■ 中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)光伏專業(yè)委員會(huì)

5.4 多能互補(bǔ)系統(tǒng)研究進(jìn)展

5.4.1 分布式光/儲(chǔ)系統(tǒng)控制技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。儲(chǔ)能有助于平滑光伏及其他新能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量，保證發(fā)電順利并網(wǎng)。2016年全球各類型儲(chǔ)能的新裝機(jī)容量的比重如圖28所示。

圖28 2016年全球各類型儲(chǔ)能的新裝機(jī)容量比重

目前常見的儲(chǔ)能控制方法有：基于低通濾波原理的儲(chǔ)能控制方法[191-192]、基于短時(shí)功率預(yù)測(cè)技術(shù)的控制方法[193]、小波包分解算法[194]等。這些方法各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)：1)低通濾波方法原理簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，易實(shí)現(xiàn)；但缺點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的延時(shí)問(wèn)題，浪費(fèi)大量的電能，也不利于電網(wǎng)調(diào)度。2)基于短時(shí)功率預(yù)測(cè)技術(shù)的控制方法具有預(yù)判能力，控制更為及時(shí)，但是由于其控制效果受功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的影響較大，準(zhǔn)確度難以得到保證。3)小波包分解算法的計(jì)算方法相對(duì)更復(fù)雜，目前還主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。為了獲得更好的控制效果，國(guó)內(nèi)外眾多研究人員利用多種算法協(xié)調(diào)配合，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性好、控制精度高的目標(biāo)。對(duì)不依賴通信的本地儲(chǔ)能控制技術(shù)的研究也是目前的研究重點(diǎn)。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所提出了一種基于低通濾波與短時(shí)功率預(yù)測(cè)技術(shù)相結(jié)合的儲(chǔ)能控制方法[195]，其既可以減小甚至消除低通濾波造成的延時(shí)，又可以降低功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度對(duì)最終控制效果的影響。同時(shí)該控制方法還使用了兩級(jí)低通濾波分組控制策略，以及荷電狀態(tài)(SOC)反饋修正，提高了控制效果，延長(zhǎng)了儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)，證明了所提出的儲(chǔ)能控制方法的有效性和魯棒性。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所在浙江海寧建成了多類型儲(chǔ)能混合發(fā)電系統(tǒng)。儲(chǔ)能站由儲(chǔ)能電池組、雙向變流器、箱式變壓器、SVG及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組成，儲(chǔ)能容量為1 MWh；雙向變流器最大功率為2 MW，直流母線電壓為500 V；低壓側(cè)雙向變流器最大功率為2 MW，直流母線電壓為500 V；低壓側(cè)交流電壓為380 V，通過(guò)變壓器升壓后接入10 kV電網(wǎng)。目前該儲(chǔ)能站已投入使用，并與當(dāng)?shù)胤植际焦夥l(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)控制儲(chǔ)能充、放電功率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電功率的平滑；同時(shí)可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)電價(jià)充、放電，從而提高系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

光/儲(chǔ)混合系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制是國(guó)際光/儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)方向的研究熱點(diǎn)，2016年儲(chǔ)能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的科學(xué)研究和工程應(yīng)用都取得了巨大的進(jìn)步。在未來(lái)幾年中，儲(chǔ)能技術(shù)將成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可替代的重要環(huán)節(jié)，得到更加長(zhǎng)足的發(fā)展。

5.4.2 小水電和光伏互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)

圖29 1 MWh儲(chǔ)能站航拍圖

水/光互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可充分利用光伏和水電的晝夜互補(bǔ)及季節(jié)性互補(bǔ)特性，既可以緩解電網(wǎng)供電壓力，又可以借助儲(chǔ)能和水電的調(diào)節(jié)作用消除光伏發(fā)電的波動(dòng)性，從而大幅提高了光伏的滲透水平，徹底解決了地區(qū)缺電問(wèn)題。丹麥、葡萄牙、印度及南非等國(guó)家已對(duì)該聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)展開了研究工作。中國(guó)科學(xué)院電工研究所、清華大學(xué)、國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院等也對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了研究。其中，中國(guó)科學(xué)院電工研究所于2012年初建成了國(guó)內(nèi)首座MW級(jí)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水/光互補(bǔ)微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

國(guó)際上相關(guān)科研究機(jī)構(gòu)針對(duì)水/光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究對(duì)象主要是微水電、小水電與光伏發(fā)電構(gòu)成的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。文獻(xiàn)[196]以風(fēng)/光/儲(chǔ)/水/熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)可再生能源間歇性問(wèn)題提出了一種能量調(diào)度的魯棒優(yōu)化控制算法。文獻(xiàn)[197]以基于微型水電站的微電網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)系統(tǒng)并網(wǎng)與離網(wǎng)轉(zhuǎn)換的暫態(tài)響應(yīng)問(wèn)題展開研究，利用電壓源逆變器與相位分析模塊消除微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間的相位誤差，從而降低了微電網(wǎng)瞬間的環(huán)流問(wèn)題。文獻(xiàn)[198]提出了一種新型光/微水電聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用整流橋?qū)⑺啺l(fā)電機(jī)交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡⑴c光伏組件在逆變器直流輸入端并聯(lián)，再利用逆變器將組件與水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為可并網(wǎng)的交流電。但在上述文獻(xiàn)中，研究人員對(duì)所提出的控制策略與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均只進(jìn)行了仿真或小功率實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證工作。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所針對(duì)大容量光伏/儲(chǔ)能電站與孤立運(yùn)行的小水電系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行展開了細(xì)致的研究工作，并提出了一種基于分層控制的光/儲(chǔ)系統(tǒng)與孤立運(yùn)行的小水電系統(tǒng)并聯(lián)控制策略[199]，如圖30所示。

光/儲(chǔ)系統(tǒng)的主控層包括：電壓源逆變器(Voltage Controlled Inverter，VCI)的電壓與電流控制環(huán)路、有功/無(wú)功功率下垂控制環(huán)，以及用于改善線路阻抗比的虛擬阻抗環(huán)路。該層的主要功能是利用VCI模擬電網(wǎng)中各發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率分配與各機(jī)組之間輸出頻率與端電壓的靜態(tài)下垂特性，通過(guò)對(duì)該特性的模擬實(shí)現(xiàn)光/儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的功率分配。

圖30 基于分層控制的光/儲(chǔ)系統(tǒng)控制策略

光/儲(chǔ)系統(tǒng)的二層控制主要由孤島與并網(wǎng)模式切換開關(guān)、系統(tǒng)頻率與幅值恢復(fù)控制環(huán)及電網(wǎng)同步控制環(huán)組成。該層的主要功能是當(dāng)光/儲(chǔ)系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行在孤島或并網(wǎng)模式時(shí)，利用鎖相環(huán)對(duì)光/儲(chǔ)系統(tǒng)公共耦合點(diǎn)頻率及電壓幅值進(jìn)行檢測(cè)，并利用恢復(fù)控制環(huán)路中的比例積分控制器實(shí)現(xiàn)光/儲(chǔ)系統(tǒng)母線電壓頻率及幅值對(duì)目標(biāo)頻率及幅值的無(wú)差跟蹤，提升其電能質(zhì)量。

