2017年我國光伏技術發展報告(8)

■ 中國可再生能源學會光伏專業委員會

5.4 多能互補系統研究進展

5.4.1 分布式光/儲系統控制技術

儲能技術在電力系統中的應用是近年來的研究熱點。儲能有助于平滑光伏及其他新能源發電系統的輸出功率，提高系統電能質量，保證發電順利并網。2016年全球各類型儲能的新裝機容量的比重如圖28所示。

圖28 2016年全球各類型儲能的新裝機容量比重

目前常見的儲能控制方法有：基于低通濾波原理的儲能控制方法[191-192]、基于短時功率預測技術的控制方法[193]、小波包分解算法[194]等。這些方法各有不同的優缺點：1)低通濾波方法原理簡單，技術成熟，易實現；但缺點是會導致較為嚴重的延時問題，浪費大量的電能，也不利于電網調度。2)基于短時功率預測技術的控制方法具有預判能力，控制更為及時，但是由于其控制效果受功率預測準確度的影響較大，準確度難以得到保證。3)小波包分解算法的計算方法相對更復雜，目前還主要停留在實驗室研究階段。為了獲得更好的控制效果，國內外眾多研究人員利用多種算法協調配合，以實現實時性好、控制精度高的目標。對不依賴通信的本地儲能控制技術的研究也是目前的研究重點。

中國科學院電工研究所提出了一種基于低通濾波與短時功率預測技術相結合的儲能控制方法[195]，其既可以減小甚至消除低通濾波造成的延時，又可以降低功率預測準確度對最終控制效果的影響。同時該控制方法還使用了兩級低通濾波分組控制策略，以及荷電狀態(SOC)反饋修正，提高了控制效果，延長了儲能系統的使用壽命。通過仿真和實驗，證明了所提出的儲能控制方法的有效性和魯棒性。

中國科學院電工研究所在浙江海寧建成了多類型儲能混合發電系統。儲能站由儲能電池組、雙向變流器、箱式變壓器、SVG及綜合自動化系統組成，儲能容量為1 MWh；雙向變流器最大功率為2 MW，直流母線電壓為500 V；低壓側雙向變流器最大功率為2 MW，直流母線電壓為500 V；低壓側交流電壓為380 V，通過變壓器升壓后接入10 kV電網。目前該儲能站已投入使用，并與當地分布式光伏發電系統相結合，通過控制儲能充、放電功率，可以實現對光伏發電功率的平滑；同時可根據當地實時電價充、放電，從而提高系統的整體經濟效益。

光/儲混合系統協調控制是國際光/儲系統技術方向的研究熱點，2016年儲能技術在光伏發電系統中的科學研究和工程應用都取得了巨大的進步。在未來幾年中，儲能技術將成為光伏發電系統中不可替代的重要環節，得到更加長足的發展。

5.4.2 小水電和光伏互補發電技術

圖29 1 MWh儲能站航拍圖

水/光互補聯合發電系統可充分利用光伏和水電的晝夜互補及季節性互補特性，既可以緩解電網供電壓力，又可以借助儲能和水電的調節作用消除光伏發電的波動性，從而大幅提高了光伏的滲透水平，徹底解決了地區缺電問題。丹麥、葡萄牙、印度及南非等國家已對該聯合發電系統展開了研究工作。中國科學院電工研究所、清華大學、國網浙江省電力公司電力科學研究院等也對該系統進行了研究。其中，中國科學院電工研究所于2012年初建成了國內首座MW級具有自主知識產權的水/光互補微網發電系統。

國際上相關科研究機構針對水/光互補發電系統的研究對象主要是微水電、小水電與光伏發電構成的聯合發電系統。文獻[196]以風/光/儲/水/熱聯合發電系統為研究對象，針對可再生能源間歇性問題提出了一種能量調度的魯棒優化控制算法。文獻[197]以基于微型水電站的微電網系統為研究對象，針對系統并網與離網轉換的暫態響應問題展開研究，利用電壓源逆變器與相位分析模塊消除微電網與電網之間的相位誤差，從而降低了微電網瞬間的環流問題。文獻[198]提出了一種新型光/微水電聯合發電系統拓撲結構，利用整流橋將水輪發電機交流電轉變為直流電，并與光伏組件在逆變器直流輸入端并聯，再利用逆變器將組件與水輪發電機產生的電能轉換為可并網的交流電。但在上述文獻中，研究人員對所提出的控制策略與拓撲結構均只進行了仿真或小功率實驗的驗證工作。

