《電子技術(shù)應(yīng)用》
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微逆變器在光伏建筑一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要: 微逆變器技術(shù)提出將逆變器直接與單個(gè)光伏組件集成,,為每個(gè)光伏組件單獨(dú)配備一個(gè)具備交直流轉(zhuǎn)換功能和最大功率點(diǎn)跟蹤功能的逆變器模塊,,將光伏組件發(fā)出的電能直接轉(zhuǎn)換成交流電能供交流負(fù)載使用或傳輸?shù)诫娋W(wǎng),。
Abstract:
Key words :

  能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,,促使各國紛紛開發(fā)新型可再生能源。太陽能具有取之不盡用之不竭,、清潔無污染,、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn),大力發(fā)展和推進(jìn)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是解決當(dāng)前能源和環(huán)境危機(jī)的有效手段,。

  建筑集成光伏(BIPV)系統(tǒng)通過將光伏組件安裝在建筑表面,,實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電與建筑的完美結(jié)合,被認(rèn)為是最先進(jìn),、最具發(fā)展?jié)摿Φ母呖萍季G色節(jié)能建筑,。BIPV系統(tǒng)中光伏組件與建筑相結(jié)合,光伏組件不額外占用地面空間,,特別適合于土地資源緊張的城市建筑,;全球建筑物自身耗能約占世界總能耗的三分之一以上,采用BIPV技術(shù),,可以將建筑物從耗能型轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄?,將有效緩解城市反?zhàn)與能源供應(yīng)的巨大矛盾,創(chuàng)造低能耗,、高舒適度的健康居住環(huán)境,,實(shí)現(xiàn)城市建筑的可持續(xù)發(fā)展,;另一方面,,目前光伏組件的生產(chǎn)成本較高,太陽能光伏發(fā)電的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)能源,,大大限制了光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用,,采用BIPV系統(tǒng),將光伏組件與建筑表面材料有機(jī)結(jié)合,,可以大大降低光伏發(fā)電的成本,,縮短投資回報(bào)周期。

  BIPV系統(tǒng)中,,光伏組件的安裝首先涉及到光伏組件的安裝角度和安裝方向問題,,安裝角度就是光伏組件的傾角問題,傾角的選擇直接關(guān)系到光伏組件的發(fā)電效率,。同一塊電池板,,選擇不同的安裝角度接收到的輻射量是不一樣的,由于各個(gè)墻面朝向的問題,,不同安裝位置的光伏組件其安裝角度和方向不可能完全一致,,這就決定了其發(fā)電效率、發(fā)電的瞬時(shí)功率無法保證完全一致,。

  BIPV系統(tǒng)中需要解決的另一個(gè)關(guān)鍵問題是陰影遮擋問題,。產(chǎn)生陰影的原因是多種多樣的,,陰影的產(chǎn)生有隨機(jī)的,也有系統(tǒng)的,。陰影主要來自于周圍建筑物,、樹木的遮擋、各個(gè)光伏組件之間的相互遮擋,、云層等,。光伏組件的輸出特性決定了受到局部遮擋或陰影后,其發(fā)電效率將會大大減小,,從而對整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量產(chǎn)生顯著影響,。

  為了使BIPV系統(tǒng)的發(fā)電效率最大化,除了在安裝時(shí)盡量做好規(guī)劃設(shè)計(jì)外,,還需要采用合適的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),。

  圖1為目前BIPV系統(tǒng)中常用的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中,,集中式系統(tǒng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)的電壓和功率等級,,把大量光伏組件通過串聯(lián)或并聯(lián)等方式連接起來,然后經(jīng)過一個(gè)集中式逆變器將光伏陣列輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能,;串式和多串式系統(tǒng)將多個(gè)光伏組件串聯(lián)形成光伏組件串,,每個(gè)串經(jīng)過一個(gè)DC-DC變換器升壓后,再經(jīng)逆變器輸出交流電能,。上述三種系統(tǒng)中,,均存在光伏組件的串聯(lián)或并聯(lián),系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)針對整個(gè)串進(jìn)行的,,因此無法保證每個(gè)組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn),,也無法獲得每個(gè)光伏組件的狀態(tài)信息;另一方面,,由于建筑表面各個(gè)組件的安裝方向和角度不同,,各個(gè)組件的發(fā)電效率彼此各不相同,采用集中式的最大功率點(diǎn)跟蹤,,將大大降低系統(tǒng)的發(fā)電效率,;當(dāng)部分組件受到遮擋時(shí),整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率更會嚴(yán)重降低,,大大降低了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率,,甚至可能形成熱斑,導(dǎo)致系統(tǒng)損壞,。

