太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)在光電混合供電系統(tǒng)上的發(fā)展與應(yīng)用*

馬瑩瑩

吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132021

太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)在光電混合供電系統(tǒng)上的發(fā)展與應(yīng)用*

馬瑩瑩**

吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132021

本文主要介紹了太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外光電混合系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了三段式太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)在光電混合供電系統(tǒng)中的工程應(yīng)用，闡述了應(yīng)用該技術(shù)的光電混合供電系統(tǒng)對(duì)比傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏光熱供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景作出了總結(jié)與展望。

太陽(yáng)能發(fā)電；光導(dǎo)技術(shù)；光電混合供電；自動(dòng)功率分配

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展以及“十二五”節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，以太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電具有資源豐富、清潔環(huán)保等特點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但太陽(yáng)能發(fā)電同時(shí)兼具轉(zhuǎn)換率低、地域性強(qiáng)、施工難度大、集中度高等特點(diǎn)。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(zhuǎn)換率低等問(wèn)題。為解決太陽(yáng)能發(fā)電空間跨度大、太陽(yáng)能采集站難以部署的問(wèn)題，近年來(lái)我國(guó)部分地區(qū)將太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)引入到光電混合供電系統(tǒng)中。本文就近年對(duì)太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外光電混合供電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)該技術(shù)的工程應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。

一、太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始于上世紀(jì)七十年代光導(dǎo)纖維的誕生，起初只應(yīng)用于光信息的通信傳播，現(xiàn)今廣泛應(yīng)用于隧道照明、醫(yī)療診斷、樓宇供熱、設(shè)備檢測(cè)、光導(dǎo)發(fā)電等領(lǐng)域。

(一)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)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(yáng)能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。美國(guó)、德國(guó)等國(guó)相繼在光電混合供電系統(tǒng)上開(kāi)展太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，并成功將其運(yùn)用于民用供電公司。

1999年，德國(guó)HEINE公司研制出向日葵太陽(yáng)能采光導(dǎo)入系統(tǒng)(XD-50S/12AS)，該系統(tǒng)將光學(xué)傳感器搭載到聚光組件上，實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)光的自動(dòng)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(yáng)光照度的15000倍，并利用光通量控制腔，控制太陽(yáng)光的導(dǎo)入量。該光導(dǎo)系統(tǒng)不受太陽(yáng)射角與地形的限制，采光平穩(wěn)，效率極高。自2000年起，德國(guó)電網(wǎng)將該光導(dǎo)系統(tǒng)逐步應(yīng)用于照明系統(tǒng)、光電互補(bǔ)供熱、光電混合供電系統(tǒng)，且應(yīng)用日趨普及。

其他國(guó)家目前也對(duì)太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的傳輸率、聚光能力、熱膨脹抗性進(jìn)行了積極的研究與開(kāi)發(fā)，并逐漸將該技術(shù)應(yīng)用于多種供電模式聯(lián)合調(diào)度的新模式。

(二)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)于太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用起步較晚，此前，太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)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(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)在供電方面的應(yīng)用僅局限于新疆、西藏等偏遠(yuǎn)地區(qū)，該地區(qū)日照強(qiáng)烈，電力傳輸設(shè)備與太陽(yáng)能基站多為上世紀(jì)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(wú)法滿足正常的供電需求。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)在電力基礎(chǔ)設(shè)施的配備方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)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(dāng)?shù)氐墓╇姉l件。能夠?qū)⑹须娨牍饫|中繼站群固然好，但是單獨(dú)使用市電，那么以往的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備將被舍棄。與此同時(shí)，資源豐富、清潔環(huán)保的太陽(yáng)能資源也將不能被加以利用，這無(wú)疑是一種浪費(fèi)。因此，新疆阿克蘇地區(qū)將陳舊的太陽(yáng)能光伏光板、光熱鏡面與太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了光電互補(bǔ)混合供電系統(tǒng)，既將陳舊的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備利用起來(lái)，又利用清潔能源創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)踐證明太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)可移植性強(qiáng)，采用“太陽(yáng)能采集-光導(dǎo)纖維傳輸-終端應(yīng)用”的三段式光導(dǎo)系統(tǒng)，將太陽(yáng)能采集站與應(yīng)用端進(jìn)行合理分離，減少了工程占地面積，提高了太陽(yáng)能應(yīng)用的靈活性。