光/儲(chǔ)系統(tǒng)的三層控制主要由功率計(jì)算、有功及無(wú)功功率控制環(huán)路構(gòu)成。其主要功能是根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的指令，利用比例積分控制器調(diào)節(jié)光/儲(chǔ)系統(tǒng)公共耦合點(diǎn)的電壓幅值及相位，實(shí)現(xiàn)光/儲(chǔ)系統(tǒng)向電網(wǎng)注入功率無(wú)靜差跟蹤功率指令的功能。

我國(guó)西藏、青海等邊遠(yuǎn)地區(qū)建有大量小水電供電的孤網(wǎng)，同時(shí)這些地區(qū)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，因此，水/光/儲(chǔ)互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可在這些地區(qū)發(fā)揮重要作用。未來(lái)，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)將向著分布式、智能化方向發(fā)展，即由集中式光/儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展為分布式光/儲(chǔ)系統(tǒng)；同時(shí)借助于先進(jìn)預(yù)測(cè)及能量調(diào)度算法，進(jìn)一步提升聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與發(fā)電效率。

5.4.3 智能微網(wǎng)案例研究

智能微網(wǎng)示范項(xiàng)目規(guī)模已從比較單一、小型的體系結(jié)構(gòu)向復(fù)雜化、大型化的智能微網(wǎng)發(fā)展演化。微電網(wǎng)對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義，可以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，促進(jìn)可再生能源分布式發(fā)電的并網(wǎng)，延緩電網(wǎng)投資，降低網(wǎng)損，有利于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)。近幾年，國(guó)內(nèi)外都開展了智能微網(wǎng)技術(shù)的示范應(yīng)用。

日本在微電網(wǎng)示范工程的建設(shè)方面處于世界領(lǐng)先地位。日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(NEDO)分別在可再生能源占相當(dāng)大比重的愛知、青森縣和京都三地建立了微電網(wǎng)示范工程，并分別進(jìn)行了微電網(wǎng)功率平衡能力、電能質(zhì)量和供電可靠性、運(yùn)行成本、控制策略等方面的測(cè)試評(píng)估，成效顯著。2016年11月，斯洛文尼亞公共設(shè)施部與日本NEDO及日立公司簽訂了在智能微網(wǎng)上的合作項(xiàng)目，以共同開發(fā)中小型智能電網(wǎng)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的巨大潛力。歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、安全及通信等理論，并在實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證。

表9 智能微網(wǎng)項(xiàng)目代表性案例

圖31 日本NEDO智能微網(wǎng)工作示意圖

我國(guó)的智能微網(wǎng)技術(shù)尚處于示范階段，圖32是一個(gè)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)典型案例。該微網(wǎng)系統(tǒng)位于漢能集團(tuán)清潔能源展示中心(104°E，38°N)，海拔42 m，年均水平輻照小時(shí)數(shù)為1350 h。該系統(tǒng)裝機(jī)量為229 kWp，包含GSE的CIGS柔性薄膜組件的南樓、北樓建筑屋頂、硅基不透光薄膜組件BIPV幕墻，以及220 kW光伏逆變器，并配有監(jiān)控系統(tǒng)及能量管理軟件。儲(chǔ)能系統(tǒng)為250 kW×2 h鋰電池組，配有BMS系統(tǒng)。主要負(fù)荷為展廳人造太陽(yáng)、影院、展廳弱點(diǎn)微控機(jī)房，約160 kW。漢能清潔能源展示中心智能微網(wǎng)具備多種智能運(yùn)營(yíng)模式，可實(shí)現(xiàn)能源利用最大化；且具備并、離網(wǎng)無(wú)縫切換功能，可實(shí)現(xiàn)智能微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷不間斷運(yùn)行。該系統(tǒng)不僅可以節(jié)能降耗，也能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的“削峰填谷”。

圖32 漢能集團(tuán)清潔能源展示中心智能微網(wǎng)體系拓?fù)鋱D

智能微網(wǎng)將成為一個(gè)市場(chǎng)化的末端電網(wǎng)，發(fā)展合理的實(shí)時(shí)電價(jià)水平，促進(jìn)分布式電源、儲(chǔ)能、智能配電的市場(chǎng)化建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理，引導(dǎo)用戶實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)智能用電、高效用電、節(jié)約用電，從而提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。能源互聯(lián)網(wǎng)將是代表未來(lái)信息與能源-電力技術(shù)深度融合的必然趨勢(shì)，而構(gòu)建適應(yīng)我國(guó)需求的智能微網(wǎng)是面向能源互聯(lián)網(wǎng)的必經(jīng)之路。

5.5 光伏系統(tǒng)關(guān)鍵部件研究進(jìn)展

5.5.1 大功率、高電壓DC/DC變換器

適用于高壓大功率場(chǎng)合的DC/DC變換器拓?fù)涠嗖捎弥C振式電路、模塊化多電平、模塊組合型電路等幾種拓?fù)?。諧振變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省去了交流變壓器，減小了體積和重量，但在高壓大功率場(chǎng)合，控制系統(tǒng)復(fù)雜，硬件成本相對(duì)較高，且諧振開關(guān)單元數(shù)量較多，諧振電感和諧振電容參數(shù)一致性難以保證，進(jìn)而會(huì)影響系統(tǒng)可靠性，并增加損耗[200-203]。模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)近年來(lái)獲得了廣泛的關(guān)注，并在以HVDC輸電為代表的直流系統(tǒng)中獲得了成功的商業(yè)化推廣[204-206]。MMC不僅具有高度模塊化的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)冗余控制，系統(tǒng)可靠性高，而且MMC具有公共直流母線，具備四象限運(yùn)行能力，但該環(huán)流器實(shí)現(xiàn)交流直流變換，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)光伏高壓直流升壓變換。

國(guó)際上，關(guān)于DC/DC變換器的研究才剛起步。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議建立了B4-76工作組，專門研討用于HVDC的隔離和非隔離拓?fù)渥儞Q器、高/低升壓比變壓器、多端口變換器，評(píng)估DC/DC變換器在高壓和中壓系統(tǒng)互聯(lián)中的應(yīng)用場(chǎng)景，可為光伏直流升壓變換器的研究提供重要參考。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制完成了我國(guó)首臺(tái)±10kV/200kW光伏高壓直流并網(wǎng)變換器，并設(shè)計(jì)了一套±10kV/200kW光伏直流并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)測(cè)試平臺(tái)，用于變換器的直流并網(wǎng)測(cè)試。變換器升壓比為1:20，效率達(dá)到95%，驗(yàn)證了光伏直流升壓匯集接入技術(shù)的可行性。該變換器的具體指標(biāo)如表10所示。

圖33 大功率光伏高壓直流并網(wǎng)變換器(±10kV/200kW)

表10 ±10kV/200kW光伏高壓直流并網(wǎng)變換器 指標(biāo)參數(shù)