中國科學院電工研究所針對大容量光伏/儲能電站與孤立運行的小水電系統并聯運行展開了細致的研究工作，并提出了一種基于分層控制的光/儲系統與孤立運行的小水電系統并聯控制策略[199]，如圖30所示。

光/儲系統的主控層包括：電壓源逆變器(Voltage Controlled Inverter，VCI)的電壓與電流控制環路、有功/無功功率下垂控制環，以及用于改善線路阻抗比的虛擬阻抗環路。該層的主要功能是利用VCI模擬電網中各發電機組并聯運行時功率分配與各機組之間輸出頻率與端電壓的靜態下垂特性，通過對該特性的模擬實現光/儲系統內的功率分配。

圖30 基于分層控制的光/儲系統控制策略

光/儲系統的二層控制主要由孤島與并網模式切換開關、系統頻率與幅值恢復控制環及電網同步控制環組成。該層的主要功能是當光/儲系統已穩定運行在孤島或并網模式時，利用鎖相環對光/儲系統公共耦合點頻率及電壓幅值進行檢測，并利用恢復控制環路中的比例積分控制器實現光/儲系統母線電壓頻率及幅值對目標頻率及幅值的無差跟蹤，提升其電能質量。

光/儲系統的三層控制主要由功率計算、有功及無功功率控制環路構成。其主要功能是根據電網調度系統的指令，利用比例積分控制器調節光/儲系統公共耦合點的電壓幅值及相位，實現光/儲系統向電網注入功率無靜差跟蹤功率指令的功能。

我國西藏、青海等邊遠地區建有大量小水電供電的孤網，同時這些地區擁有豐富的太陽能資源，因此，水/光/儲互補聯合發電系統可在這些地區發揮重要作用。未來，聯合發電系統將向著分布式、智能化方向發展，即由集中式光/儲系統發展為分布式光/儲系統；同時借助于先進預測及能量調度算法，進一步提升聯合發電系統的穩定性與發電效率。

5.4.3 智能微網案例研究

智能微網示范項目規模已從比較單一、小型的體系結構向復雜化、大型化的智能微網發展演化。微電網對我國電力系統和國民經濟的發展具有重要意義，可以提高電力系統的安全性和可靠性，促進可再生能源分布式發電的并網，延緩電網投資，降低網損，有利于建設節約型社會。近幾年，國內外都開展了智能微網技術的示范應用。

日本在微電網示范工程的建設方面處于世界領先地位。日本新能源與工業技術發展組織(NEDO)分別在可再生能源占相當大比重的愛知、青森縣和京都三地建立了微電網示范工程，并分別進行了微電網功率平衡能力、電能質量和供電可靠性、運行成本、控制策略等方面的測試評估，成效顯著。2016年11月，斯洛文尼亞公共設施部與日本NEDO及日立公司簽訂了在智能微網上的合作項目，以共同開發中小型智能電網在基礎設施建設中的巨大潛力。歐洲已初步形成了微電網的運行、控制、保護、安全及通信等理論，并在實驗室微電網平臺上進行了驗證。

表9 智能微網項目代表性案例

圖31 日本NEDO智能微網工作示意圖

我國的智能微網技術尚處于示范階段，圖32是一個智能微電網系統典型案例。該微網系統位于漢能集團清潔能源展示中心(104°E，38°N)，海拔42 m，年均水平輻照小時數為1350 h。該系統裝機量為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，并配有監控系統及能量管理軟件。儲能系統為250 kW×2 h鋰電池組，配有BMS系統。主要負荷為展廳人造太陽、影院、展廳弱點微控機房，約160 kW。漢能清潔能源展示中心智能微網具備多種智能運營模式，可實現能源利用最大化；且具備并、離網無縫切換功能，可實現智能微網內負荷不間斷運行。該系統不僅可以節能降耗，也能實現電網的“削峰填谷”。

