太阳能光导技术在光电混合供电系统上的发展与应用*

马莹莹

吉林电子信息职业技术学院，吉林 吉林 132021

太阳能光导技术在光电混合供电系统上的发展与应用*

马莹莹**

吉林电子信息职业技术学院，吉林 吉林 132021

本文主要介绍了太阳能光导技术在国内外光电混合系统中的发展现状，分析了三段式太阳能光导技术在光电混合供电系统中的工程应用，阐述了应用该技术的光电混合供电系统对比传统太阳能光伏光热供电系统的优点，并对该技术的未来发展前景作出了总结与展望。

太阳能发电；光导技术；光电混合供电；自动功率分配

随着我国智能电网的发展以及“十二五”节能减排战略目标的提出，以太阳能发电为首的清洁能源发电比重正日渐提升。与一次能源相比，太阳能发电具有资源丰富、清洁环保等特点等优点，但太阳能发电同时兼具转换率低、地域性强、施工难度大、集中度高等特点。因此，传统的光伏光热发电光电混合供电系统，面临着施工难度大，光电转换率低等问题。为解决太阳能发电空间跨度大、太阳能采集站难以部署的问题，近年来我国部分地区将太阳能光导技术引入到光电混合供电系统中。本文就近年对太阳能光导技术在国内外光电混合供电系统的发展现状与应用进行简要介绍，并对该技术的工程应用与优势进行分析。

一、太阳能光导技术的发展现状

太阳能光导技术的发展开始于上世纪七十年代光导纤维的诞生，起初只应用于光信息的通信传播，现今广泛应用于隧道照明、医疗诊断、楼宇供热、设备检测、光导发电等领域。

(一)国外发展现状

发达国家目前高度重视可再生资源、低成本能源的研发，尤其是太阳能的开发与应用。美国、德国等国相继在光电混合供电系统上开展太阳能光导技术的应用，并成功将其运用于民用供电公司。

1999年，德国HEINE公司研制出向日葵太阳能采光导入系统(XD-50S/12AS)，该系统将光学传感器搭载到聚光组件上，实现了阳光的自动追踪；利用有害光谱分离器，将紫外线、β、γ等放射性射线分离出去；利用凸镜组的焦距将光通量照度提高至阳光照度的15000倍，并利用光通量控制腔，控制太阳光的导入量。该光导系统不受太阳射角与地形的限制，采光平稳，效率极高。自2000年起，德国电网将该光导系统逐步应用于照明系统、光电互补供热、光电混合供电系统，且应用日趋普及。

其他国家目前也对太阳能光导技术的传输率、聚光能力、热膨胀抗性进行了积极的研究与开发，并逐渐将该技术应用于多种供电模式联合调度的新模式。

(二)国内发展现状

我国对于太阳能光导技术的研发与应用起步较晚，此前，太阳能光导技术的应用于发展主要集中于楼体照明与供热系统上。

目前，太阳能光导技术在供电方面的应用仅局限于新疆、西藏等偏远地区，该地区日照强烈，电力传输设备与太阳能基站多为上世纪90年代初所搭建，输电线缆与电池组正逐年老化，电力传输能力与电池蓄电能力日渐下降，已无法满足正常的供电需求。伴随着我国经济的不断发展，国家电网在电力基础设施的配备方面也取得了长足进步，尤其是在西部地区部署了大量的光缆中继站，逐步改善了当地的供电条件。能够将市电引入光缆中继站群固然好，但是单独使用市电，那么以往的太阳能发电设备将被舍弃。与此同时，资源丰富、清洁环保的太阳能资源也将不能被加以利用，这无疑是一种浪费。因此，新疆阿克苏地区将陈旧的太阳能光伏光板、光热镜面与太阳能光导技术有机地结合起来，构成了光电互补混合供电系统，既将陈旧的太阳能发电设备利用起来，又利用清洁能源创造了经济效益。

实践证明太阳能光导技术可移植性强，采用“太阳能采集-光导纤维传输-终端应用”的三段式光导系统，将太阳能采集站与应用端进行合理分离，减少了工程占地面积，提高了太阳能应用的灵活性。

二、三段式太阳能光导技术的工程应用

在光电混合供电系统中，三段式光导太阳能发电系统主要由太阳能采光导入系统、光导纤维传输管道以及太阳能发电模组所构成。

首先，太阳能采光导入系统阵列通过透镜集光，可将光通量照度提高至阳光照度的300-15000倍，并在传输太阳光之前经由采光导入系统的聚光组件对放射性射线进行二次拦截。同时利用光通量控制腔，控制太阳光的导入量，进一步可以避免光导纤维因热膨胀而受损。而后，采集到的高光通量太阳光将经过由超稳定有机光导材料所构成的光导纤维传输管道传输到光伏光热发电端进行发电。最后，光伏光热发电端产出的电力将与中继站传输而来的电力一并交由光电混合供电系统功率分配控制中心自动调度分配，以此达到了光导太阳能发电-光电混合供电的目的。

三、太阳能光导光电混合供电系统的优点

太阳能光导光电混合供电系统相比于传统的太阳能光伏光热供电系统，其优点主要体现在以下五个方面：

(一)太阳能光导光电混合供电系统通过压缩提高光通量，能够进一步提高光伏光热发电基站单位面积的照度，进而提高太阳能光伏光板、光热镜面的光电转化率。

(二)太阳能采光导入系统具有自动跟随阳光运动的特点，不受太阳高度的影响，整个日照周期内能都可以平稳采光。

(三)太阳能光导光电混合供电系统将太阳能的采集端与发电端合理分离，突破了光伏光热发电基站对地形和地理位置的要求，同时，可采用“层式”结构排列光伏光板和光热镜面，进一步减少发电基站的占地面积。

(四)太阳能光导光电混合供电系统纳入中继站传输式供电模式，解决了太阳能光伏光热供电系统单纯依靠天气情况而发电的难题。

(五)太阳能光伏光热供电系统采取市电互补功率自动分配的方法，无需太阳能蓄电池蓄电，减少设备开支的同时，还能实现系统的功率均衡控制。

四、结语

从欧美等发达国家与地区的发展经验上来看，清洁能源的开发与应用是未来能源发展的主流趋势。在国家“低碳经济”的积极倡导下，太阳能光导光电混合供电系统的十分符合我国“节能减排“的战略导向，伴随着超稳定光导材料、多种供电模式联合调度等技术的不断发展与进步，以太阳能光导技术为代表的新型光电混合供电模式，节能环保，易于部署；极大地提高了供电系统的供电平稳性的同时，还带来了巨大的社会经济效益，从长远来看，值得大力推广。

[1]辛培裕.太阳能发电技术的综合评价及应用前景研究[D].华北电力大学(北京)华北电力大学，2015.

[2]甄亚，范其丽，冯艳平.我国太阳能发电的现状及存在的问题[J].经营管理者，2014(05)：376-377.

*吉林市科技发展计划资助项目(2015334004)。

**作者简介：马莹莹(1982-)，吉林电子信息职业技术学院，讲师，电气自动化技术及电子技术专业。

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