2016年，國(guó)家科技部在“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備專項(xiàng)中專題設(shè)立了“大型光伏電站直流升壓匯集接入關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研制”項(xiàng)目，其中，“課題2”將重點(diǎn)開展大功率、高變比光伏直流升壓變流技術(shù)及裝備研制。

光伏直流升壓變換器是光伏直流升壓匯集接入系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，突破光伏直流升壓變換技術(shù)，研制更大容量、更高電壓等級(jí)的光伏直流升壓變換器，可以為大型光伏電站提供接入中、高壓直流電網(wǎng)的方案。

5.5.2 特變電工光伏高壓并網(wǎng)整體解決方案

目前，光伏電站的系統(tǒng)構(gòu)架依據(jù)不同的拓?fù)溥x型可以分為集中式電站、組串式電站及集散式電站，各類型的系統(tǒng)構(gòu)架如圖34所示。集中式電站主要由光伏組件-直流匯流箱-集中式逆變器-箱變組成，具有成本低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；但其無(wú)法實(shí)現(xiàn)光伏陣列組串式MPPT，復(fù)雜地形下的發(fā)電量損失較大。組串式電站主要由光伏組件-組串式逆變器-交流匯流箱-箱變組成，相對(duì)于集中式電站，組串式電站可以實(shí)現(xiàn)光伏陣列組串級(jí)MPPT功能，可有效提升發(fā)電量；但其存在低壓交流匯流損耗較大、多臺(tái)機(jī)器并聯(lián)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。集散式電站主要由光伏組件-MPPT控制器-逆變器-箱變組成，該方案通過(guò)直流匯流，損耗較低且可實(shí)現(xiàn)光伏陣列組串級(jí)MPPT。

圖34 常見光伏電站系統(tǒng)構(gòu)架

以上光伏電站構(gòu)架各有優(yōu)、劣勢(shì)，但是均存在一些共性問(wèn)題，如：組件串聯(lián)匹配損失、工頻變壓器維護(hù)成本高、多級(jí)變換系統(tǒng)復(fù)雜、轉(zhuǎn)換效率低等。

基于“大道至簡(jiǎn)”的設(shè)計(jì)理念，特變電工提出了基于TEER電能路由器的光伏高壓并網(wǎng)整體解決方案，如圖35所示。該方案全面適應(yīng)大型地面電站、水面電站、山地電站、工商業(yè)屋頂電站等各種場(chǎng)景。特變電工電能路由器采用了高效率的碳化硅功率器件、高性能的高頻磁性元件、高可靠性的模塊化串并聯(lián)技術(shù)與高度智能的云計(jì)算技術(shù)，以高頻替代工頻，實(shí)現(xiàn)“硅進(jìn)銅退”，以“數(shù)據(jù)替經(jīng)驗(yàn)”實(shí)現(xiàn)精細(xì)化智能管理，從而融合“逆、變、管”于一體，化繁為簡(jiǎn)，打造新一代智慧光伏電站解決方案。

圖35 特變電工基于TEER電能路由器的光伏高壓并網(wǎng)整體解決方案

電能路由器的拓?fù)錁?gòu)架如圖36所示。采用模塊化低壓側(cè)并聯(lián)、高壓側(cè)串聯(lián)(LPHS)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余設(shè)計(jì)方案，通過(guò)在線智能自動(dòng)旁路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功率模塊自動(dòng)“N-1”運(yùn)行，在系統(tǒng)不停機(jī)的狀態(tài)下，故障功率模塊的在線旁路；采用碳化硅功率器件的工程化應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)回路與主回路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，充分克服了SiC功率器件在高頻開關(guān)過(guò)程中脈沖尖峰過(guò)大，上下管耦合嚴(yán)重等技術(shù)難題；采用基于有源鉗位電路的軟開關(guān)技術(shù)，利用載波移相+PWM控制的多自由度控制技術(shù)，從根本上解決了雙有源橋電路輕載效率較低、控制性能較差等技術(shù)難題；采用高頻隔離、高功率密度設(shè)計(jì)技術(shù)，基于電磁場(chǎng)、熱場(chǎng)等多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，通過(guò)合理的器件選型和結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)了35 kV隔離電壓等級(jí)的高功率密度模塊設(shè)計(jì)。

圖36 光伏高壓并網(wǎng)變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

特變電工光伏高壓并網(wǎng)整體解決方案具有以下特性：

1)高壓直接并網(wǎng)，以高壓代替低壓，直流代替交流，系統(tǒng)損耗低；

2)采用碳化硅功率器件與高頻磁性元件，以硅代銅，成本低，降價(jià)空間大；

3)云平臺(tái)運(yùn)維管理，由本地走向云端；

4)具備高頻電氣隔離功能，無(wú)工頻變壓器重量輕、體積小、無(wú)污染；

5)裝置一體化設(shè)計(jì)，易于維護(hù)，施工周期短；

6)無(wú)工頻變壓器空載損耗低，系統(tǒng)待機(jī)功耗≤200 W，夜間無(wú)耗電；

7)具備超低電壓?jiǎn)C(jī)并網(wǎng)功能，啟機(jī)電壓低至200 V，增加光伏發(fā)電時(shí)長(zhǎng)；

8)具備組串級(jí)MPPT功能，采用無(wú)熔絲設(shè)計(jì)，可靠性高，發(fā)電量多；

9)采用直流匯流，電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，電能質(zhì)量好，不存在輕載諧波“串?dāng)_”問(wèn)題。

特變電工研制的10kV/1MW電能路由器TEER已成功應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，運(yùn)行情況良好，整機(jī)最大效率可達(dá)98%，效率曲線如圖37所示。從圖中可以看出，電能路由器在全功率范圍內(nèi)的效率均優(yōu)于傳統(tǒng)“逆變器+箱變”的效率。滿載實(shí)驗(yàn)并網(wǎng)電流波形圖和電流總諧波失真(THD)圖分別如圖38和圖39所示?？梢钥闯?，并網(wǎng)電流波形質(zhì)量良好，滿功率情況下THD低于1%。

圖37 TEER與“逆變器+箱變”效率對(duì)比

圖38 TEER滿載電流波形

圖39 TEER電流總諧波失真

為滿足未來(lái)光伏高壓并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，電能路由器的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1)高壓、大容量、高效率。電能路由器將朝著交流35 kV及以上電壓等級(jí)、直流±30 kV及以上電壓等級(jí)發(fā)展，從而提升電站送出能力；以SiC器件為代表的寬禁帶功率器件正處于發(fā)展的初期，更高電壓等級(jí)、更高載流能力、更低損耗的器件不斷涌現(xiàn)，電力電子技術(shù)的不斷突破，承載著高壓、大容量、高效率的發(fā)展趨勢(shì)。

2)更智能化管理。電能路由器未來(lái)將融合大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能量流/信息流復(fù)合路由的智能分析與控制的能量管理系統(tǒng)，從而提升運(yùn)維效率和發(fā)電量。