圖32 漢能集團清潔能源展示中心智能微網體系拓撲圖

智能微網將成為一個市場化的末端電網，發展合理的實時電價水平，促進分布式電源、儲能、智能配電的市場化建設、運營、管理，引導用戶實現雙向互動智能用電、高效用電、節約用電，從而提高能源利用率，實現節能降耗的目的。能源互聯網將是代表未來信息與能源-電力技術深度融合的必然趨勢，而構建適應我國需求的智能微網是面向能源互聯網的必經之路。

5.5 光伏系統關鍵部件研究進展

5.5.1 大功率、高電壓DC/DC變換器

適用于高壓大功率場合的DC/DC變換器拓撲多采用諧振式電路、模塊化多電平、模塊組合型電路等幾種拓撲。諧振變換器拓撲結構省去了交流變壓器，減小了體積和重量，但在高壓大功率場合，控制系統復雜，硬件成本相對較高，且諧振開關單元數量較多，諧振電感和諧振電容參數一致性難以保證，進而會影響系統可靠性，并增加損耗[200-203]。模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)近年來獲得了廣泛的關注，并在以HVDC輸電為代表的直流系統中獲得了成功的商業化推廣[204-206]。MMC不僅具有高度模塊化的結構，可實現冗余控制，系統可靠性高，而且MMC具有公共直流母線，具備四象限運行能力，但該環流器實現交流直流變換，無法直接實現光伏高壓直流升壓變換。

國際上，關于DC/DC變換器的研究才剛起步。國際大電網會議建立了B4-76工作組，專門研討用于HVDC的隔離和非隔離拓撲變換器、高/低升壓比變壓器、多端口變換器，評估DC/DC變換器在高壓和中壓系統互聯中的應用場景，可為光伏直流升壓變換器的研究提供重要參考。

中國科學院電工研究所研制完成了我國首臺±10kV/200kW光伏高壓直流并網變換器，并設計了一套±10kV/200kW光伏直流并網發電技術測試平臺，用于變換器的直流并網測試。變換器升壓比為1:20，效率達到95%，驗證了光伏直流升壓匯集接入技術的可行性。該變換器的具體指標如表10所示。

圖33 大功率光伏高壓直流并網變換器(±10kV/200kW)

表10 ±10kV/200kW光伏高壓直流并網變換器 指標參數

2016年，國家科技部在“十三五”重點研發計劃智能電網技術與裝備專項中專題設立了“大型光伏電站直流升壓匯集接入關鍵技術及設備研制”項目，其中，“課題2”將重點開展大功率、高變比光伏直流升壓變流技術及裝備研制。

光伏直流升壓變換器是光伏直流升壓匯集接入系統的關鍵設備，突破光伏直流升壓變換技術，研制更大容量、更高電壓等級的光伏直流升壓變換器，可以為大型光伏電站提供接入中、高壓直流電網的方案。

5.5.2 特變電工光伏高壓并網整體解決方案

目前，光伏電站的系統構架依據不同的拓撲選型可以分為集中式電站、組串式電站及集散式電站，各類型的系統構架如圖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、實現簡單等特點；但其無法實現光伏陣列組串式MPPT，復雜地形下的發電量損失較大。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，相對于集中式電站，組串式電站可以實現光伏陣列組串級MPPT功能，可有效提升發電量；但其存在低壓交流匯流損耗較大、多臺機器并聯穩定性差等問題。集散式電站主要由光伏組件-MPPT控制器-逆變器-箱變組成，該方案通過直流匯流，損耗較低且可實現光伏陣列組串級MPPT。

圖34 常見光伏電站系統構架

以上光伏電站構架各有優、劣勢，但是均存在一些共性問題，如：組件串聯匹配損失、工頻變壓器維護成本高、多級變換系統復雜、轉換效率低等。

基于“大道至簡”的設計理念，特變電工提出了基于TEER電能路由器的光伏高壓并網整體解決方案，如圖35所示。該方案全面適應大型地面電站、水面電站、山地電站、工商業屋頂電站等各種場景。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技術與高度智能的云計算技術，以高頻替代工頻，實現“硅進銅退”，以“數據替經驗”實現精細化智能管理，從而融合“逆、變、管”于一體，化繁為簡，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整體解決方案

