移動式光伏電源技術研究與應用

摘要：太陽能光伏發電設備以其獨特的優點，適合用在一些特殊地區，如偏遠山區、牧區、沙漠地區、島嶼以及野外作業場合，但現有的光伏發電設備不便于移動和轉場使用，不能很好地滿足上述場合的使用需求。針對上述問題，文章進行了移動光伏發電技術研究和相關產品的開發，闡述了在這一領域的最新研究成果與相關應用。

關鍵詞：移動式；光伏電源；無電區；光伏扶貧；太陽能；光伏發電設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN314 文章編號：1009-2374（2016）26-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.019

1 概述

隨著社會發展，人們的生活和工作越來越離不開電能。在一些地區如偏遠山區、牧區、沙漠地區以及野外作業場合，電網覆蓋不到，用電成了大問題，人們在這些場所通常采用燃油發電機等小型發電設備來發電，這種發電設備會消耗汽柴油等化石能源，使用成本高、污染大。相反，利用太陽能這種清潔、普遍的可再生能源進行發電的光伏發電設備具有顯著優點：不消耗化石能源，無噪聲和排放污染，運行維護成本低，使用壽命長。但現有的光伏發電設備往往需要就地施工，結構復雜，不便于移動和轉場使用，不能很好地滿足上述場合的使用需求。為此作者進行了移動光伏電源技術研究，并開發出了綠色環保、使用便利的移動式光伏電源產品。

2 光伏發電概述

太陽能是一種清潔、安全的可再生能源，光伏發電是利用光生伏特效應將光能直接轉變為電能的一種技術。將太陽能電池組件與逆變、配電等設備配合就構成了光伏發電系統。光伏產業是全球能源科技的重要方向，也是我國初具國際競爭力的戰略性新興產業。雖然現階段光伏發電初期投入比較高，但與常規能源發電相比，有其突出的優勢，環保效益是一個方面，在其生命周期內，光伏發電較低的運維成本使其綜合效益穩定可觀。隨著光伏發電的成本逐漸降低以及傳統發電成本的上漲，光伏發電的優勢將會越來越明顯。從產品技術的發展來看，光伏應用的發展可以分為以下三個階段：

地面光伏電站階段：目前我國光伏產業主要還處在這個階段。地面光伏電站需要專門的土地，適宜建設在太陽能資源豐富且土地資源充足地區，如荒地、灘涂、鹽堿地等工農業利用價值低的土地，所發電能通過并網升壓輸送到遠方負荷中心。但由于土地資源的限制和電網傳輸成本的增加，地面光伏電站的裝機增速正在逐年下降。

分布式光伏發電階段：是一種建設在用戶場所或附近，以10kV及以下電壓等級接入電網，所發電能以自發自用為主，多余電量由配電網進行平衡調節，且單個并網點（380V）總裝機容量不超過6MW，220V用戶側單個并網點總裝機容量不超過8kW的光伏發電設施。通常城鎮用戶可利用閑置屋頂或附屬空間安裝光伏并網系統，這種方式已在歐美國家廣泛應用。另外，配置蓄電池或與用電設備直接匹配的離網型分布式光伏發電產品因其特有的適應性和靈活性，也具有廣闊的應用空間。從2012年開始，國家相關部門開始大力推進分布式光伏發電的發展，未來5～10年，分布式光伏裝機將成為光伏裝機容量的主要組成部分。

高效、智能的光伏儲能一體化階段：未來隨著微電網和智能電網技術的進步以及需求側市場的放開，針對終端需求的光伏儲能解決方案越來越重要，一方面通過技術升級實現光伏發電系統效率提升；另一方面通過智能硬件和網絡服務實現智慧管控，實現發電和儲能的商業模式創新。

3 移動式光伏電源技術研究

從目前的發展趨勢來看，移動式光伏電源產品具有地面電站和分布式光伏所不具有的獨特優勢，是光伏應用的重要形式。目前市場上已出現多種可移動的光伏電源應用技術，如ZL201310433397.9專利公開了一種一體式光伏電源，直接在太陽能電池組件背面安裝接線盒和移動電源模塊，體積小、重量輕、便于攜帶，但只能輸出直流電。ZL201320221353.5專利公開了一種可折疊模塊化的光伏電源，包括用于安裝控制模塊的移動式支撐箱體、可折疊光伏支架以及安裝在可折疊光伏支架上的光伏電池板，該技術具有體積小、模塊化等優點，但折疊式結構往往存在可靠性低、使用壽命短的問題。上述各種光伏電源存在諸如容量小、輸出模式單一、移動不便等問題，不能有效滿足無電缺電地區及市電應用不便場合的用電需求。

筆者提出的產品原理如圖1所示，主要由光伏組件、光伏控制器、逆變器、蓄電池、移動電源車組成，采用模塊化結構，各個部件安裝在戶外專用拖車上，整機外觀如圖2所示，在動力裝備牽引下，整個電源系統可靈活移動。

主要技術參數如下：（1）光伏系統容量：1～5kW（樣機配置為2kW）；（2）額定輸出電壓：AC220V（單相）/AC380V（三相）；DC12～48V；（3）輸出正弦波畸變率：<5%；（4）交流輸出頻率：50±0.5Hz；（5）蓄電池儲能：4.8～19.2kWh；（6）系統平均效率：>0.8；（7）系統保護功能：過充電、過放電、過負荷、短路、反接、過壓、漏電保護；（8）拖車：四輪拖車/兩輪拖車，配有支撐腿。