3)軟件定義硬件。電能路由器技術(shù)是通用化的平臺(tái)技術(shù)，采用軟件定義硬件的手段，電能路由器將在中壓、交直流混合應(yīng)用場(chǎng)景，包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車充電、儲(chǔ)能、交直流混合配電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)廣泛替代。

5.5.3 基于寬禁帶功率器件的光伏變換器關(guān)鍵技術(shù)

隨著SiC和GaN等寬禁帶功率器件的商業(yè)化產(chǎn)品越來(lái)越多，其在光伏系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。SiC器件主要應(yīng)用于1200 V以上的MPPT控制器和逆變器中，GaN器件主要應(yīng)用在900 V以下的高功率密度電源和微型逆變器中[207-209]。

美國(guó)的Wolfspeed公司已開發(fā)出10kV/50A的SiC PiN整流器件和10 kV的SiC MOSFET，下一步將要縮小這些器件的尺寸，以得到相應(yīng)的器件模塊，并將其用于航母的電氣升級(jí)管理中。在民用領(lǐng)域，SiC和GaN功率器件更多的用于綠色能源變換中，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)及日本等國(guó)家均開展了深入的研究[210]，基于SiC MOSFET的10 kW光伏逆變器效率高達(dá)98.5%，而基于GaN HEMT的2 kW光伏逆變器功率密度高達(dá)102 W/in3[211]。目前，SiC器件因?yàn)槌墒於群涂煽啃愿眩l(fā)展領(lǐng)先于GaN。SiC功率器件增長(zhǎng)動(dòng)力主要來(lái)自可再生能源領(lǐng)域，在太陽(yáng)能市場(chǎng)占有率將達(dá)32%。在軌道交通領(lǐng)域，SiC和GaN的應(yīng)用相當(dāng)。

GaN HEMT在光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，但其在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著許多應(yīng)用上的巨大挑戰(zhàn)，其中，動(dòng)態(tài)電阻效應(yīng)(又稱作“電流崩塌效應(yīng)”)是制約GaN HEMT大規(guī)模應(yīng)用的最主要原因。動(dòng)態(tài)電阻效應(yīng)是指對(duì)于高速開關(guān)狀態(tài)的GaN HEMT器件，當(dāng)施加較高漏源電壓時(shí)，器件的輸出電流大幅減小，通態(tài)電阻相應(yīng)增加。動(dòng)態(tài)電阻問(wèn)題顯著地限制了GaN HEMT的輸出功率和可靠性，精確地檢測(cè)器件通態(tài)電阻的動(dòng)態(tài)變化成為解決此問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。

中國(guó)科學(xué)院電工研究所提出了一種基于諧振軟開關(guān)的新型GaN HEMT動(dòng)態(tài)電阻效應(yīng)檢測(cè)電路，在電路中采用有源電壓鉗位技術(shù)測(cè)量高電壓大電流情況下器件的通態(tài)特性，可以精確地測(cè)量在大電壓擺幅和高開關(guān)頻率下器件的通態(tài)電阻。這種有源鉗位技術(shù)消除了器件在開通關(guān)斷過(guò)程中的電壓尖峰和振蕩帶來(lái)的影響，解決了傳統(tǒng)檢測(cè)方法中存在的測(cè)量飽和及分辨率低的限制問(wèn)題，同時(shí)具有測(cè)量精度高、功耗低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可有效檢測(cè)在大電壓擺幅下GaN HEMT器件的動(dòng)態(tài)電阻變化規(guī)律，極大地拓寬了對(duì)GaN HEMT動(dòng)態(tài)電阻效應(yīng)的檢測(cè)范圍。

圖40給出了采用常規(guī)示波器探頭和有源鉗位電路測(cè)得的不同漏源電壓下通態(tài)電阻的變化曲線。由圖40可以看出，采用兩種不同的示波器探頭和本項(xiàng)目中的有源鉗位電路，通過(guò)調(diào)整DUT漏源電壓從0 V到190 V逐漸升高，然后反向降低至0 V，以10 V為電壓調(diào)整步長(zhǎng)，對(duì)DUT的導(dǎo)通電壓和電流分別進(jìn)行了測(cè)量，逐點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)描繪測(cè)得的動(dòng)態(tài)電阻效應(yīng)曲線。圖40a顯示了采用示波器無(wú)源探頭測(cè)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著漏源電壓升高，DUT通態(tài)電阻從約0.2 Ω逐漸升高至3 Ω，然后隨著漏源電壓的下降逐漸降低至約0.2 Ω，此結(jié)果顯然存在較大誤差，尤其在較高漏源電壓下，不能正確反映DUT的導(dǎo)通特性。

圖40 不同漏源電壓下通態(tài)電阻的變化曲線

采用有源鉗位電路測(cè)得的結(jié)果曲線如圖40b所示。由圖可見，隨著漏源電壓從0 V升高至200 V，測(cè)得的DUT通態(tài)電阻由0.1 Ω逐漸升高至0.18 Ω，而隨著漏源電壓的反向降低，DUT的通態(tài)電阻降低至0.127 Ω。由此可見，采用新型有源鉗位電路具有高測(cè)量精度、低功率損耗的優(yōu)點(diǎn)，可準(zhǔn)確反映DUT的動(dòng)態(tài)電阻變化規(guī)律。另外，從圖中可以看出，在上升和下降的曲線間有一個(gè)較大的阻值差，這也證明了在對(duì)DUT施加較大的電壓應(yīng)力并移除之后，動(dòng)態(tài)電阻效應(yīng)并不會(huì)馬上消失，而是會(huì)持續(xù)一定時(shí)間，并對(duì)器件的導(dǎo)通特性產(chǎn)生較長(zhǎng)時(shí)間的影響。

盡管產(chǎn)量、成本及可靠性等問(wèn)題仍對(duì)SiC和GaN功率器件商品化有所限制，但新一代功率器件代替舊器件的過(guò)程已經(jīng)開始。國(guó)內(nèi)外有很多研發(fā)機(jī)構(gòu)致力于新型功率器件的研究，整流器、雙極晶體管，以及MOSFET等多種類型的功率開關(guān)器件已取得令人矚目的進(jìn)展[212]。隨著寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，相信下一個(gè)10年，SiC和GaN新型器件會(huì)更多應(yīng)用于軍事和民用的各個(gè)領(lǐng)域。

5.5.4 光伏陣列支架及自動(dòng)跟蹤技術(shù)

國(guó)際上，受印度光伏裝機(jī)容量大幅提升、補(bǔ)貼電價(jià)快速下降的影響，平單軸跟蹤系統(tǒng)在印度市場(chǎng)的應(yīng)用規(guī)模加大；美國(guó)作為主要的光伏市場(chǎng)，同時(shí)也是最大的跟蹤器應(yīng)用市場(chǎng)，跟蹤系統(tǒng)的使用量持續(xù)增加。據(jù)GTM Research預(yù)測(cè)，2016年全球光伏跟蹤器安裝容量超過(guò)12 GW，大型光伏電站偏向采用大型平單軸系統(tǒng)來(lái)提升發(fā)電量；預(yù)計(jì)2021年將會(huì)達(dá)到 37.7 GW，占地面光伏電站市場(chǎng)份額的50%。