電能路由器的拓撲構架如圖36所示。采用模塊化低壓側并聯、高壓側串聯(LPHS)的拓撲結構和冗余設計方案，通過在線智能自動旁路技術，實現功率模塊自動“N-1”運行，在系統不停機的狀態下，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用技術，實現了驅動回路與主回路的設計與優化，充分克服了SiC功率器件在高頻開關過程中脈沖尖峰過大，上下管耦合嚴重等技術難題；采用基于有源鉗位電路的軟開關技術，利用載波移相+PWM控制的多自由度控制技術，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難題；采用高頻隔離、高功率密度設計技術，基于電磁場、熱場等多物理場仿真技術，通過合理的器件選型和結構布局，實現了35 kV隔離電壓等級的高功率密度模塊設計。

圖36 光伏高壓并網變流器拓撲結構圖

特變電工光伏高壓并網整體解決方案具有以下特性：

1)高壓直接并網，以高壓代替低壓，直流代替交流，系統損耗低；

2)采用碳化硅功率器件與高頻磁性元件，以硅代銅，成本低，降價空間大；

3)云平臺運維管理，由本地走向云端；

4)具備高頻電氣隔離功能，無工頻變壓器重量輕、體積小、無污染；

5)裝置一體化設計，易于維護，施工周期短；

6)無工頻變壓器空載損耗低，系統待機功耗≤200 W，夜間無耗電；

7)具備超低電壓啟機并網功能，啟機電壓低至200 V，增加光伏發電時長；

8)具備組串級MPPT功能，采用無熔絲設計，可靠性高，發電量多；

9)采用直流匯流，電網適應能力強，電能質量好，不存在輕載諧波“串擾”問題。

特變電工研制的10kV/1MW電能路由器TEER已成功應用于工業園區屋頂光伏并網系統，運行情況良好，整機最大效率可達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的效率均優于傳統“逆變器+箱變”的效率。滿載實驗并網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。可以看出，并網電流波形質量良好，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

為滿足未來光伏高壓并網系統的應用，電能路由器的發展趨勢主要體現在以下幾點：

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、直流±30 kV及以上電壓等級發展，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展的初期，更高電壓等級、更高載流能力、更低損耗的器件不斷涌現，電力電子技術的不斷突破，承載著高壓、大容量、高效率的發展趨勢。

2)更智能化管理。電能路由器未來將融合大數據分析、人工智能算法等先進技術，實現能量流/信息流復合路由的智能分析與控制的能量管理系統，從而提升運維效率和發電量。

3)軟件定義硬件。電能路由器技術是通用化的平臺技術，采用軟件定義硬件的手段，電能路由器將在中壓、交直流混合應用場景，包括光伏發電、風力發電、電動汽車充電、儲能、交直流混合配電網中實現廣泛替代。

5.5.3 基于寬禁帶功率器件的光伏變換器關鍵技術

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

美國的Wolfspeed公司已開發出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，以得到相應的器件模塊，并將其用于航母的電氣升級管理中。在民用領域，SiC和GaN功率器件更多的用于綠色能源變換中，美國、德國、法國及日本等國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98.5%，而基于GaN HEMT的2 kW光伏逆變器功率密度高達102 W/in3[211]。目前，SiC器件因為成熟度和可靠性更佳，發展領先于GaN。SiC功率器件增長動力主要來自可再生能源領域，在太陽能市場占有率將達32%。在軌道交通領域，SiC和GaN的應用相當。

GaN HEMT在光伏發電、電動汽車等方面有著廣泛的應用前景，但其在實際應用中也面臨著許多應用上的巨大挑戰，其中，動態電阻效應(又稱作“電流崩塌效應”)是制約GaN HEMT大規模應用的最主要原因。動態電阻效應是指對于高速開關狀態的GaN HEMT器件，當施加較高漏源電壓時，器件的輸出電流大幅減小，通態電阻相應增加。動態電阻問題顯著地限制了GaN HEMT的輸出功率和可靠性，精確地檢測器件通態電阻的動態變化成為解決此問題的關鍵技術。