圖1 建筑集成光伏系統(tǒng)常用電氣結(jié)構(gòu)連接圖

  能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,,促使各國紛紛開發(fā)新型可再生能源。太陽能具有取之不盡用之不竭,、清潔無污染,、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn),,大力發(fā)展和推進(jìn)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是解決當(dāng)前能源和環(huán)境危機(jī)的有效手段。

  建筑集成光伏(BIPV)系統(tǒng)通過將光伏組件安裝在建筑表面,,實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電與建筑的完美結(jié)合,,被認(rèn)為是最先進(jìn)、最具發(fā)展?jié)摿Φ母呖萍季G色節(jié)能建筑,。BIPV系統(tǒng)中光伏組件與建筑相結(jié)合,,光伏組件不額外占用地面空間,特別適合于土地資源緊張的城市建筑,;全球建筑物自身耗能約占世界總能耗的三分之一以上,,采用BIPV技術(shù),可以將建筑物從耗能型轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄?,將有效緩解城市反?zhàn)與能源供應(yīng)的巨大矛盾,,創(chuàng)造低能耗、高舒適度的健康居住環(huán)境,,實(shí)現(xiàn)城市建筑的可持續(xù)發(fā)展,;另一方面,目前光伏組件的生產(chǎn)成本較高,,太陽能光伏發(fā)電的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)能源,,大大限制了光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用,采用BIPV系統(tǒng),,將光伏組件與建筑表面材料有機(jī)結(jié)合,,可以大大降低光伏發(fā)電的成本,縮短投資回報(bào)周期,。

  BIPV系統(tǒng)中,,光伏組件的安裝首先涉及到光伏組件的安裝角度和安裝方向問題,安裝角度就是光伏組件的傾角問題,,傾角的選擇直接關(guān)系到光伏組件的發(fā)電效率。同一塊電池板,,選擇不同的安裝角度接收到的輻射量是不一樣的,,由于各個(gè)墻面朝向的問題,不同安裝位置的光伏組件其安裝角度和方向不可能完全一致,,這就決定了其發(fā)電效率,、發(fā)電的瞬時(shí)功率無法保證完全一致。

  BIPV系統(tǒng)中需要解決的另一個(gè)關(guān)鍵問題是陰影遮擋問題,。產(chǎn)生陰影的原因是多種多樣的,,陰影的產(chǎn)生有隨機(jī)的,也有系統(tǒng)的,。陰影主要來自于周圍建筑物,、樹木的遮擋,、各個(gè)光伏組件之間的相互遮擋、云層等,。光伏組件的輸出特性決定了受到局部遮擋或陰影后,,其發(fā)電效率將會大大減小,從而對整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量產(chǎn)生顯著影響,。

  為了使BIPV系統(tǒng)的發(fā)電效率最大化,,除了在安裝時(shí)盡量做好規(guī)劃設(shè)計(jì)外,還需要采用合適的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),。

  圖1為目前BIPV系統(tǒng)中常用的電氣結(jié)構(gòu)示意圖,。圖1中,集中式系統(tǒng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)的電壓和功率等級,,把大量光伏組件通過串聯(lián)或并聯(lián)等方式連接起來,,然后經(jīng)過一個(gè)集中式逆變器將光伏陣列輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能;串式和多串式系統(tǒng)將多個(gè)光伏組件串聯(lián)形成光伏組件串,,每個(gè)串經(jīng)過一個(gè)DC-DC變換器升壓后,,再經(jīng)逆變器輸出交流電能。上述三種系統(tǒng)中,,均存在光伏組件的串聯(lián)或并聯(lián),,系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)針對整個(gè)串進(jìn)行的,因此無法保證每個(gè)組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn),,也無法獲得每個(gè)光伏組件的狀態(tài)信息,;另一方面,由于建筑表面各個(gè)組件的安裝方向和角度不同,,各個(gè)組件的發(fā)電效率彼此各不相同,,采用集中式的最大功率點(diǎn)跟蹤,將大大降低系統(tǒng)的發(fā)電效率,;當(dāng)部分組件受到遮擋時(shí),,整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率更會嚴(yán)重降低,大大降低了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率,,甚至可能形成熱斑,,導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。