圖41 GTM Research預(yù)測(cè)的 2021年跟蹤技術(shù)市場(chǎng)占有率

2016年，伴隨著“領(lǐng)跑者”計(jì)劃的推出，電價(jià)競(jìng)價(jià)的趨勢(shì)越來(lái)明顯，促使業(yè)主進(jìn)一步考慮提升發(fā)電量，所以，跟蹤及固定可調(diào)支架被很多“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目所采用。隨著晶體硅光伏組件價(jià)格的不斷下降，配套設(shè)備包括機(jī)械跟蹤設(shè)備的成本也在逐漸下降，跟蹤式光伏系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)效益更加突出，因此，跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)被越來(lái)越多地推廣利用。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)呈現(xiàn)從西部大型地面電站向中東部地區(qū)的山地、農(nóng)業(yè)、漁塘與光伏結(jié)合轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，特別是漁塘與光伏相結(jié)合的項(xiàng)目增加的較為明顯。

圖42 漁光電站和農(nóng)光電站

新材料應(yīng)用在漂浮電站上也是2016年的一個(gè)亮點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的浮筒產(chǎn)品以普通的高分子聚合物——高密度聚乙烯(HDPE)為主，這種材料的優(yōu)點(diǎn)是在剛性、韌性、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣、耐磨性等方面表現(xiàn)優(yōu)良，而缺點(diǎn)在于其耐老化性較差。漂浮式電站的特點(diǎn)之一在于即使運(yùn)維通道中不安裝組件，也是需要安裝浮筒的，而運(yùn)維通道的增多相應(yīng)地也將增加電站的建設(shè)成本?！皟苫础鳖I(lǐng)跑者漂浮式電站會(huì)比同地區(qū)的地面電站建設(shè)成本高1元/W左右。

伴隨著分布式電站在國(guó)內(nèi)逐漸增加，特別是分布式屋頂需求增加，支架設(shè)計(jì)需要考慮與建筑結(jié)合、安全等特點(diǎn)，同時(shí)也將會(huì)對(duì)安裝便捷提出更高的要求。太陽(yáng)能光伏支架及跟蹤技術(shù)呈現(xiàn)多樣化，但是針對(duì)支架及跟蹤系統(tǒng)，特別是針對(duì)支架安裝組件后整體性能要求的測(cè)試尚在缺失。固定支架和跟蹤支架都需要進(jìn)一步考慮邊界成本的降低，包括施工安裝、基礎(chǔ)、電纜等。可以機(jī)械化事項(xiàng)的工作盡量機(jī)械化，以提高電站的質(zhì)量。雙玻雙面組件與跟蹤系統(tǒng)結(jié)合的技術(shù)在2017年嶄露頭角。

5.5.5 2016年相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

2016年底，由我國(guó)牽頭制定的IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能跟蹤-安全要求》(Solar trackers-Safety requirements)獲得立項(xiàng)，將在2018年底前發(fā)布草案。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)由江蘇中信博新能源科技股份有限公司牽頭起草。

2016年，國(guó)家能源局新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有：NB/T 32032-2016《光伏發(fā)電站逆變器效率檢測(cè)技術(shù)要求》、NB/T 32033-2016《光伏發(fā)電站逆變器電磁兼容性技術(shù)要求》和NB/T 32034-20160《光伏發(fā)電站現(xiàn)場(chǎng)組件檢測(cè)規(guī)程》，這些標(biāo)準(zhǔn)于2016年6月1日開始實(shí)施。

5.6 光伏創(chuàng)新應(yīng)用模式進(jìn)展

5.6.1 光伏/儲(chǔ)能全直流電動(dòng)汽車充電站

北京新科聚能光電技術(shù)有限公司開發(fā)了一種光/儲(chǔ)/充全直流電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)，如圖43所示。該設(shè)計(jì)充分利用太陽(yáng)能發(fā)電的直流特性和終端直流負(fù)載(電動(dòng)汽車電池組)特性，先用太陽(yáng)能直流電為儲(chǔ)能電池組(磷酸鐵鋰電池)充電，再將儲(chǔ)能電池組的直流電通過(guò)DC/DC恒流放電模塊直接向電動(dòng)汽車電池組放電。這種全直流快充系統(tǒng)可取消常規(guī)設(shè)計(jì)中的儲(chǔ)能逆變器和交流充電樁中整流、升壓、濾波等部件，減少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高可靠性。DC/DC放電模塊為電動(dòng)汽車專用充電模塊，可并聯(lián)擴(kuò)容充電。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有并網(wǎng)接口和低谷電價(jià)充電功能，如在儲(chǔ)能電池充滿又無(wú)電動(dòng)汽車充電時(shí)，多余電能可直接并網(wǎng)。如果連續(xù)陰雨天無(wú)太陽(yáng)能發(fā)電，可利用低谷電價(jià)時(shí)間段通過(guò)充電機(jī)為儲(chǔ)能電池組充電，不但符合國(guó)家鼓勵(lì)谷電應(yīng)用，也有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

圖43 光/儲(chǔ)/充全直流電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)

2016年7月，北京新科聚能光電技術(shù)有限公司在廣東省東莞宇佳工業(yè)園安裝了一套20 kW的國(guó)內(nèi)首個(gè)離網(wǎng)全直流太陽(yáng)能儲(chǔ)能電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的實(shí)測(cè)和北汽新能源EV160型電動(dòng)汽車行駛5000 km充放電數(shù)據(jù)表明：技術(shù)路線正確，可實(shí)現(xiàn)1 h內(nèi)快充，系統(tǒng)穩(wěn)定。5.6.2 水上薄膜光伏發(fā)電系統(tǒng)

圖44 太陽(yáng)能儲(chǔ)能電動(dòng)汽車充電站

水上光伏電站是利用水上基臺(tái)將光伏組件漂浮在水面進(jìn)行發(fā)電。目前，國(guó)內(nèi)淺水區(qū)(約3 m以下)以“固定打樁+固定支架式”為主。2016年6月，全國(guó)最大的“漁光互補(bǔ)”系統(tǒng)在慈溪市周巷水庫(kù)和長(zhǎng)河水庫(kù)開工建設(shè)，總裝機(jī)量達(dá)200 MW，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為2.2億kWh。深水漂浮式系統(tǒng)(約3～10 m)目前尚處于示范階段，技術(shù)成熟度有待提高。

圖45 慈溪“漁光互補(bǔ)”水上光伏發(fā)電系統(tǒng)

2016年，漢能推出HDPE浮體式水上光伏平臺(tái)，壽命完全滿足25年使用要求，可兼容漢能的薄膜組件和市場(chǎng)主流晶硅組件。

圖46 水上光伏浮動(dòng)平臺(tái)

