽能發(fā)電相關(guān)法規(guī)以及實(shí)施細(xì)則的科學(xué)性和實(shí)用性。在科技，人才，資源和協(xié)議加強(qiáng)國際交流合作，不僅可以促進(jìn)中國太陽能發(fā)電技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)水準(zhǔn)的提高，同時(shí)也將對(duì)中國和世界的能源可持續(xù)發(fā)展和低碳社會(huì)建設(shè)做出積極的貢獻(xiàn)。
4、結(jié)論
在全球性問題日益突出的今天，全球化創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)尋求聯(lián)合性的技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品交流，政策上的，推動(dòng)世界市場的發(fā)展，解決社會(huì)問題。通過對(duì)太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)向的分析，根據(jù)先進(jìn)國的動(dòng)向發(fā)現(xiàn)中國太陽能產(chǎn)業(yè)尚存在的問題，結(jié)合GIES的諸要素基準(zhǔn)，不斷完善發(fā)展國內(nèi)市場環(huán)境，使中國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加均衡，更加切合低碳社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展的準(zhǔn)則。
參考文獻(xiàn)
【1】竹下壽英:「エネルギー技術(shù)開発政策の評(píng)価，エネルギー??資源，Vol.20， No.2 131-138 (平11-3)
【2】生駒俊明， イノベーションと國際競爭力， 學(xué)術(shù)の動(dòng)向， 2006 年12 月號(hào) (2006).
【3】 David PA， Hall BH， Toole AA. Is public R&D a complement or substitute for private R&D? A review of the econometric evidence (2000).
【4】中國新能源網(wǎng)newenergy.org.cn/2009-2-19.
【5】李建海.太陽能的開發(fā)與我國的可持續(xù)發(fā)展(J).蘭州教育學(xué)院學(xué)報(bào)2003.3:45-48.
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電系統(tǒng)；小干擾穩(wěn)定
Abstract: the small signal stability analysis for wind power and photovoltaic power generation, have very important significance, because of wind and solar are characterized, instability, therefore, wind turbine in a photovoltaic battery will generally by means of power electronic converter and grid connected to the load, therefore, small disturbance stability presents the new features, this paper mainly research on small disturbance wind power and photovoltaic power system stability.
Keywords: wind power generation; photovoltaic power system small signal stability
[中圖分類號(hào)] TM614 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]
一、引言
近些年來，對(duì)著自然環(huán)境的惡化和能源的枯竭，可再生能源日益受到了社會(huì)各界的重視，作為可再生能源的重要組成部分，風(fēng)力和太陽能發(fā)電也得到了一定程度的發(fā)展，在風(fēng)力和太陽能發(fā)電發(fā)展過程中，較為成熟的技術(shù)當(dāng)屬風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以及太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，但是，隨著近些年來風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電容量的增加，這兩種技術(shù)帶來的小干擾穩(wěn)定問題也受到了專家學(xué)者的關(guān)注，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的問題，國外的專家學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，取得了良好的研究成效，下面就對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定及光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定分別進(jìn)行闡述。
二、風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電簡介
就目前來看，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是現(xiàn)階段對(duì)于可再生能源發(fā)電技術(shù)中發(fā)展形勢最好的技術(shù)之一，風(fēng)力發(fā)電最早發(fā)源于丹麥，近些年來，由于環(huán)境資源的枯竭問題，風(fēng)力發(fā)電這項(xiàng)新技術(shù)漸漸受到了各國的關(guān)注，在1995年之后，風(fēng)力發(fā)電在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，目前，兆瓦級(jí)的風(fēng)機(jī)成為發(fā)展的主流，海上風(fēng)機(jī)也得到了一定程度的發(fā)展，我國的風(fēng)力發(fā)電最為起源于上世紀(jì)50年代，在1995年以后，風(fēng)力發(fā)電也逐漸呈現(xiàn)出了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢，但是就現(xiàn)階段來看，我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)還不夠完善，核心的元器件都需要依賴進(jìn)口，電能的造價(jià)也較高，主要依靠國家的補(bǔ)助來維持，因此，在下一階段，必須要發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的核心技術(shù)。