中國科學院電工研究所提出了一種基于諧振軟開關的新型GaN HEMT動態電阻效應檢測電路，在電路中采用有源電壓鉗位技術測量高電壓大電流情況下器件的通態特性，可以精確地測量在大電壓擺幅和高開關頻率下器件的通態電阻。這種有源鉗位技術消除了器件在開通關斷過程中的電壓尖峰和振蕩帶來的影響，解決了傳統檢測方法中存在的測量飽和及分辨率低的限制問題，同時具有測量精度高、功耗低、操作簡單等優點，可有效檢測在大電壓擺幅下GaN HEMT器件的動態電阻變化規律，極大地拓寬了對GaN HEMT動態電阻效應的檢測范圍。

圖40給出了采用常規示波器探頭和有源鉗位電路測得的不同漏源電壓下通態電阻的變化曲線。由圖40可以看出，采用兩種不同的示波器探頭和本項目中的有源鉗位電路，通過調整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為電壓調整步長，對DUT的導通電壓和電流分別進行了測量，逐點記錄數據描繪測得的動態電阻效應曲線。圖40a顯示了采用示波器無源探頭測量的實驗結果，隨著漏源電壓升高，DUT通態電阻從約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的導通特性。

圖40 不同漏源電壓下通態電阻的變化曲線

采用有源鉗位電路測得的結果曲線如圖40b所示。由圖可見，隨著漏源電壓從0 V升高至200 V，測得的DUT通態電阻由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量精度、低功率損耗的優點，可準確反映DUT的動態電阻變化規律。另外，從圖中可以看出，在上升和下降的曲線間有一個較大的阻值差，這也證明了在對DUT施加較大的電壓應力并移除之后，動態電阻效應并不會馬上消失，而是會持續一定時間，并對器件的導通特性產生較長時間的影響。

盡管產量、成本及可靠性等問題仍對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程已經開始。國內外有很多研發機構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器件已取得令人矚目的進展[212]。隨著寬禁帶半導體技術的發展，相信下一個10年，SiC和GaN新型器件會更多應用于軍事和民用的各個領域。

5.5.4 光伏陣列支架及自動跟蹤技術

國際上，受印度光伏裝機容量大幅提升、補貼電價快速下降的影響，平單軸跟蹤系統在印度市場的應用規模加大；美國作為主要的光伏市場，同時也是最大的跟蹤器應用市場，跟蹤系統的使用量持續增加。據GTM Research預測，2016年全球光伏跟蹤器安裝容量超過12 GW，大型光伏電站偏向采用大型平單軸系統來提升發電量；預計2021年將會達到 37.7 GW，占地面光伏電站市場份額的50%。

圖41 GTM Research預測的 2021年跟蹤技術市場占有率

2016年，伴隨著“領跑者”計劃的推出，電價競價的趨勢越來明顯，促使業主進一步考慮提升發電量，所以，跟蹤及固定可調支架被很多“領跑者”項目所采用。隨著晶體硅光伏組件價格的不斷下降，配套設備包括機械跟蹤設備的成本也在逐漸下降，跟蹤式光伏系統的總體經濟效益更加突出，因此，跟蹤式光伏發電系統被越來越多地推廣利用。國內市場呈現從西部大型地面電站向中東部地區的山地、農業、漁塘與光伏結合轉移的趨勢，特別是漁塘與光伏相結合的項目增加的較為明顯。

圖42 漁光電站和農光電站

新材料應用在漂浮電站上也是2016年的一個亮點。目前市場上的浮筒產品以普通的高分子聚合物——高密度聚乙烯(HDPE)為主，這種材料的優點是在剛性、韌性、機械強度、化學穩定性、電絕緣、耐磨性等方面表現優良，而缺點在于其耐老化性較差。漂浮式電站的特點之一在于即使運維通道中不安裝組件，也是需要安裝浮筒的，而運維通道的增多相應地也將增加電站的建設成本。“兩淮”領跑者漂浮式電站會比同地區的地面電站建設成本高1元/W左右。