結(jié)合漢能CIGS(銅銦鎵硒)柔性組件的特性，漢能正在開發(fā)一種柔性水上漂浮式發(fā)電系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是質(zhì)輕、簡(jiǎn)單可靠、成本較低；柔性光伏組件可與漂浮單元一起在工廠預(yù)制，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)搭建，使用時(shí)僅需為中空層充氣或進(jìn)行輕質(zhì)材料填充即可。柔性水上漂浮式發(fā)電系統(tǒng)適用于湖泊、水庫(kù)、煤礦沉陷區(qū)等水域。

圖47 漢能柔性水上漂浮式發(fā)電系統(tǒng)

5.6.3 柔性薄膜光伏發(fā)電道路

漢能公司利用自有的GSE Power FLEX柔性薄膜組件與路面基層相疊加，成功研發(fā)了柔性薄膜光伏組件在光伏路面上的應(yīng)用技術(shù)。該組件采用的是CIGS薄膜發(fā)電技術(shù)，具有輕、薄、柔的特點(diǎn)，組件耐壓可彎曲，可以更好地抵御路面荷載對(duì)光伏組件的破壞。CIGS薄膜發(fā)電技術(shù)具有較寬的光伏響應(yīng)范圍，可在清晨、傍晚，以及陰雨天等弱光照條件下發(fā)電，也能更好地適應(yīng)由于路面多遮擋、路面清潔度不高而導(dǎo)致的光照損失等復(fù)雜條件，能夠保證光伏路面的發(fā)電效率。Power FLEX柔性光伏組件采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)強(qiáng)耐候材料進(jìn)行封裝，可以更好地保證光伏路面的使用壽命。

漢能的柔性薄膜太陽(yáng)能光伏路面技術(shù)采用了“單元路塊”的標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)。一個(gè)“單元路塊”可由1～10塊光伏組件構(gòu)成，形成最小的發(fā)電系統(tǒng)；典型“單元路塊”由4塊組件組成。該技術(shù)根據(jù)用電需求，可形成小型的、獨(dú)立的、具有儲(chǔ)能能力的離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)； 也可以多個(gè)級(jí)聯(lián)，形成大型的、可并網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)。

圖48 “單元路塊”安裝工藝示意圖

5.6.4 柔性薄膜光伏高速公路聲屏障

江蘇省建成了市內(nèi)高架公路的雙面玻璃基光伏發(fā)電聲屏障試驗(yàn)項(xiàng)目，并順利試運(yùn)行發(fā)電。雙面光伏發(fā)電聲屏障試驗(yàn)項(xiàng)目利用高架道路兩側(cè)1 km長(zhǎng)的市政聲屏障作為載體，安裝雙面高效光伏組件進(jìn)行發(fā)電，所發(fā)電力可供道路附屬的交通監(jiān)控、路燈等電力設(shè)施直接使用，余電并入國(guó)家電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)新能源的輸出。

漢能集團(tuán)于2016年6月推出了柔性薄膜光伏隔音障發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于柔性光伏組件發(fā)電/儲(chǔ)能技術(shù)、模塊化太陽(yáng)能預(yù)制隔音板設(shè)計(jì)綜合實(shí)現(xiàn)的；利用柔性光伏組件的可彎曲特性實(shí)現(xiàn)了在垂直立面、弧形懸伸式曲面、跨越式拱面等形式隔音系統(tǒng)表面的貼裝。該系統(tǒng)采用單位尺寸底板標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、模塊化的“標(biāo)準(zhǔn)跨”發(fā)電量設(shè)計(jì)，以及內(nèi)置走線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了隔音系統(tǒng)的便捷的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制安裝和可靠的模塊化發(fā)電/供電。

圖49 柔性薄膜光伏隔音障效果圖

圖50 預(yù)制光伏隔音板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)剖面圖

5.6.5 太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

2016年6月，由漢能研發(fā)的4.4 m固定翼太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)和3.3 m復(fù)合翼垂直起降太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)亮相“2016北京國(guó)際無(wú)人機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)”。兩種無(wú)人機(jī)型的機(jī)翼表面均鋪設(shè)有漢能美國(guó)子公司Alta Devices的砷化鎵薄膜太陽(yáng)電池芯片，光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)到31.6%。這種柔性薄膜太陽(yáng)電池的厚度僅為110 μm，可以完美的封裝貼合到機(jī)翼表面，減少了對(duì)空氣動(dòng)力的影響。電池質(zhì)量功率為1 g/W，幾乎不會(huì)增加額外重量；功率輸出為該無(wú)人機(jī)的250 W/m2，續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)到6～10 h，作業(yè)范圍可以達(dá)到400～700 km，是世界上航時(shí)最長(zhǎng)的工業(yè)級(jí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。

圖52 漢能太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

2016年，“第十八屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)全國(guó)科技工作者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”上，由西北工業(yè)大學(xué)周洲教授團(tuán)隊(duì)研制的“太陽(yáng)能Wi-Fi無(wú)人機(jī)”一舉奪得金獎(jiǎng)。該無(wú)人機(jī)長(zhǎng)7 m，重僅15 kg，將太陽(yáng)能、無(wú)人機(jī)、無(wú)線路由器相結(jié)合，采用太陽(yáng)能為自供給能源。作為持久留空平臺(tái)，將太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)與Wi-Fi技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建空中基站，通過(guò)單機(jī)或者多機(jī)基站進(jìn)行區(qū)域覆蓋，形成靈活的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)空中寬帶通信基礎(chǔ)設(shè)施。其中的太陽(yáng)電池系統(tǒng)是與漢能控股集團(tuán)東漢無(wú)人機(jī)科技有限公司合作完成。該無(wú)人機(jī)在冬季時(shí)的航時(shí)可達(dá)13 h，夏季則長(zhǎng)達(dá)23 h；全翼式機(jī)型使其能夠承受5級(jí)風(fēng)，飛行速度達(dá)40 km/h，飛行范圍在方圓20 km。

圖52 西北工業(yè)大學(xué)太陽(yáng)能Wi-Fi無(wú)人機(jī)

在2016年10月珠海航空展上，中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院展出了彩虹CH-5太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)。該無(wú)人機(jī)的最大翼展為45 m，留空時(shí)間大于24 h，升限超過(guò)20 km，荷載能力為20 kg。彩虹CH-5太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)采用太陽(yáng)能作為動(dòng)力源，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，巡航高度高，可在指定的地域高空持久飛行，支持通信中繼、偵查監(jiān)視、移動(dòng)通信、導(dǎo)航或視頻廣播服務(wù)等任務(wù)。該無(wú)人機(jī)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)多次實(shí)地試飛。

圖53 彩虹CH-5太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

2016年12月，由上海奧科賽飛機(jī)有限公司主導(dǎo)，上?？臻g電源研究所(811所)、同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院協(xié)同研制的“墨子號(hào)”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在福建試飛成功。該無(wú)人機(jī)的翼展達(dá)14 m，覆有12 m2的薄晶硅太陽(yáng)電池，起飛重量為45 kg，留空時(shí)間可達(dá)6～8 h，設(shè)計(jì)飛行高度為8000 m，航速為75 km/h。無(wú)人機(jī)的太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)19%。從太陽(yáng)電池到發(fā)動(dòng)機(jī)，再到基于碳纖維的全復(fù)合材料，“墨子號(hào)”的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了80%。