光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的一種，最早起源于上世紀(jì)50年代中期，我國的光伏發(fā)電于上世紀(jì)80年代以后得到了迅速的發(fā)展，近些年來也取得了一定的發(fā)展成效，作為光伏電池的生產(chǎn)大國，我國在其運(yùn)用方面還有一些不足之處，也有著巨大的市場潛力。
三、風(fēng)力發(fā)電小干擾穩(wěn)定
對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的小干擾穩(wěn)定需要從單機(jī)系統(tǒng)入手研究，為了研究風(fēng)力發(fā)電的小干擾穩(wěn)定，需要建立小信號(hào)模型，并在模型的基礎(chǔ)上探討風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，并通過各種參與因子分析控制器參數(shù)與狀態(tài)變量以及震蕩模型之間的關(guān)系，從而揭示出小干擾穩(wěn)定的原理。目前，在我國研究較多的是異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，相關(guān)的研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)處在額定轉(zhuǎn)速十，其槳距角可以使風(fēng)機(jī)獲得最大的轉(zhuǎn)距，在風(fēng)速超過額定速度時(shí)，可以控制其槳距角使風(fēng)機(jī)可以獲得恒定的輸出功率，但是，在實(shí)際的工作過程中，風(fēng)機(jī)存在著延時(shí)的情況，因此，在控制中除了使用槳距角，還要利用其他的因素，通過建立單機(jī)模型對(duì)其進(jìn)行分析，并根據(jù)不同參與因子的計(jì)算，利用狀態(tài)矩陣元素對(duì)風(fēng)力發(fā)電小干擾穩(wěn)定進(jìn)行研究，可以獲知，同永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)的模態(tài)都屬于衰減狀態(tài)，通過對(duì)起衰減狀態(tài)的研究證實(shí)，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，遭受干擾后表現(xiàn)的也較為穩(wěn)定，也有良好的動(dòng)態(tài)性能。
四、光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定
一般情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池，濾波電容，逆變器，線路，變壓器，電網(wǎng)等部分組成，在研究光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的過程中，選擇風(fēng)速的階躍上升以及風(fēng)速的階躍下降作為干擾，并建立仿真波形圖以及小信號(hào)模型，小信號(hào)模型包括電力電子變換器模型，光伏電池模型，控制器模型，電網(wǎng)接口部分模型以及直流部分模型，經(jīng)過仿真波形圖的計(jì)算，并將這些模型進(jìn)行聯(lián)立，可以得出，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生階躍的情況下，整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能較好，系統(tǒng)運(yùn)行也較為穩(wěn)定。在計(jì)算的過程中，對(duì)起運(yùn)行過程中的參與因子進(jìn)行分析可計(jì)算，可以得出當(dāng)控制器的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)狀態(tài)產(chǎn)生不同的影響，在這其中，主導(dǎo)特征值對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能有著極為重要的影響，當(dāng)主導(dǎo)特征值為15.4時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出衰減的狀態(tài)，當(dāng)主導(dǎo)特征值為14.7時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出震蕩的狀態(tài)，
五、結(jié)語
隨著近些年來風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電的發(fā)展，其小干擾穩(wěn)定問題也逐漸引起了相關(guān)專家學(xué)者的關(guān)注，小干擾穩(wěn)定的分析對(duì)于風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電而言，都有著十分重要的意義，由于風(fēng)能及太陽能都具有不穩(wěn)定性的特征，因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于光伏電池組一般會(huì)通過電力電子變換的裝置于負(fù)荷以及電網(wǎng)相連，因此，小干擾穩(wěn)定也呈現(xiàn)出了新的特點(diǎn)，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，遭受干擾后表現(xiàn)的也較為穩(wěn)定，也有良好的動(dòng)態(tài)性能，對(duì)于光伏電池組而言，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生階躍的情況下，整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性能較好，系統(tǒng)運(yùn)行也較為穩(wěn)定，同時(shí)，主導(dǎo)特征值對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能有著極為重要的影響。
參考文獻(xiàn)：