圖1 建筑集成光伏系統(tǒng)常用電氣結(jié)構(gòu)連接圖

  微逆變器技術(shù)提出將逆變器直接與單個(gè)光伏組件集成,,為每個(gè)光伏組件單獨(dú)配備一個(gè)具備交直流轉(zhuǎn)換功能和最大功率點(diǎn)跟蹤功能的逆變器模塊,,將光伏組件發(fā)出的電能直接轉(zhuǎn)換成交流電能供交流負(fù)載使用或傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。采用微逆變器取代傳統(tǒng)的集中式逆變器具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)保證每個(gè)組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn),,具有很強(qiáng)的抗局部陰影能力,;(2)將逆變器與光伏組件集成,可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)即插即用和熱插拔,,系統(tǒng)擴(kuò)展簡單方便,;(3)并網(wǎng)逆變器基本不獨(dú)立占用安裝空間,分布式安裝便于配置,,能夠充分利用空間和適應(yīng)不同安裝方向和角度的應(yīng)用,;(4)系統(tǒng)冗余度高、可靠性高,,單個(gè)模塊失效不會對整個(gè)系統(tǒng)造成影響,。因此,將微逆變器應(yīng)用于BIPV系統(tǒng)可以完全適應(yīng)建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用需求,,適應(yīng)不同光伏組件安裝角度和方位,,避免局部陰影對系統(tǒng)發(fā)電效率產(chǎn)生的影響,實(shí)現(xiàn)BIPV系統(tǒng)發(fā)電效率的最大化,。采用微逆變器的建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

圖2 應(yīng)用微逆變器的建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  如圖2所示,微逆變器直接與光伏組件相連,,將光伏組件發(fā)出的電能直接傳輸?shù)诫娋W(wǎng)或供本地負(fù)載使用,,多個(gè)微逆變器直接并聯(lián)接入電網(wǎng),各個(gè)微逆變器和光伏組件之間相互沒有任何影響,,單個(gè)模塊失效也不會對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,。

  將微逆變器技術(shù)與電力線載波通信技術(shù)相結(jié)合,通過電網(wǎng)交流母線就可以采集各個(gè)微逆變器和光伏組件的輸出功率和狀態(tài)信息,,很方便的實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控,,同時(shí)不需要額外的通信線路,對系統(tǒng)連線沒有任何負(fù)擔(dān),,極大的簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),。

  通過上述分析,可以得出如下結(jié)論:建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電應(yīng)用極具發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用方向,,而傳統(tǒng)的集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用需求,,采用微逆變器技術(shù)可以完全適應(yīng)建筑集成光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用需求,實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率的最大化,。

  目前共有15家光纖企業(yè)在我國從事光纖生產(chǎn),,產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。

  面對嚴(yán)峻的市場形勢,,雖然光纖產(chǎn)業(yè)界都有進(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合和合作,優(yōu)化企業(yè)資源結(jié)構(gòu)的共識,,但企業(yè)之間卻很少真正邁出產(chǎn)業(yè)整合和合作的實(shí)質(zhì)性步伐,。

  由于企業(yè)文化的影響,我國的企業(yè)在面臨競爭與合作,競爭與整合的選擇時(shí),,往往顧慮很多,,這一點(diǎn)在國內(nèi)知名企業(yè)之間表現(xiàn)得就更為明顯,所以,,如何整合卻是業(yè)界面臨的一個(gè)更為困難的課題,。

  中天科技與長飛光纖光纜選擇產(chǎn)業(yè)整合戰(zhàn)略,使兩方走上基業(yè)常青的持續(xù)增長之路,。

  專家對此評論說,,長飛與中天在中國光纖光纜行業(yè)中的特殊地位,通過橫向整合,,擴(kuò)大了各自企業(yè)的市場份額或拉伸了產(chǎn)業(yè)的價(jià)值鏈,,增強(qiáng)市場勢力,從而獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,,值得稱道,。

  產(chǎn)業(yè)整合就是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新

  大量“長壽”企業(yè)的成長史表明,以創(chuàng)新未來產(chǎn)業(yè)或改變現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),、以對自己有利為出發(fā)點(diǎn)來制定企業(yè)戰(zhàn)略的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略,,是企業(yè)持續(xù)成長的關(guān)鍵所在。這是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中企業(yè)戰(zhàn)略中的最高層次,,是克服衰退陷阱的根本方法,。