圖54 “墨子號(hào)”太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)

5.7 光伏系統(tǒng)與應(yīng)用政策

5.7.1 光伏上網(wǎng)電價(jià)政策

1)光伏電站上網(wǎng)電價(jià)下調(diào)。2015年12月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)文下調(diào)了2016年新建光伏電站的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)。這是2013年開始實(shí)施分區(qū)光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策后，首次進(jìn)行的標(biāo)桿電價(jià)調(diào)整。2016年12月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)再次發(fā)文下調(diào)了2017年新建光伏電站的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)。

2)分布式光伏系統(tǒng)的電價(jià)政策不變。2015年和2016年兩次文件均未調(diào)整分布式光伏系統(tǒng)的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策，0.42元/kWh的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策保持不變。同時(shí)，分布式光伏項(xiàng)目在備案時(shí)可選擇“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”模式或“全額上網(wǎng)”模式來(lái)實(shí)施。

3)國(guó)家鼓勵(lì)各地通過(guò)招標(biāo)等市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式確定光伏電站等新能源項(xiàng)目業(yè)主和上網(wǎng)電價(jià)，要求通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方式形成的上網(wǎng)電價(jià)不得高于國(guó)家規(guī)定的同類光伏發(fā)電項(xiàng)目的當(dāng)?shù)貥?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)水平。

表11 全國(guó)光伏電站上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)表 (單位：元/kWh，含稅)

5.7.2 光伏電站建設(shè)規(guī)模管理辦法

國(guó)家能源局從2014年開始實(shí)施光伏發(fā)電年度指導(dǎo)規(guī)模管理工作，在綜合考慮各地區(qū)資源條件、發(fā)展基礎(chǔ)、電網(wǎng)消納能力及配套基礎(chǔ)措施等因素的基礎(chǔ)上，確定全國(guó)新增光伏電站建設(shè)規(guī)模，并將其分解至各省(區(qū)、市)。規(guī)模內(nèi)的項(xiàng)目才具備享受國(guó)家可再生能源基金補(bǔ)貼資格，屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目及全部自發(fā)自用的地面分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目不限制建設(shè)規(guī)模。

2016年6月，國(guó)家能源局下達(dá)了2016年光伏發(fā)電建設(shè)實(shí)施方案，確定了2016年全國(guó)新增光伏電站建設(shè)規(guī)模為1810萬(wàn)kW，與2015年增補(bǔ)前的規(guī)模(1780萬(wàn)kW)基本持平。建設(shè)規(guī)模中包括8個(gè)光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地(規(guī)模550萬(wàn)kW)。對(duì)不具備新建光伏電站市場(chǎng)條件的甘肅、新疆、云南省區(qū)停止或暫緩下達(dá)2016年新增光伏電站建設(shè)規(guī)模(光伏扶貧除外)。北京、天津、上海、重慶及西藏5個(gè)省區(qū)均不設(shè)建設(shè)規(guī)模上限。2016年10月，國(guó)家能源局和國(guó)務(wù)院扶貧辦下達(dá)了第一批光伏扶貧項(xiàng)目，為516萬(wàn)kW。2016年光伏發(fā)電建設(shè)規(guī)?？傆?jì)下達(dá)2326萬(wàn)kW。

2016年，河北、浙江、山西、內(nèi)蒙古、黑龍江、四川、湖北、廣西等多個(gè)省份開始實(shí)施光伏發(fā)電項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)性配置，通過(guò)市場(chǎng)化招標(biāo)的方式配置光伏電站建設(shè)規(guī)模資源。各地根據(jù)地方情況的不同，制定了相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)性配置程序、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等。對(duì)未確定項(xiàng)目投資主體的項(xiàng)目，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式公開選擇投資主體；對(duì)已開展前期工作且已確定投資主體的項(xiàng)目，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式分配年度新增建設(shè)規(guī)模指標(biāo)。

總體而言，不僅僅是領(lǐng)跑者基地要通過(guò)招標(biāo)確定投資主體，普通光伏電站項(xiàng)目通過(guò)招標(biāo)確定投資主體的趨勢(shì)也非常明顯。

5.7.3 光伏全額保障性收購(gòu)政策

2016年5月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)及國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于做好風(fēng)電、光伏發(fā)電全額保障性收購(gòu)管理工作的通知》，明確了光伏發(fā)電最低保障收購(gòu)年利用小時(shí)數(shù)及相關(guān)結(jié)算和監(jiān)管要求。光伏發(fā)電項(xiàng)目保障性收購(gòu)年利用小時(shí)數(shù)在1300～1500 h，I類資源區(qū)的年利用小時(shí)數(shù)為1500 h，II類資源區(qū)的年利用小時(shí)數(shù)在1300 h以上。該文件是我國(guó)在多次提及保障性收購(gòu)后，第一次劃定具體的收購(gòu)門檻，為解決“棄風(fēng)、棄光”問(wèn)題提供了有效途徑。

表12 光伏發(fā)電重點(diǎn)地區(qū)最低保障性收購(gòu)年利用小時(shí)數(shù)核定表

5.7.4 光伏扶貧政策

光伏扶貧是落實(shí)國(guó)家精準(zhǔn)扶貧、精準(zhǔn)脫貧戰(zhàn)略的重要舉措，有利于擴(kuò)大光伏發(fā)電市場(chǎng)。光伏扶貧工作自2014年啟動(dòng)，2016年在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推動(dòng)階段。

2016年3月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)務(wù)院扶貧辦、國(guó)家能源局、國(guó)家開發(fā)銀行和中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展銀行5個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于實(shí)施光伏發(fā)電扶貧工作的意見》(發(fā)改能源[2016]621號(hào))，決定在全國(guó)具備光伏建設(shè)條件的貧困地區(qū)實(shí)施光伏扶貧工程。該文件確定了光伏扶貧的工作目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)，提出了促進(jìn)光伏扶貧的配套政策措施，建立光伏扶貧的協(xié)調(diào)工作機(jī)制。

2016年10月，國(guó)家能源局會(huì)同國(guó)務(wù)院扶貧辦下達(dá)了第一批總規(guī)模為516萬(wàn)kW的光伏扶貧項(xiàng)目，其中，村級(jí)光伏電站(含戶用)規(guī)模為218萬(wàn)kW，集中式地面電站規(guī)模為298萬(wàn)kW，共涉及河北、山西、遼寧、吉林、江蘇、安徽、江西、山東、河南、湖北、湖南、云南、陜西和甘肅14個(gè)省約2萬(wàn)個(gè)貧困村，可為約55萬(wàn)個(gè)建檔立卡貧困戶每年每戶增收不低于3000元。

光伏扶貧的政策保障措施包括：

1)優(yōu)先安排光伏扶貧電站建設(shè)規(guī)模、以縣為單元分年度專項(xiàng)下達(dá)光伏扶貧建設(shè)規(guī)模；

2)加強(qiáng)金融政策支持力度，提供優(yōu)惠貸款、低成本融資、鼓勵(lì)眾籌等創(chuàng)新金融融資方式；

3)切實(shí)保障光伏扶貧項(xiàng)目的補(bǔ)貼資金發(fā)放，優(yōu)先按月足額結(jié)算電費(fèi)和領(lǐng)取國(guó)家補(bǔ)貼資金；