[1] 黃漢奇：風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定研究[博士論文]，華中科技大學(xué) ，2012，05（01）
[2] 范偉，趙書強(qiáng)：考慮風(fēng)力發(fā)電的電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性分析[博士論文]，華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，03（30）
【關(guān)鍵詞】溫室大棚；太陽能光伏技術(shù)；節(jié)能環(huán)保
0.引言
我國的光伏產(chǎn)業(yè)目前仍處在初級(jí)階段，但近年來太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅猛，特別是太陽能電池產(chǎn)品已成功進(jìn)入歐洲市場。太陽能光伏技術(shù)也越來越多的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，大到工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防，通信等領(lǐng)域，小至家居生活，光伏技術(shù)無處不在。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中光伏技術(shù)的應(yīng)用還相對(duì)較少，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)溫室大棚的能源方式：一是供暖爐，二是電網(wǎng)電能。這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效，環(huán)保節(jié)能的理念，因此將太陽能光伏技術(shù)引入溫室大棚控制系統(tǒng)是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的必由之路。
1.太陽能光伏技術(shù)
目前太陽能發(fā)電主要有兩種形式：一種是光熱轉(zhuǎn)換發(fā)電，二是光伏發(fā)電（Photovoltaic Generation，PV）。太陽能光伏發(fā)電是通過太陽能電池的福特效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能過程。優(yōu)點(diǎn)是不需燃料，無污染，節(jié)能、安全、無噪音、容易獲取。近年來，在太陽能有效利用中太陽能光伏發(fā)電式發(fā)展最快最具活力的一種。
1.1太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)
太陽能是一種環(huán)保清潔的能源，我國的太陽能資源非常豐富，多數(shù)地區(qū)平均日照射量在4kwh/m2以上，地區(qū)可達(dá)7kwh/m2。我國的光伏技術(shù)應(yīng)用還處于初級(jí)階段，太陽能主要應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電，太陽能衛(wèi)星電池，太陽能路燈等。
太陽能光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
（1）普遍性：是指太陽能在地球上隨處都有，沒有地域限制且不用開采運(yùn)輸。
（2）環(huán)保性：是指太陽能無毒，無害，清潔、綠色、環(huán)保，對(duì)于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的中國，是一種寶貴的資源。
（3）充裕性：太陽能每年到達(dá)地球的輻射量非常的充裕，相當(dāng)于130億萬噸煤所產(chǎn)生的能量。
（4）長久性：科學(xué)家根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，太陽能的儲(chǔ)量足夠維持上百十億年，地球的壽命也達(dá)幾十億年，對(duì)于地球人來講太陽能的時(shí)間是長久的，無限期的。
（5）前瞻性：對(duì)于愈來愈枯竭的地球能源，太陽能無疑是最具開發(fā)潛力的綠色環(huán)保能源之一，從能源開發(fā)的意義上來講太陽能的開發(fā)更具有可持續(xù)性和前瞻性。
缺點(diǎn)：
（1）分布零散：太陽能在地球表面每年的輻射量很大，但分布廣，密度小，所以利用率低。
（2）穩(wěn)定性差：太陽能的強(qiáng)弱容易受天氣因素及晝夜交替的影響，所以穩(wěn)定性較差。
（3）轉(zhuǎn)換效率低，應(yīng)用成本高：受材料和技術(shù)水平限制，多數(shù)太陽能產(chǎn)品轉(zhuǎn)換率低，從而增加了其應(yīng)用的成本，經(jīng)濟(jì)性一直是困擾太陽能普及的重要因素。
1.2太陽能光伏系統(tǒng)性能與組成
每個(gè)太陽能基片都是一個(gè)光電二極管，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的一種形式。而第一個(gè)使用的單晶硅光伏電池（Solar Cell），是美國人在1956年研制成功的，從此就有了光伏發(fā)電技術(shù)。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立（離網(wǎng)）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板，控制器和電能存儲(chǔ)部件及逆變器組成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。而并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，除了上述組件外還必須有并網(wǎng)逆變器與國家電網(wǎng)并網(wǎng)。
（1）獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)如下圖1示：
（2）太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示：
圖2 并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
