太陽能光導技術在光電混合供電系統上的發展與應用*

馬瑩瑩

吉林電子信息職業技術學院，吉林 吉林 132021

太陽能光導技術在光電混合供電系統上的發展與應用*

馬瑩瑩**

吉林電子信息職業技術學院，吉林 吉林 132021

本文主要介紹了太陽能光導技術在國內外光電混合系統中的發展現狀，分析了三段式太陽能光導技術在光電混合供電系統中的工程應用，闡述了應用該技術的光電混合供電系統對比傳統太陽能光伏光熱供電系統的優點，并對該技術的未來發展前景作出了總結與展望。

太陽能發電；光導技術；光電混合供電；自動功率分配

隨著我國智能電網的發展以及“十二五”節能減排戰略目標的提出，以太陽能發電為首的清潔能源發電比重正日漸提升。與一次能源相比，太陽能發電具有資源豐富、清潔環保等特點等優點，但太陽能發電同時兼具轉換率低、地域性強、施工難度大、集中度高等特點。因此，傳統的光伏光熱發電光電混合供電系統，面臨著施工難度大，光電轉換率低等問題。為解決太陽能發電空間跨度大、太陽能采集站難以部署的問題，近年來我國部分地區將太陽能光導技術引入到光電混合供電系統中。本文就近年對太陽能光導技術在國內外光電混合供電系統的發展現狀與應用進行簡要介紹，并對該技術的工程應用與優勢進行分析。

一、太陽能光導技術的發展現狀

太陽能光導技術的發展開始于上世紀七十年代光導纖維的誕生，起初只應用于光信息的通信傳播，現今廣泛應用于隧道照明、醫療診斷、樓宇供熱、設備檢測、光導發電等領域。

(一)國外發展現狀

發達國家目前高度重視可再生資源、低成本能源的研發，尤其是太陽能的開發與應用。美國、德國等國相繼在光電混合供電系統上開展太陽能光導技術的應用，并成功將其運用于民用供電公司。

1999年，德國HEINE公司研制出向日葵太陽能采光導入系統(XD-50S/12AS)，該系統將光學傳感器搭載到聚光組件上，實現了陽光的自動追蹤；利用有害光譜分離器，將紫外線、β、γ等放射性射線分離出去；利用凸鏡組的焦距將光通量照度提高至陽光照度的15000倍，并利用光通量控制腔，控制太陽光的導入量。該光導系統不受太陽射角與地形的限制，采光平穩，效率極高。自2000年起，德國電網將該光導系統逐步應用于照明系統、光電互補供熱、光電混合供電系統，且應用日趨普及。

其他國家目前也對太陽能光導技術的傳輸率、聚光能力、熱膨脹抗性進行了積極的研究與開發，并逐漸將該技術應用于多種供電模式聯合調度的新模式。

(二)國內發展現狀

我國對于太陽能光導技術的研發與應用起步較晚，此前，太陽能光導技術的應用于發展主要集中于樓體照明與供熱系統上。

目前，太陽能光導技術在供電方面的應用僅局限于新疆、西藏等偏遠地區，該地區日照強烈，電力傳輸設備與太陽能基站多為上世紀90年代初所搭建，輸電線纜與電池組正逐年老化，電力傳輸能力與電池蓄電能力日漸下降，已無法滿足正常的供電需求。伴隨著我國經濟的不斷發展，國家電網在電力基礎設施的配備方面也取得了長足進步，尤其是在西部地區部署了大量的光纜中繼站，逐步改善了當地的供電條件。能夠將市電引入光纜中繼站群固然好，但是單獨使用市電，那么以往的太陽能發電設備將被舍棄。與此同時，資源豐富、清潔環保的太陽能資源也將不能被加以利用，這無疑是一種浪費。因此，新疆阿克蘇地區將陳舊的太陽能光伏光板、光熱鏡面與太陽能光導技術有機地結合起來，構成了光電互補混合供電系統，既將陳舊的太陽能發電設備利用起來，又利用清潔能源創造了經濟效益。

實踐證明太陽能光導技術可移植性強，采用“太陽能采集-光導纖維傳輸-終端應用”的三段式光導系統，將太陽能采集站與應用端進行合理分離，減少了工程占地面積，提高了太陽能應用的靈活性。

二、三段式太陽能光導技術的工程應用

在光電混合供電系統中，三段式光導太陽能發電系統主要由太陽能采光導入系統、光導纖維傳輸管道以及太陽能發電模組所構成。

首先，太陽能采光導入系統陣列通過透鏡集光，可將光通量照度提高至陽光照度的300-15000倍，并在傳輸太陽光之前經由采光導入系統的聚光組件對放射性射線進行二次攔截。同時利用光通量控制腔，控制太陽光的導入量，進一步可以避免光導纖維因熱膨脹而受損。而后，采集到的高光通量太陽光將經過由超穩定有機光導材料所構成的光導纖維傳輸管道傳輸到光伏光熱發電端進行發電。最后，光伏光熱發電端產出的電力將與中繼站傳輸而來的電力一并交由光電混合供電系統功率分配控制中心自動調度分配，以此達到了光導太陽能發電-光電混合供電的目的。

三、太陽能光導光電混合供電系統的優點

太陽能光導光電混合供電系統相比于傳統的太陽能光伏光熱供電系統，其優點主要體現在以下五個方面：

(一)太陽能光導光電混合供電系統通過壓縮提高光通量，能夠進一步提高光伏光熱發電基站單位面積的照度，進而提高太陽能光伏光板、光熱鏡面的光電轉化率。

(二)太陽能采光導入系統具有自動跟隨陽光運動的特點，不受太陽高度的影響，整個日照周期內能都可以平穩采光。

(三)太陽能光導光電混合供電系統將太陽能的采集端與發電端合理分離，突破了光伏光熱發電基站對地形和地理位置的要求，同時，可采用“層式”結構排列光伏光板和光熱鏡面，進一步減少發電基站的占地面積。

(四)太陽能光導光電混合供電系統納入中繼站傳輸式供電模式，解決了太陽能光伏光熱供電系統單純依靠天氣情況而發電的難題。

(五)太陽能光伏光熱供電系統采取市電互補功率自動分配的方法，無需太陽能蓄電池蓄電，減少設備開支的同時，還能實現系統的功率均衡控制。

四、結語

從歐美等發達國家與地區的發展經驗上來看，清潔能源的開發與應用是未來能源發展的主流趨勢。在國家“低碳經濟”的積極倡導下，太陽能光導光電混合供電系統的十分符合我國“節能減排“的戰略導向，伴隨著超穩定光導材料、多種供電模式聯合調度等技術的不斷發展與進步，以太陽能光導技術為代表的新型光電混合供電模式，節能環保，易于部署；極大地提高了供電系統的供電平穩性的同時，還帶來了巨大的社會經濟效益，從長遠來看，值得大力推廣。

[1]辛培裕.太陽能發電技術的綜合評價及應用前景研究[D].華北電力大學(北京)華北電力大學，2015.

[2]甄亞，范其麗，馮艷平.我國太陽能發電的現狀及存在的問題[J].經營管理者，2014(05)：376-377.

*吉林市科技發展計劃資助項目(2015334004)。

**作者簡介：馬瑩瑩(1982-)，吉林電子信息職業技術學院，講師，電氣自動化技術及電子技術專業。

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