4)鼓勵(lì)企業(yè)履行社會(huì)責(zé)任，鼓勵(lì)電力能源央企和有實(shí)力的民企參與。5.7.5 光伏“領(lǐng)跑者”計(jì)劃

2016年，國(guó)家能源局開始實(shí)施光伏“領(lǐng)跑者”基地建設(shè)項(xiàng)目。共有河北冬奧會(huì)、山西陽(yáng)泉、山西芮城、內(nèi)蒙古包頭、內(nèi)蒙古烏海、安徽兩淮、山東濟(jì)寧、山東新泰8個(gè)“領(lǐng)跑者”基地納入2016年計(jì)劃，單個(gè)基地建設(shè)規(guī)模為50～100萬(wàn)kW，總規(guī)模為550萬(wàn)kW，占年度光伏建設(shè)總規(guī)模(1810萬(wàn)kW)的30%。光伏“領(lǐng)跑者”項(xiàng)目要求項(xiàng)目采用先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品，其產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)換效率指標(biāo)要高于國(guó)家光伏產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性比選機(jī)制，選擇技術(shù)能力和投資經(jīng)營(yíng)實(shí)力強(qiáng)的開發(fā)投資企業(yè)，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制選擇達(dá)到“領(lǐng)跑者”先進(jìn)技術(shù)指標(biāo)的產(chǎn)品。

截至2016年10月，8個(gè)光伏“領(lǐng)跑者”基地均已完成了競(jìng)爭(zhēng)性招標(biāo)工作，光伏投資商投標(biāo)踴躍。雖然要求采用先進(jìn)的太陽(yáng)電池產(chǎn)品，但是競(jìng)標(biāo)電價(jià)遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)貥?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，在陽(yáng)泉、芮城、包頭的“領(lǐng)跑者”基地招標(biāo)中，創(chuàng)出陽(yáng)泉0.61元/kWh、包頭0.52元/kWh、烏海0.45元/kWh的光伏電價(jià)新低。烏海項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)用電側(cè)的平價(jià)上網(wǎng)。但業(yè)界普遍認(rèn)為，投標(biāo)企業(yè)更為關(guān)注“領(lǐng)跑者”基地的標(biāo)桿性效應(yīng)，勢(shì)在必得，不排除非理性投標(biāo)的因素；同時(shí)考慮國(guó)家對(duì)“領(lǐng)跑者”基地的政策傾斜，以及2016年光伏建設(shè)規(guī)模的緊缺，“領(lǐng)跑者”基地招標(biāo)電價(jià)不能代表當(dāng)前的平均行業(yè)水平。

表13 2016年光伏“領(lǐng)跑者”基地規(guī)模和中標(biāo)電價(jià)

5.8 光伏系統(tǒng)與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望

根據(jù)我國(guó)光伏市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r和國(guó)家《可再生能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電市場(chǎng)將延續(xù)快速發(fā)展的形勢(shì)，大型光伏電站和分布式光伏系統(tǒng)仍將是兩大主要市場(chǎng)，其中，分布式光伏系統(tǒng)的市場(chǎng)增長(zhǎng)空間巨大。國(guó)際上，印度、美國(guó)、巴西等國(guó)家的光伏市場(chǎng)正在興起，有望出現(xiàn)巨大的海外市場(chǎng)空間。加強(qiáng)核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展具備差異化、精細(xì)化、定制化特征的技術(shù)產(chǎn)品，將為我國(guó)創(chuàng)新性光伏系統(tǒng)集成企業(yè)和裝備制造企業(yè)贏得更多的市場(chǎng)機(jī)遇。

在大型光伏電站方面，在光伏分區(qū)上網(wǎng)電價(jià)指引下，中/高壓直流并網(wǎng)變換器、光伏自動(dòng)跟蹤技術(shù)、高效率光伏并網(wǎng)逆變器等創(chuàng)新技術(shù)成果層出不窮，以提高光伏發(fā)電收益為導(dǎo)向的新系統(tǒng)、新技術(shù)、新裝備將是重要發(fā)展方向。然而，短期內(nèi)必須面對(duì)我國(guó)西部地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)的嚴(yán)重棄光問(wèn)題，一方面大規(guī)模光伏發(fā)電的接入和輸送、面向高比例可再生能源的區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度等電網(wǎng)技術(shù)亟需突破和大量應(yīng)用；另一方面，光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)、有功和無(wú)功功率支撐、電網(wǎng)異常電壓穿越等光伏電站并網(wǎng)支撐技術(shù)也亟需發(fā)展。

在分布式光伏系統(tǒng)方面，工商業(yè)園區(qū)、農(nóng)村牧區(qū)、漁塘、湖面、公共建筑、道路等為發(fā)展分布式光伏提供了大量場(chǎng)地和不同商業(yè)模式，也帶來(lái)項(xiàng)目開發(fā)的復(fù)雜性和特殊性，出現(xiàn)了適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的精細(xì)化、定制化系統(tǒng)集成及裝備的技術(shù)發(fā)展需求。主要體現(xiàn)在：

1)面向不同應(yīng)用模式的新型系統(tǒng)集成技術(shù)，例如，針對(duì)電動(dòng)汽車充電業(yè)務(wù)的光伏/儲(chǔ)能電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)、跟隨分時(shí)電價(jià)盈利的工商業(yè)園區(qū)光伏/儲(chǔ)能系統(tǒng)等。

2)結(jié)合特殊應(yīng)用場(chǎng)合的定制化裝備，例如高功率密度的寬禁帶半導(dǎo)體電力電子變換器、光伏水上平臺(tái)和特殊浮筒材料、適合光伏大棚的特殊光伏支架系統(tǒng)等。

3)適應(yīng)不同配電網(wǎng)接入條件的定制化技術(shù)及裝備，例如，面向大規(guī)模、高比例分布式光伏并網(wǎng)接入的電能質(zhì)量問(wèn)題和保護(hù)問(wèn)題，提出的分散式測(cè)控技術(shù)、區(qū)域性反孤島保護(hù)技術(shù)等。

光伏應(yīng)用模式創(chuàng)新是非常值得關(guān)注的一個(gè)方面，例如，太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)、光伏發(fā)電道路、可再生能源綜合利用微網(wǎng)等。這些技術(shù)創(chuàng)新不僅有可能開辟光伏發(fā)電應(yīng)用的新領(lǐng)域，而且具備不需要補(bǔ)貼即可商業(yè)化運(yùn)行的重要特征，甚至在一些技術(shù)方向上有可能形成具有高附加價(jià)值的細(xì)分市場(chǎng)?？梢灶A(yù)期，通過(guò)光伏應(yīng)用模式的不斷創(chuàng)新，光伏發(fā)電將會(huì)更廣泛地融入人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中。