其中光伏電池板第一代產(chǎn)品是由硅片為基礎(chǔ)的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，為了提高太陽能電池光轉(zhuǎn)換效率，降低光伏電池生產(chǎn)成本，相繼出現(xiàn)了基于薄膜技術(shù)的第二代光伏電池產(chǎn)品，這種產(chǎn)品使用很薄的光電材料附著在非硅材料的襯底上，降低了生產(chǎn)成本，適合于批量生產(chǎn)；進(jìn)而第三代太陽能電池產(chǎn)品也將問世，它是以先進(jìn)薄膜制造技術(shù)為基礎(chǔ)的理論極限光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)93%。主要有量子點(diǎn)、多層多結(jié)、染料敏化的太陽能電池、有機(jī)聚合物電池、納米電池等。
電能儲(chǔ)存部件主要是指太陽能蓄電池，太陽能蓄電池一般采用鉛酸電池，常用的有DC12V，DC24V，DC48V三種，在微型系統(tǒng)中也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。蓄電池的主要作用是在有光照時(shí)將光能由太陽能電池板轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存起來，以備使用。
太陽能控制器主要對(duì)太陽能基板輸出的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，把調(diào)整后電能分為兩個(gè)途徑輸送，一方面直接送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面將剩余能量送往蓄電池組儲(chǔ)存，當(dāng)太陽能基板發(fā)出的電能不能滿足負(fù)載需要時(shí)，太陽能控制器便將蓄電池中儲(chǔ)存的電能量送往負(fù)載。
太陽能光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，也稱為DC-AC逆變器。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可將太陽能通過太陽電池轉(zhuǎn)化為DC12V、DC24V、DC48V的直流電能，通過光伏逆變器中的功率變換及控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的110V或220V交流電。太陽能逆變器可分為DC-AC和DC-DC兩種，可將太陽電池性能最大限度地發(fā)揮，并為系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的保護(hù)功能。太陽能并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)與國家電網(wǎng)并網(wǎng)的核心部件。
2.太陽能光伏系統(tǒng)在溫室大棚控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
2.1太陽能光伏技術(shù)在溫室大棚控制系統(tǒng)中應(yīng)用設(shè)計(jì)的背景和可行性
日本、美國、荷蘭、以色列等國外農(nóng)業(yè)設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)較先進(jìn)的幾個(gè)國家， 由于其地理位置、自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)不同， 其發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)也不同。
目前我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)型農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。要發(fā)展具有我國特色的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮溫室農(nóng)業(yè)的高效性，必須綜合應(yīng)用各種現(xiàn)代化控制和管理技術(shù)，通過各項(xiàng)設(shè)施的有效運(yùn)作給溫室栽培物創(chuàng)造最適宜的環(huán)境條件，最大限度的減少外界不利環(huán)境和氣候條件對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響， 獲得作物最佳生長條件， 從而達(dá)到增加作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、延長生長季節(jié)的目的。而面對(duì)現(xiàn)代社會(huì)能源日益枯竭的現(xiàn)實(shí)狀況，開發(fā)利用新型能源已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的基本保障方式之一。
本設(shè)計(jì)針對(duì)中國北方天氣干旱、日照時(shí)間充足的特點(diǎn)，將太陽能光伏技術(shù)引入農(nóng)業(yè)溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅可以解決系統(tǒng)的部分能源問題，而且可以提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色、高效、節(jié)能環(huán)保進(jìn)程。目前我國有些省份已經(jīng)在一些地方率先使用太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，如無錫機(jī)場800kW屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)工程，鎮(zhèn)江、丹江兩個(gè)城市的2個(gè)4KW光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等。從系統(tǒng)的可行性方面來講，首先，中國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，這種新型能源的在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣使用，將會(huì)為國家節(jié)省大量的資源；其次，中國的光伏技術(shù)近年來發(fā)展迅猛，光伏技術(shù)日趨成熟；第三，光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將能有效推動(dòng)高效環(huán)保現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。第四，溫室大棚多建在光照充足的區(qū)域，屋頂平坦，便于安裝且空間充裕。
2.2光伏技術(shù)在溫室大棚控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方案
