淺談自動化在光伏領域中的應用

周丹 汪飛

摘要：太陽能作為21世紀最具潛力的可再生能源，因其儲量的無限性、存在的普遍性、利用的清潔性以及實用的經濟性，越來越被人們所青睞。如何讓光伏走進千家萬戶，更好更節約成本地利用太陽能是目前要解決的關健問題。提高核心技術，減少與發達國家的差距是我國目前在此領域面臨的挑戰。就在于實現光伏生產的自動化。本文淺談了自動化在光伏領域中的應用，希望對以后的工作有一定的參考意義。

關鍵詞：自動化；太陽能；應用

1 自動化在我國太陽能領域中的應用現狀

全球光伏行業持續穩定增長，且未來市場增長潛力較大，近年來，隨著各國對可再生能源發展的重視，光伏發電成為世界新能源領域的一大亮點，光伏發電市場一直處于持續、快速地發展過程中。與其它國家一樣，我國也正在致力于太陽能資源的研究、開發和利用。太陽能領域的自動化程度直接影響太陽能資源的開發和利用。但是，從現有狀況來看，我國在發展太陽能的同時，存在有一些問題，需要亟待解決。

首先，在理論方面，關于自動化在太陽能領域的應用方便的理論研究，仍是空白，目前還未有這方面詳細和系統的闡述與分析。沒有理論指導和科學研究，實踐過程中就會產生不可避免的迷茫或是重復工作。

其次，在具體實踐方面，我國在太陽能領域的發展中，自動化程度與國外先進國家相比，普遍較低。我國在太陽能領域的自動化方面，沒有掌握核心科技，無法更好、更快、更高效地利用太陽能資源。

另外，隨著不斷發展，挖掘利用太陽能資源的設備，規模越來越龐大，系統也越來越復雜，各個設備之間的部件聯系也越來越緊密。這對我國太陽能資源利用中自動化和智能化水平，提出了更高要求。

2 自動化產品在光伏領域的應用

光伏產業也稱太陽能電池產業，即利用太陽能級半導體電子器件吸收太陽光輻射能，并使之轉換為電能的產業。其產業鏈分上游、中游、下游三個部分：上游包括提煉太陽能級硅、制造硅棒和硅碇及切割硅片；中游為企業負責制造電池；下游則著重光伏發電系統和光伏產品的運用。

3 在組件生產過程中的應用

多晶硅太陽能電池是最早商業化的硅太陽能電池，具有轉換效率高、穩定性好、壽命長等優點，是目前光伏市場上的主導產品。在多晶硅制造領域，最主要的自動化產品是 DCS和現場儀表。從自動化的角度，多晶硅制造屬于過程自動化控制領域，現場需要控制的模擬量很多，而且有相對復雜的控制算法和控制精度，對自動化的程度要求比較高，因此 DCS在多晶硅制造領域應用非常普遍。現在 PLC、IPC、HMI、變頻器、伺服電機和調節閥等自動化產品也陸續進入多晶硅生產線。多樣化的自動化產品的投入，對后期太陽能電池組件的生產提供了良好的基礎與選擇。只有經過自主研發創新才能提高我國光伏高效多晶硅電池平均轉換效率、單晶硅電池平均轉換效率。

4 在太陽能電池片生產線中的應用

太陽能電池片具備光電轉換效率高，可靠性高的優點，其均勻性的轉換率和先進的擴散技術，確保了良好的導電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性；目前國產太陽能電池設備總體的技術狀況是：雖然已基本具備整線裝備能力，但自動化水平較低，部分設備尚需實現突破。目前中國的組件生產線還處于低端自動化水平，主要工藝仍然依靠的是層壓機和人力，成本低。因為，隨著上游產業的不斷擴大，下游行業的產業升級將不斷提高，也為自動化市場帶來一定的市場空間。

5 自動化產品在光伏發電系統的應用

光伏發電系統是利用太陽能電池直接將太陽能轉換成電能的發電系統，能獨立運行又能并網運行，可靠性高，無污染。太陽能電池組件所發出的電是直流電，必須通過直流變交流后，才能接入電網或負載。逆變器恰是跟整流器實現相反功能的電器，因此，光伏逆變器是太陽能發電系統中必不可少的器件，逆變器在光伏發電系統中的用途可分為獨立型電源用和并網用二種。

獨立太陽能光伏發電是指太陽能光伏發電不與電網連接的發電方式，由太陽能光伏組件、系統控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成，需要蓄電池來存儲夜晚用電的能量。主要應用于遠離公共電網的無電地區和一些特殊場所，民用范圍內主要用于邊遠的鄉村，如家庭系統、村級太陽能光伏電站；在工業范圍內主要用于電訊、衛星廣播電視、太陽能水泵等。

并網太陽能光伏發電是指太陽能光伏發電連接到國家電網的發電的方式，成為電網的補充，由太陽能電池方陣、系統控制器、并網逆變器等組成，典型特征為不需要蓄電池。它是太陽能光伏發電進入大規模商業化發電階段、成為電力工業組成部分的重要發展方向，是當今世界太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢。商業上為企業、公共設施、夜景美化景觀照明系統等供電。在應用中，為了最大限度地利用太陽電池組件，提高系統效率，要求光伏逆變器具有較高的轉換效率，合理的電路結構，質量優良的元器件，并要求逆變器必須具備各種保護功能和較高的可靠性，現代發電過程中可以通過監測系統實時監控逆變器工作狀態，以達到最大效率。西門子研制出的光伏并網逆變電柜效率高達98%以上，它的硬件主要采用了西門子高性能整流逆變單元，并結合核心軟件控制算法，產品經過各種嚴格苛刻測試，使其已經成功地廣泛應用在光伏逆變領域。光伏并網逆變電柜完美的并網性能，友好的人機界面設計，可更方便的監控各種運行參數，還具有多種通訊接口，更便于實現上位機網絡監控，實現整個電站的無人值守，當然同時具備了完善的報警和保護功能，使得整個發電運行穩定可靠。

綜上所述，我國的光伏市場不斷涌現出新的挑戰和機遇，這也給國內光伏行業上、中、下游產業的發展帶來新的生機與活力。我國要實現從光伏制造大國向應用大國的戰略轉變，光伏企業必須尋求突破。

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