主要功能特點如下：（1）能同時提供直流電源和交流電源，滿足多種負荷需求；（2）模塊化配置，使用和維護成本低、壽命長；（3）精巧的電動傾角調節機構，0°～40°大范圍調節，適合各種光照條件；（4）可靠的伸縮機構和專用拖車，操作方便，便于移動，適合各種場合；（5）可配置市電充電功能，關鍵時刻可實現市電應急充電；（6）提供通訊接口，可接入互聯網，實現遠程管理。

綜上，該移動式光伏電源技術參數可靈活配置，可為各種直流、交流負載提供電力，同時模塊化的結構便于維護保養，在機動車等外力牽引下，可靈活移動和轉場作業。傳統離網光伏產品結構松散、可靠性差、容量偏小，僅能滿足照明等基本需求，使用維護不便；而小型分布式并網產品需要固定的安裝場合，占用空間，施工不便，維護成本高，且需要與市電并網，不能離網運行，只能作為補充能源。與其相比，移動式光伏電源具有獨特的優勢。

4 移動式光伏電源應用

基于本技術開發的光伏電源系統，實現了不依賴電網的電力供應，通過遠程監控還可實現無電地區用電解決方案和遠程服務，解決偏遠地區運維難題。具體應用領域主要包括以下六個方面：（1）軍隊、野外作業：部隊拉練、演習，考古探險，戶外勘察等；（2）農業：灌溉、大棚供電、滅蟲等；（3）兵團、牧區：灌溉、生活用電、電圍欄等；（4）抗震救災：應急供電，就地發電；（5）島嶼：無電島嶼供電、漁村生活用電、漁船應急電源（固定式方案）；（6）服務區、車站、停車場、學校：應急備用電源、電動車充電電源。

以無電區為例，自2000年以來，國家已通過各種方式解決了607萬戶、2414萬無電人口用電問題，但剩下的無電地區大都是最難啃的“硬骨頭”，面臨電力工程建設造價高、投資資金缺口大等問題，工程推進困難。這些無電區多為“老、少、邊、窮”地區，經濟發展相對滯后，距離現有電網較遠，交通不便，施工條件差。由于自然環境惡劣，無電地區的工程造價普遍偏高，其輸變電線路、電源工程建設造價比常規工程高2～3倍。而且無電地區負荷分散，電網建成后還將面臨電網利用率低、維護成本高等問題。近兩年來，國家通過大電網延伸和因地制宜發展小微水電、風光互補等方式解決無電地區人口用電問題，取得了很大進展。然而由于地域遼闊、居住分散、自然條件差、經濟狀況差、工程投資大、施工難度大等原因，四川、青海、甘肅、西藏等部分偏遠地區，還有一部分尚未徹底解決供電問題。2014年，國家能源局、國務院扶貧開發領導小組辦公室聯合印發了《關于實施光伏扶貧工程工作方案》，決定利用6年時間組織實施光伏扶貧工程。無電地區多數也是貧困區，光伏扶貧開拓了扶貧工作的新途徑，也擴大光伏市場的新領域，移動式光伏電源產品為光伏扶貧提供了新的產品選擇，也是解決最后這些無電區用電難題的理想方式。

再以國防應用為例，我國國境線長、接壤國家多，眾多邊防哨所地處偏僻的山區、分散的海島或遼闊的草原，補給不便，生活及通信用電是個大問題。同時軍隊在野外拉練、演習或作戰時，發電設備是重要保障，移動式光伏電源可以作為應急備用電源，一定程度上有助于降低對后勤補給的依賴。

針對快速增長的野外作業等電源需求，無論是地質勘探、考古發掘，還是基建施工、抗震救災，移動式光伏電源能很好地解決對電網和化石燃料的依賴，只要有陽光，就能產生電能，滿足作業需求。鑒于我國是農牧業大國，用電不便是農牧業生產普遍面臨的問題。采用移動式光伏電源可為灌溉設備、黑光燈滅蟲、電圍欄等農牧業設備提供電源，使用便利。

隨著人們生活水平的提高，高品質的戶外旅游得到發展，房車自駕游、野外露營也將成為重要的旅游品類，該產品可以很好地發揮其移動靈活的優勢，成為必備的旅行裝備。景區建設也將對電源覆蓋以及可靠性提出更高的要求，該產品不依賴電網、可持續供電的特征使其在該領域有一定優勢，能夠在旅游業大發展階段獲得一定市場。

5 結語

綜上所述，移動式光伏電源技術是解決無電區及特殊用電需求的理想方式，但后續還需要不斷優化，以適應市場和產業的多種需要，下一步重點研究內容包括結構小型化技術、特殊環境可靠性技術，以提高發電效率為目的的自動調節跟蹤技術以及Plug and play自適應并離網技術等。

參考文獻

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[3] 廖東進，黃觀吉.離網光伏發電系統優化設計探索

[J].科技創新與應用，2016，（2）.

作者簡介：韓學志（1980-），男，河南許昌人，大盛微電科技股份有限公司工程師，碩士，研究方向：新能源技術。

（責任編輯：蔣建華）