2.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于PLC控制的農(nóng)業(yè)溫室大棚控制系統(tǒng)，通過PLC對(duì)溫室中作物生長的環(huán)境因子光照、濕度、溫度、CO2濃度等進(jìn)行調(diào)節(jié)和影響，從而達(dá)到不同農(nóng)作物生長所要求的環(huán)境條件。系統(tǒng)的輸入控制因素主要是傳感器所測試的光照、濕度、溫度及CO2濃度，通過系統(tǒng)運(yùn)算驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作（噴淋系統(tǒng)、遮陽網(wǎng)、補(bǔ)溫系統(tǒng)控制、CO2補(bǔ)氣控制、補(bǔ)光燈控制及通風(fēng)系統(tǒng)控制等）來達(dá)到控制的目的。溫室系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖3所示：
2.2.2 溫室能源系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的溫室設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所有的電能均由系統(tǒng)電網(wǎng)供給。本設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)單一的電網(wǎng)能源供給，變?yōu)樘荜柲芄夥⒕W(wǎng)發(fā)電的形式，當(dāng)陽光充足時(shí)，系統(tǒng)的電能有光伏發(fā)電系統(tǒng)供給，當(dāng)夜晚、陰天光照不充足時(shí)，電網(wǎng)中的電能通過并網(wǎng)逆變器和控制器自動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬用太陽能電池板、太陽能控制器和并網(wǎng)逆變器組成并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)逆變器同時(shí)兼有控制器和系統(tǒng)保護(hù)的功能。因?yàn)椴⒕W(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池幾乎不用，所以系統(tǒng)沒有選用蓄電池。設(shè)計(jì)思路結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：
圖4 溫室光伏發(fā)電系統(tǒng)與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
光照充足時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能充足，逆變器自動(dòng)給溫室控制系統(tǒng)PLC及上位機(jī)、溫室系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)（溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器、光照度傳感器等）、溫室系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（遮陽簾、天窗、風(fēng)扇、補(bǔ)光系統(tǒng)等）提供電能，因?yàn)橄到y(tǒng)是按照所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)工作時(shí)的最大功率設(shè)計(jì)的，在同一時(shí)刻不是所有機(jī)構(gòu)都同時(shí)工作，此時(shí)多余的電能由并網(wǎng)逆變器送給輸電網(wǎng)；當(dāng)光照不充足時(shí)，并網(wǎng)逆變器自動(dòng)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)將從電網(wǎng)中使用電能，此時(shí)轉(zhuǎn)為電網(wǎng)供電狀態(tài)。
3.結(jié)論
經(jīng)過對(duì)北京農(nóng)業(yè)科技學(xué)院的農(nóng)業(yè)科技園和西北農(nóng)林科技大學(xué)新天地設(shè)施農(nóng)業(yè)開發(fā)有新公司的農(nóng)業(yè)科技園的參觀考察，獲悉這些大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)均采用現(xiàn)代化先進(jìn)的控制技術(shù)，設(shè)計(jì)理念新，工藝成熟，能源多采用輸電網(wǎng)供給模式，設(shè)計(jì)中均未將光伏技術(shù)引入農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)中，其中最大的原因是成本太高。近年來，我國太陽能電池生產(chǎn)日趨成熟，二代、三代產(chǎn)品的相繼問世，是太陽能電池的生產(chǎn)成本大大降低，但控制器和逆變器的生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟，要實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)換率，控制器和逆變器仍主要依靠進(jìn)口。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外溫室控制系統(tǒng)研究分析，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效清潔的理念，本設(shè)計(jì)有利于推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)清潔、環(huán)保能源的開發(fā)和利用，符合綠色、高效農(nóng)業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)理念。光伏太陽能技術(shù)以其永久性、清潔性和普遍性，必將成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必由之路。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張立文，張聚偉.太陽能發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010.3.
[2]李蔚.太陽能發(fā)電技術(shù)，太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].論文薈萃，2011.4.