二、三段式太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)的工程應(yīng)用

在光電混合供電系統(tǒng)中，三段式光導(dǎo)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能采光導(dǎo)入系統(tǒng)、光導(dǎo)纖維傳輸管道以及太陽(yáng)能發(fā)電模組所構(gòu)成。

首先，太陽(yáng)能采光導(dǎo)入系統(tǒng)陣列通過(guò)透鏡集光，可將光通量照度提高至陽(yáng)光照度的300-15000倍，并在傳輸太陽(yáng)光之前經(jīng)由采光導(dǎo)入系統(tǒng)的聚光組件對(duì)放射性射線進(jìn)行二次攔截。同時(shí)利用光通量控制腔，控制太陽(yáng)光的導(dǎo)入量，進(jìn)一步可以避免光導(dǎo)纖維因熱膨脹而受損。而后，采集到的高光通量太陽(yáng)光將經(jīng)過(guò)由超穩(wěn)定有機(jī)光導(dǎo)材料所構(gòu)成的光導(dǎo)纖維傳輸管道傳輸?shù)焦夥鉄岚l(fā)電端進(jìn)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(lái)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(dòng)調(diào)度分配，以此達(dá)到了光導(dǎo)太陽(yáng)能發(fā)電-光電混合供電的目的。

三、太陽(yáng)能光導(dǎo)光電混合供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

太陽(yáng)能光導(dǎo)光電混合供電系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能光伏光熱供電系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

(一)太陽(yáng)能光導(dǎo)光電混合供電系統(tǒng)通過(guò)壓縮提高光通量，能夠進(jìn)一步提高光伏光熱發(fā)電基站單位面積的照度，進(jìn)而提高太陽(yáng)能光伏光板、光熱鏡面的光電轉(zhuǎn)化率。

(二)太陽(yáng)能采光導(dǎo)入系統(tǒng)具有自動(dòng)跟隨陽(yáng)光運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，不受太陽(yáng)高度的影響，整個(gè)日照周期內(nèi)能都可以平穩(wěn)采光。

(三)太陽(yáng)能光導(dǎo)光電混合供電系統(tǒng)將太陽(yáng)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(duì)地形和地理位置的要求，同時(shí)，可采用“層式”結(jié)構(gòu)排列光伏光板和光熱鏡面，進(jìn)一步減少發(fā)電基站的占地面積。

(四)太陽(yáng)能光導(dǎo)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(yáng)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(yáng)能光伏光熱供電系統(tǒng)采取市電互補(bǔ)功率自動(dòng)分配的方法，無(wú)需太陽(yáng)能蓄電池蓄電，減少設(shè)備開(kāi)支的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率均衡控制。

四、結(jié)語(yǔ)

從歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家與地區(qū)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，清潔能源的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是未來(lái)能源發(fā)展的主流趨勢(shì)。在國(guó)家“低碳經(jīng)濟(jì)”的積極倡導(dǎo)下，太陽(yáng)能光導(dǎo)光電混合供電系統(tǒng)的十分符合我國(guó)“節(jié)能減排“的戰(zhàn)略導(dǎo)向，伴隨著超穩(wěn)定光導(dǎo)材料、多種供電模式聯(lián)合調(diào)度等技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，以太陽(yáng)能光導(dǎo)技術(shù)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(shí)，還帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，值得大力推廣。

[1]辛培裕.太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)及應(yīng)用前景研究[D].華北電力大學(xué)(北京)華北電力大學(xué)，2015.

[2]甄亞，范其麗，馮艷平.我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題[J].經(jīng)營(yíng)管理者，2014(05)：376-377.

*吉林市科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015334004)。

**作者簡(jiǎn)介：馬瑩瑩(1982-)，吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，電氣自動(dòng)化技術(shù)及電子技術(shù)專業(yè)。

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