伴隨著分布式電站在國內逐漸增加，特別是分布式屋頂需求增加，支架設計需要考慮與建筑結合、安全等特點，同時也將會對安裝便捷提出更高的要求。太陽能光伏支架及跟蹤技術呈現多樣化，但是針對支架及跟蹤系統，特別是針對支架安裝組件后整體性能要求的測試尚在缺失。固定支架和跟蹤支架都需要進一步考慮邊界成本的降低，包括施工安裝、基礎、電纜等。可以機械化事項的工作盡量機械化，以提高電站的質量。雙玻雙面組件與跟蹤系統結合的技術在2017年嶄露頭角。

5.5.5 2016年相關標準規范

2016年底，由我國牽頭制定的IEC國際標準《太陽能跟蹤-安全要求》(Solar trackers-Safety requirements)獲得立項，將在2018年底前發布草案。此項標準由江蘇中信博新能源科技股份有限公司牽頭起草。

2016年，國家能源局新發布的標準有：NB/T 32032-2016《光伏發電站逆變器效率檢測技術要求》、NB/T 32033-2016《光伏發電站逆變器電磁兼容性技術要求》和NB/T 32034-20160《光伏發電站現場組件檢測規程》，這些標準于2016年6月1日開始實施。

5.6 光伏創新應用模式進展

5.6.1 光伏/儲能全直流電動汽車充電站

北京新科聚能光電技術有限公司開發了一種光/儲/充全直流電動汽車快充系統，如圖43所示。該設計充分利用太陽能發電的直流特性和終端直流負載(電動汽車電池組)特性，先用太陽能直流電為儲能電池組(磷酸鐵鋰電池)充電，再將儲能電池組的直流電通過DC/DC恒流放電模塊直接向電動汽車電池組放電。這種全直流快充系統可取消常規設計中的儲能逆變器和交流充電樁中整流、升壓、濾波等部件，減少轉換環節，提高可靠性。DC/DC放電模塊為電動汽車專用充電模塊，可并聯擴容充電。在系統設計中有并網接口和低谷電價充電功能，如在儲能電池充滿又無電動汽車充電時，多余電能可直接并網。如果連續陰雨天無太陽能發電，可利用低谷電價時間段通過充電機為儲能電池組充電，不但符合國家鼓勵谷電應用，也有較高的經濟效益。

圖43 光/儲/充全直流電動汽車快充系統

2016年7月，北京新科聚能光電技術有限公司在廣東省東莞宇佳工業園安裝了一套20 kW的國內首個離網全直流太陽能儲能電動汽車快充系統。經過3個月的實測和北汽新能源EV160型電動汽車行駛5000 km充放電數據表明：技術路線正確，可實現1 h內快充，系統穩定。5.6.2 水上薄膜光伏發電系統

圖44 太陽能儲能電動汽車充電站

水上光伏電站是利用水上基臺將光伏組件漂浮在水面進行發電。目前，國內淺水區(約3 m以下)以“固定打樁+固定支架式”為主。2016年6月，全國最大的“漁光互補”系統在慈溪市周巷水庫和長河水庫開工建設，總裝機量達200 MW，預計年發電量為2.2億kWh。深水漂浮式系統(約3～10 m)目前尚處于示范階段，技術成熟度有待提高。

圖45 慈溪“漁光互補”水上光伏發電系統

2016年，漢能推出HDPE浮體式水上光伏平臺，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主流晶硅組件。

圖46 水上光伏浮動平臺

結合漢能CIGS(銅銦鎵硒)柔性組件的特性，漢能正在開發一種柔性水上漂浮式發電系統。整個系統的特點是質輕、簡單可靠、成本較低；柔性光伏組件可與漂浮單元一起在工廠預制，無需現場搭建，使用時僅需為中空層充氣或進行輕質材料填充即可。柔性水上漂浮式發電系統適用于湖泊、水庫、煤礦沉陷區等水域。