摘要:本文概述了目前全球能源現(xiàn)狀,表明了太陽能發(fā)電的重要性和前景,詳細(xì)介紹了各種太陽能發(fā)電方式和它們的優(yōu)點(diǎn),并對(duì)這幾種發(fā)電方式作了參數(shù)對(duì)比。同時(shí)指出太陽能發(fā)電面臨的困難和解決措施,以及我國太陽能發(fā)電的有利條件和難點(diǎn),對(duì)未來我國太陽能發(fā)電進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:太陽能發(fā)電方式規(guī)?；?/p>
人類社會(huì)已進(jìn)入21世紀(jì),在新千年開始之際,熱門正面臨著一系列重大的挑戰(zhàn),全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而對(duì)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(shí)要產(chǎn)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(kuò)大。形成的酸雨造成土壤退化,危害動(dòng)植物。全球氣候變暖可能會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性后果,必須采取堅(jiān)決措施,減少溫室氣體的排放。因此,治理環(huán)境污染,已成為當(dāng)務(wù)之急。同時(shí),礦物燃料的儲(chǔ)藏量是有限的,按目前探明的儲(chǔ)藏與開發(fā)速度的比例計(jì)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(jì)中葉,人類必將面臨礦物燃料枯竭的嚴(yán)重局面。
為了減少大氣污染、保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境、保證能源的長期穩(wěn)定供應(yīng),必須實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,逐步改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu),大力開發(fā)利用新能源。這已成為各國的共識(shí)。
在新能源中,公認(rèn)技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽能發(fā)電。下面就這兩大類太陽能發(fā)電方式逐一介紹。
1.太陽能發(fā)電的類型及其優(yōu)點(diǎn)
太陽能發(fā)電可分為太陽能熱發(fā)電和太陽能光發(fā)電兩大類。
1.1太陽能熱發(fā)電
聚光式系統(tǒng)的集熱部分由聚光器、跟蹤定位器、吸收器構(gòu)成,不同的技術(shù)常在此部分有所區(qū)別;傳輸部分由管道和介質(zhì)構(gòu)成,介質(zhì)常是空氣或水;儲(chǔ)熱部分用來保證發(fā)電的連續(xù)性,介質(zhì)多為熔鹽。聚光式系統(tǒng)可分為塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以及碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
1.1.1塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱為集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。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(zhuǎn)變成熱能,然后將熱能傳遞給熱力循環(huán)的工質(zhì),再驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功發(fā)電。
1.1.2槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽式拋物面反射鏡聚光的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)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(lián)成聚光集熱器陣列。該系統(tǒng)中機(jī)熱油回路和動(dòng)力蒸汽回路分離開來,經(jīng)過一系列換熱器來交換熱量。當(dāng)太陽能供應(yīng)不足時(shí),利用一個(gè)輔助加熱器將油回路中的導(dǎo)熱油加熱,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。
1.1.3碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)借助雙軸跟蹤,利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡,將入射的太陽輻射進(jìn)行點(diǎn)聚集,聚光點(diǎn)的溫度一般為500—1000℃,吸熱器洗手這部分輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能,加熱工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)熱機(jī)(如燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或其他類型透平等),從而將熱能轉(zhuǎn)換成電能。該方式的優(yōu)點(diǎn)是:轉(zhuǎn)化效率最高;可模塊化;可以混合發(fā)電。
除了上述幾種聚光式太陽能熱發(fā)電方式以外,太陽池發(fā)電、太陽能塔熱氣流發(fā)電等新領(lǐng)域的研究也有進(jìn)展。
1.2太陽能光發(fā)電
太陽能光發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽能級(jí)半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能,并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式,是的那股勁太陽光發(fā)電的主流。目前世界上應(yīng)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(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。它的轉(zhuǎn)換效率最高,技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池,其效率為15%。硅電池進(jìn)展的重要原因之一是表面鈍化技術(shù)的提高。此外,倒金字塔技術(shù)、雙層減反射膜技術(shù)以及陷光理論的完善也是高晶硅電池發(fā)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(yuǎn)比單晶硅少,其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池,具有獨(dú)特的優(yōu)勢。但是由于它存在著晶粒界面和晶格錯(cuò)位的明顯缺陷,造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換率一直無法突破20%的關(guān)口,低于單晶硅電池。薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池發(fā)電是另一種光伏發(fā)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(chǎn)品,現(xiàn)在發(fā)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(dǎo)體薄膜電池、燃料敏化TiO2太陽電池等。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)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(fā)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(jié)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(shè)施的不斷電要求;太陽能發(fā)電板陣列直接吸收太陽能,降低墻面及屋頂?shù)臏厣?減輕建筑空調(diào)負(fù)荷。
