馬瑩瑩

吉林電子信息職業(yè)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(tǒng)上的發(fā)展與應用*

馬瑩瑩**

吉林電子信息職業(yè)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(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了三段式太陽能光導技術在光電混合供電系統(tǒng)中的工程應用，闡述了應用該技術的光電混合供電系統(tǒng)對比傳統(tǒng)太陽能光伏光熱供電系統(tǒng)的優(yōu)點，并對該技術的未來發(fā)展前景作出了總結與展望。

太陽能發(fā)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(wǎng)的發(fā)展以及“十二五”節(jié)能減排戰(zhàn)略目標的提出，以太陽能發(fā)電為首的清潔能源發(fā)電比重正日漸提升。與一次能源相比，太陽能發(fā)電具有資源豐富、清潔環(huán)保等特點等優(yōu)點，但太陽能發(fā)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(tǒng)的光伏光熱發(fā)電光電混合供電系統(tǒng)，面臨著施工難度大，光電轉換率低等問題。為解決太陽能發(fā)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(qū)將太陽能光導技術引入到光電混合供電系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與應用進行簡要介紹，并對該技術的工程應用與優(yōu)勢進行分析。

一、太陽能光導技術的發(fā)展現(xiàn)狀

太陽能光導技術的發(fā)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(xiàn)今廣泛應用于隧道照明、醫(yī)療診斷、樓宇供熱、設備檢測、光導發(fā)電等領域。

(一)國外發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達國家目前高度重視可再生資源、低成本能源的研發(fā)，尤其是太陽能的開發(fā)與應用。美國、德國等國相繼在光電混合供電系統(tǒng)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(tǒng)(XD-50S/12AS)，該系統(tǒng)將光學傳感器搭載到聚光組件上，實現(xiàn)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(tǒng)不受太陽射角與地形的限制，采光平穩(wěn)，效率極高。自2000年起，德國電網(wǎng)將該光導系統(tǒng)逐步應用于照明系統(tǒng)、光電互補供熱、光電混合供電系統(tǒng)，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(fā)，并逐漸將該技術應用于多種供電模式聯(lián)合調度的新模式。

(二)國內發(fā)展現(xiàn)狀

我國對于太陽能光導技術的研發(fā)與應用起步較晚，此前，太陽能光導技術的應用于發(fā)展主要集中于樓體照明與供熱系統(tǒng)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(qū)，該地區(qū)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(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家電網(wǎng)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(qū)部署了大量的光纜中繼站，逐步改善了當?shù)氐墓╇姉l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(fā)電設備將被舍棄。與此同時，資源豐富、清潔環(huán)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(qū)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(tǒng)，既將陳舊的太陽能發(fā)電設備利用起來，又利用清潔能源創(chuàng)造了經(jīng)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(tǒng)，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(tǒng)中，三段式光導太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能采光導入系統(tǒng)、光導纖維傳輸管道以及太陽能發(fā)電模組所構成。

首先，太陽能采光導入系統(tǒng)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(jīng)由采光導入系統(tǒng)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(jīng)過由超穩(wěn)定有機光導材料所構成的光導纖維傳輸管道傳輸?shù)焦夥鉄岚l(fā)電端進行發(fā)電。最后，光伏光熱發(fā)電端產(chǎn)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(tǒng)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(fā)電-光電混合供電的目的。

三、太陽能光導光電混合供電系統(tǒng)的優(yōu)點

太陽能光導光電混合供電系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的太陽能光伏光熱供電系統(tǒng)，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下五個方面：

(一)太陽能光導光電混合供電系統(tǒng)通過壓縮提高光通量，能夠進一步提高光伏光熱發(fā)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(tǒng)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(wěn)采光。

(三)太陽能光導光電混合供電系統(tǒng)將太陽能的采集端與發(fā)電端合理分離，突破了光伏光熱發(fā)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(fā)電基站的占地面積。

(四)太陽能光導光電混合供電系統(tǒng)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(tǒng)單純依靠天氣情況而發(fā)電的難題。

(五)太陽能光伏光熱供電系統(tǒng)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(xiàn)系統(tǒng)的功率均衡控制。

四、結語

從歐美等發(fā)達國家與地區(qū)的發(fā)展經(jīng)驗上來看，清潔能源的開發(fā)與應用是未來能源發(fā)展的主流趨勢。在國家“低碳經(jīng)濟”的積極倡導下，太陽能光導光電混合供電系統(tǒng)的十分符合我國“節(jié)能減排“的戰(zhàn)略導向，伴隨著超穩(wěn)定光導材料、多種供電模式聯(lián)合調度等技術的不斷發(fā)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(jié)能環(huán)保，易于部署；極大地提高了供電系統(tǒng)的供電平穩(wěn)性的同時，還帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益，從長遠來看，值得大力推廣。

[1]辛培裕.太陽能發(fā)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(fā)電的現(xiàn)狀及存在的問題[J].經(jīng)營管理者，2014(05)：376-377.

*吉林市科技發(fā)展計劃資助項目(2015334004)。

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

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