圖47 漢能柔性水上漂浮式發電系統

5.6.3 柔性薄膜光伏發電道路

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，成功研發了柔性薄膜光伏組件在光伏路面上的應用技術。該組件采用的是CIGS薄膜發電技術，具有輕、薄、柔的特點，組件耐壓可彎曲，可以更好地抵御路面荷載對光伏組件的破壞。CIGS薄膜發電技術具有較寬的光伏響應范圍，可在清晨、傍晚，以及陰雨天等弱光照條件下發電，也能更好地適應由于路面多遮擋、路面清潔度不高而導致的光照損失等復雜條件，能夠保證光伏路面的發電效率。Power FLEX柔性光伏組件采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)強耐候材料進行封裝，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能光伏路面技術采用了“單元路塊”的標準模塊化設計。一個“單元路塊”可由1～10塊光伏組件構成，形成最小的發電系統；典型“單元路塊”由4塊組件組成。該技術根據用電需求，可形成小型的、獨立的、具有儲能能力的離網發電系統； 也可以多個級聯，形成大型的、可并網的分布式發電系統。

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

江蘇省建成了市內高架公路的雙面玻璃基光伏發電聲屏障試驗項目，并順利試運行發電。雙面光伏發電聲屏障試驗項目利用高架道路兩側1 km長的市政聲屏障作為載體，安裝雙面高效光伏組件進行發電，所發電力可供道路附屬的交通監控、路燈等電力設施直接使用，余電并入國家電網，實現新能源的輸出。

漢能集團于2016年6月推出了柔性薄膜光伏隔音障發電系統。該系統是基于柔性光伏組件發電/儲能技術、模塊化太陽能預制隔音板設計綜合實現的；利用柔性光伏組件的可彎曲特性實現了在垂直立面、弧形懸伸式曲面、跨越式拱面等形式隔音系統表面的貼裝。該系統采用單位尺寸底板標準設計、模塊化的“標準跨”發電量設計，以及內置走線設計，實現了隔音系統的便捷的標準預制安裝和可靠的模塊化發電/供電。

圖49 柔性薄膜光伏隔音障效果圖

圖50 預制光伏隔音板結構設計剖面圖

5.6.5 太陽能無人機

2016年6月，由漢能研發的4.4 m固定翼太陽能無人機和3.3 m復合翼垂直起降太陽能無人機亮相“2016北京國際無人機系統產業博覽會”。兩種無人機型的機翼表面均鋪設有漢能美國子公司Alta Devices的砷化鎵薄膜太陽電池芯片，光電轉換效率最高可達到31.6%。這種柔性薄膜太陽電池的厚度僅為110 μm，可以完美的封裝貼合到機翼表面，減少了對空氣動力的影響。電池質量功率為1 g/W，幾乎不會增加額外重量；功率輸出為該無人機的250 W/m2，續航時間延長到6～10 h，作業范圍可以達到400～700 km，是世界上航時最長的工業級太陽能無人機。

圖52 漢能太陽能無人機

2016年，“第十八屆中國科協年會全國科技工作者創新創業大賽”上，由西北工業大學周洲教授團隊研制的“太陽能Wi-Fi無人機”一舉奪得金獎。該無人機長7 m，重僅15 kg，將太陽能、無人機、無線路由器相結合，采用太陽能為自供給能源。作為持久留空平臺，將太陽能無人機與Wi-Fi技術相結合，構建空中基站，通過單機或者多機基站進行區域覆蓋，形成靈活的移動互聯網空中寬帶通信基礎設施。其中的太陽電池系統是與漢能控股集團東漢無人機科技有限公司合作完成。該無人機在冬季時的航時可達13 h，夏季則長達23 h；全翼式機型使其能夠承受5級風，飛行速度達40 km/h，飛行范圍在方圓20 km。