2.太陽能發(fā)電面臨的困難和解決措施
前面介紹了幾種太陽能熱發(fā)電技術(shù),除碟式發(fā)電系統(tǒng)外,都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng),只有做成幾十到幾百兆瓦級(jí)的發(fā)電站,成本才可能降下來。太陽能塔熱氣流發(fā)電和太陽池發(fā)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(fā)電應(yīng)放在土地廣闊、人口稀少的沙漠地區(qū)使用;而太陽池發(fā)電應(yīng)適合放在日照條件好、鹽資源比較豐富的地區(qū)使用。總體來看,槽式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)上最為成熟,且其跟蹤機(jī)構(gòu)比較簡單易于實(shí)現(xiàn),總體成本最低。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是低成本的投資和技術(shù)上的高可靠性運(yùn)行。這要求未來在技術(shù)上要進(jìn)行新型集熱材料的研究和開發(fā),快速提高跟蹤機(jī)構(gòu)的技術(shù)并降低其實(shí)現(xiàn)成本。同時(shí)發(fā)電產(chǎn)業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?建立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng),既節(jié)約成本,又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。
對(duì)于光伏發(fā)電來說,總體來看,該產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,主要是由于太陽能發(fā)電初期投資大,控制成本高,而太陽能轉(zhuǎn)化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。根據(jù)目前光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r和其技術(shù)難點(diǎn),未來的光伏發(fā)電研究需要重視以下幾個(gè)方面:一是加快太陽能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的開發(fā),降低材料成本并提高其轉(zhuǎn)化效率;二是提高系統(tǒng)控制技術(shù),如達(dá)到光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合、實(shí)現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤等;三是研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù),減少光伏電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊;四是研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,保證供電持續(xù)性。
3.我國太陽能發(fā)電的優(yōu)勢和難點(diǎn)
發(fā)展太陽能發(fā)電的需求主要來自滿足農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)與生活用電和21世紀(jì)中持續(xù)發(fā)展我國電力事業(yè)兩個(gè)方面。在太陽能發(fā)電上我國具有得天獨(dú)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(qū)年平均日照時(shí)數(shù)在2000h以上,年平均日輻射量在4000MJ/m2以上,要優(yōu)于歐洲和日本,與美國相近。如此豐富的太陽能資源可以節(jié)省太陽能電池的用量,有利于太陽能發(fā)電在較低成本下加以推廣。
(2)我國太陽能電池的生產(chǎn)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(chǎn)量約為1180兆瓦。2007年在全球太陽能生產(chǎn)企業(yè)16強(qiáng)中,我國占據(jù)了6席。(3)逆變技術(shù)是太陽能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一,由于在大功率開關(guān)器件開發(fā)和逆變技術(shù)的應(yīng)用等方面,我國已取得長足進(jìn)步,生產(chǎn)出適用于光伏并網(wǎng)、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(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,必須解決以下幾個(gè)問題:
(1)我國生產(chǎn)太陽能電池的原材料主要依靠進(jìn)口,而絕大多數(shù)太陽能電池和切片用于出口,這種不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的加工業(yè)局面必須盡快扭轉(zhuǎn)。
(2)太陽能發(fā)電的成本在每千瓦小時(shí)3元以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前居民電網(wǎng)用店家的每千瓦小時(shí)0.5元。這也是發(fā)展太陽能發(fā)電的不利一面。
(3)目前,太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低,比如小尺寸(1cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19.8%,而大尺寸(1000cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為12%,為了降低太陽能發(fā)電的成本必須提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
(4)我國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步于獨(dú)立型太陽能發(fā)電設(shè)備(10kW以下),主要用于解決太陽能資源豐富而又無電的邊遠(yuǎn)地區(qū)的居民用電。而更大容量(MW級(jí))的并網(wǎng)型太陽能發(fā)電設(shè)備的投產(chǎn)是降低成本的途徑之一。
(5)截止到2005年,我國的風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量為1500MW左右,是太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量的20倍,到2020年規(guī)劃總裝機(jī)容量為30000MW,也是規(guī)劃太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量的15倍。但兩者特點(diǎn)各異。夏季日照足風(fēng)速低,冬季日照弱風(fēng)速強(qiáng);同樣白天日照強(qiáng)時(shí)風(fēng)小,夜晚無光照時(shí)風(fēng)大。太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)是提高電能質(zhì)量和降低成本的另一途徑。