  中天與長飛于2004年12月31日簽定戰(zhàn)略合作協(xié)議,中天將使用長飛提供的預(yù)制棒及涂料生產(chǎn)符合長飛品牌要求的光纖,。

  中天與長飛合作,,是互利共贏、做大做強(qiáng)民族光通信產(chǎn)業(yè)的重大舉措,。長飛連續(xù)13年光纖光纜銷售量居全國同行第一,,是全球第三大光纖生產(chǎn)企業(yè)及第五大光纜生產(chǎn)企業(yè)。中天科技集團(tuán)作為國內(nèi)光纖光纜行業(yè)中特色較強(qiáng)的企業(yè),。

  長飛與中天雙方表示,,中天長飛的關(guān)系將由戰(zhàn)略合作伙伴向著深度合作方向發(fā)展,長飛參股中天光纖,,由戰(zhàn)略合作升級為資本合作,。

  在許多招標(biāo)采購中,運(yùn)營商往往指定少數(shù)幾個(gè)著名光纖品牌的產(chǎn)品作為光纜企業(yè)入圍的先決條件,,即使偶爾允許新的品牌參與投標(biāo),,產(chǎn)品的價(jià)格卻相差甚遠(yuǎn)。在今天電信運(yùn)營商越來越重視品牌的市場條件下,,要取得成功是非常困難的,,所以,品牌提升是中天光纖最迫切的愿望。

  中天科技光纖有限公司總經(jīng)理沈一春深有體會,,他認(rèn)為,,在長飛的技術(shù)支持之下,與長飛的合作大大提升了中天光纖品牌的影響力,,加之與長飛的合作使中天光纖有了更為靈活的品牌策略,,中天光纖既可以使用長飛的品牌,也可以使用自己的品牌,。目前用戶已經(jīng)認(rèn)為中天光纖就是長飛光纖,,中天借助與長飛在光纖制造方面的合作,品牌價(jià)值得到了迅速提升,。

  產(chǎn)業(yè)整合就是生產(chǎn)要素的重新整合,,其實(shí)質(zhì)就是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。只是建立在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)上的產(chǎn)業(yè)整合才能成功,。離開了產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新,,產(chǎn)業(yè)整合的風(fēng)險(xiǎn)是極高的。

  競爭力來自產(chǎn)業(yè)整合優(yōu)勢

  專家分析認(rèn)為,,目前,,我國光纖光纜產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨同和產(chǎn)業(yè)缺乏協(xié)調(diào)的情況,是由于人為的市場屏障所致,。因此,,培育具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)群落要在規(guī)范市場和促進(jìn)競爭的基礎(chǔ)上,通過建立資源培植效率高,、對市場反應(yīng)靈敏的企業(yè)組織形式來實(shí)現(xiàn),。

  專家指出,促進(jìn)企業(yè)組織的優(yōu)化可從兩方面入手:一是建立企業(yè)之間的產(chǎn)業(yè)聯(lián)系網(wǎng)絡(luò),,利用企業(yè)外部的垂直聯(lián)系與水平聯(lián)系,,以網(wǎng)絡(luò)型的產(chǎn)業(yè)組織空間形成產(chǎn)業(yè)群落。這就要求打破條塊分割,,同意競爭規(guī)劃,,給企業(yè)以公平的市場環(huán)境,保證企業(yè)在市場中的主體地位,。二是將產(chǎn)業(yè)聯(lián)系內(nèi)部化,,通過關(guān)聯(lián)企業(yè)的兼并重組,整合形成若干具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的跨地區(qū)企業(yè)集團(tuán),。

  正因?yàn)橹刑旃饫w有了更為靈活的品牌策略,,所以,中天光纖也有了比較好的市場形勢,,可以提供光纖給中天集團(tuán)以及其他市場,,其中,,按一定比例光纖產(chǎn)品返銷給長飛公司,。長飛檢驗(yàn)了中天光纖的品質(zhì),,認(rèn)為和自己生產(chǎn)的光纖各項(xiàng)性能指標(biāo)完全一致,因而放心大膽地加以推廣,。2005年中天光纖的銷售量一躍至204萬公里,。

  中天科技光纖有限公司董事長朱兆章表示,與長飛的合作降低了中天光纖的生產(chǎn)成本,。一方面是中天采用長飛提供的具有市場競爭優(yōu)勢的光纖預(yù)制棒,,中天光纖的成本有了明顯的降低,另一方面是規(guī)模生產(chǎn)也帶來了成本下降,,利潤較以前有明顯的增加,。這些都提升了中天光纖的市場競爭力。
 

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