太阳能发电全球互联换电项目研究

2016-04-14秦毅杨智敏

地球 2016年2期

关键词：换电方阵太阳能

■秦毅杨智敏

（香港国际天灾研究会贵州贵阳550003）

太阳能发电全球互联换电项目研究

■秦毅杨智敏

（香港国际天灾研究会贵州贵阳550003）

当前，在全球能危机以及温室效应日益加剧的背景下，太阳能电池作为重要的可再生替代能源，有强大竞争力，市场需求将进一步增加，前景十分可观。本项目设计发明了一种全球互联换电太阳能发电技术，将太阳能发电板在全球各个主要国家和地区进行安装后，通过互联想通，随着地球自转将一直都有太阳能电板在阳光下进行发电，通过"接力赛"形式不断向夜晚地区输送源源不断的电能，以达到不断循环的发电模式，可确保人人都有取之不尽用之不竭的电能。

太阳能发电全球互联技术

1　能源危机

20世纪50年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。许多人甚至预言：世界石油资源将要枯竭，能源危机将是不可避免的。如果不作出重大努力去利用和开发各种能源资源，那么人类在不久的未来将会面临能源短缺的严重问题。太阳辐射功率为3.8*1023W，地球上接受到的仅仅是总辐射量的22亿分之一，而由于大气层的衰减，最后大约有8.5*1016W到达地面，但是仅仅这些已经是全球发电总量的几十万倍了，因此太阳能是一个非常理想的替代能源。

2　太阳能简介

太阳能是太阳以电磁辐射形式向宇宙空间发射的能量，也就是太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能，约有二十亿分之一能够顺利地到达地球大气层，成为人类在地球上可开发利用的太阳能资源，是地球上光和热的主要源泉。太阳能的利用有两种方式即：被动式利用（光热转换）和光电转换。水能、风能等也都是由太阳能转换来的，光伏板组件可以制成不同形状，组件可以连接，能够产生更多电力。

2.1太阳能资源的的分布

我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。太阳能资源的分布具有明显的地域性，随着大气污染的加重，各地的太阳辐射量呈下降趋势。我国的太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；在内蒙中西部、青藏高原等地是太阳能丰富区，年总辐射在155千卡/平方公分以上。每年陆地面积接受的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，约等于上万个三峡工程发电量的总和。

2.2太阳能辐射

太阳辐射是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流，太阳辐射能量是地球能量的主要来源。到达地平面的太阳辐射，包括太阳直接辐射和散射辐射。由于太阳辐射的随机性，无法确定光伏系统安装后方阵面上各个时段确切的太阳辐照量，太阳辐射强度与日照时间成正比。日照时间的长短，随纬度和季节而变化。通常气象台站提供的是水平面上的太阳辐照量，需要将其换算成倾斜方阵面上的辐照量。

它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净；③不受资源分布地域的限制；④可进行跨地区输电；⑤能源质量高；⑥无限利用太阳能；⑦获取能源花费的时间短。要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低成本；二是要实现太阳能发电全球互联。

3　全球换电计划技术分析

“全球换电计划”项目本着实用性、易于操作性、创新性以及一次性投入长期受益的原则，在每个独立太阳能基座上采用整机创新技术。

3.1太阳能电池方阵

太阳能电池方阵是太阳能发电系统中的核心部分，是太阳能发电系统中价值最高的部分。电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生"光生电压"，这就是"光生伏打效应"。太阳能电池的两端就会产生电动势，将光能转换成电能。一般由若干太阳电池组件按一定方式连接，再配上适当的支架及接线盒组成。太阳能电池方阵在太阳光照射下输出电能，经过防反充二极管向蓄电池组充电并向直流负载供电。

3.2逆变器

逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电转换成交流电的设备，供给负载使用。逆变器可分为独立运行逆变器和并网逆变器，逆变器保护功能：过载保护、短路保护、接反保护、欠压保护、过压保护。逆变器针对短路等过流故障进行保护，并在故障排除之后，自动恢复到正常工作状态，免去了更换器件等繁重的维护过程。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。

3.3采用新型玻璃材料

采用大规模太阳能镜片集中实施，同时又会带来玻璃镜片反射光源带来新的污染以及其他未知危害。因此，在这个项目中，将会使用一种高透不反光玻璃，可防炫目以及放射光污染。

3.4使用自动清洁太阳能电池块除尘刷

由于该项目安置点大多会选择在远离人群居住区，在完全开放的空间下自然会沉降沙尘，如果长期受到尘埃遮盖，就会使太阳能电池块降低能量吸收效率，进而影响正常发电；如果仅靠人工定点清除会占用大量人力物力财力，增加投资成本。因此，在项目开发中发明了全自动太阳能电块除尘技术，该技术的应用将推动整个项目更好的实时和运行。

3.5采用先进多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳电池成本低，转化率较高（14%-16%）。户外环境下稳定性相对较强，且其生产工艺比较成熟，成熟的生产技术工艺已大幅度降低了制造成本低廉的多晶硅太阳能电池，多晶硅电池已成为太阳能发电的主流技术。

4　全球换电计划要求

（1）“全球换电计划”太阳能发电基地在每个国家的平均占地面积相当于20000个足球场地的大小，即2000万m2，也相当于中国十个九寨沟公园面积。（2）“全球换电计划”每个国家建立标准电场需要使用5000万光电板块薄膜。（3）“全球换电计划”在每个国家整个发电过程中，大概需要4000-5000兆瓦电力供应，相当于目前巴基斯坦全国一半的用电量。（4）“全球换电计划”按照德国莱比锡发电装置耗资计算，需要耗费2200万欧元。