圖52 西北工業大學太陽能Wi-Fi無人機

在2016年10月珠海航空展上，中國航天空氣動力技術研究院展出了彩虹CH-5太陽能無人機。該無人機的最大翼展為45 m，留空時間大于24 h，升限超過20 km，荷載能力為20 kg。彩虹CH-5太陽能無人機采用太陽能作為動力源，續航時間長，巡航高度高，可在指定的地域高空持久飛行，支持通信中繼、偵查監視、移動通信、導航或視頻廣播服務等任務。該無人機已經進行過多次實地試飛。

圖53 彩虹CH-5太陽能無人機

2016年12月，由上海奧科賽飛機有限公司主導，上海空間電源研究所(811所)、同濟大學航空航天與力學學院協同研制的“墨子號”太陽能無人機在福建試飛成功。該無人機的翼展達14 m，覆有12 m2的薄晶硅太陽電池，起飛重量為45 kg，留空時間可達6～8 h，設計飛行高度為8000 m，航速為75 km/h。無人機的太陽電池光電轉換效率最高達19%。從太陽電池到發動機，再到基于碳纖維的全復合材料，“墨子號”的國產化率達到了80%。

圖54 “墨子號”太陽能無人機

5.7 光伏系統與應用政策

5.7.1 光伏上網電價政策

1)光伏電站上網電價下調。2015年12月，國家發展和改革委員會發文下調了2016年新建光伏電站的標桿上網電價。這是2013年開始實施分區光伏電站標桿上網電價政策后，首次進行的標桿電價調整。2016年12月，國家發展和改革委員會再次發文下調了2017年新建光伏電站的標桿上網電價。

2)分布式光伏系統的電價政策不變。2015年和2016年兩次文件均未調整分布式光伏系統的上網電價補貼政策，0.42元/kWh的上網電價補貼政策保持不變。同時，分布式光伏項目在備案時可選擇“自發自用、余量上網”模式或“全額上網”模式來實施。

3)國家鼓勵各地通過招標等市場競爭的方式確定光伏電站等新能源項目業主和上網電價，要求通過市場競爭方式形成的上網電價不得高于國家規定的同類光伏發電項目的當地標桿上網電價水平。

表11 全國光伏電站上網標桿電價表 (單位：元/kWh，含稅)

5.7.2 光伏電站建設規模管理辦法

國家能源局從2014年開始實施光伏發電年度指導規模管理工作，在綜合考慮各地區資源條件、發展基礎、電網消納能力及配套基礎措施等因素的基礎上，確定全國新增光伏電站建設規模，并將其分解至各省(區、市)。規模內的項目才具備享受國家可再生能源基金補貼資格，屋頂分布式光伏發電項目及全部自發自用的地面分布式光伏發電項目不限制建設規模。

2016年6月，國家能源局下達了2016年光伏發電建設實施方案，確定了2016年全國新增光伏電站建設規模為1810萬kW，與2015年增補前的規模(1780萬kW)基本持平。建設規模中包括8個光伏領跑技術基地(規模550萬kW)。對不具備新建光伏電站市場條件的甘肅、新疆、云南省區停止或暫緩下達2016年新增光伏電站建設規模(光伏扶貧除外)。北京、天津、上海、重慶及西藏5個省區均不設建設規模上限。2016年10月，國家能源局和國務院扶貧辦下達了第一批光伏扶貧項目，為516萬kW。2016年光伏發電建設規模總計下達2326萬kW。

2016年，河北、浙江、山西、內蒙古、黑龍江、四川、湖北、廣西等多個省份開始實施光伏發電項目競爭性配置，通過市場化招標的方式配置光伏電站建設規模資源。各地根據地方情況的不同，制定了相應的競爭性配置程序、評分標準等。對未確定項目投資主體的項目，通過競爭方式公開選擇投資主體；對已開展前期工作且已確定投資主體的項目，通過競爭方式分配年度新增建設規模指標。

總體而言，不僅僅是領跑者基地要通過招標確定投資主體，普通光伏電站項目通過招標確定投資主體的趨勢也非常明顯。

5.7.3 光伏全額保障性收購政策

2016年5月，國家發展和改革委員會及國家能源局發布《關于做好風電、光伏發電全額保障性收購管理工作的通知》，明確了光伏發電最低保障收購年利用小時數及相關結算和監管要求。光伏發電項目保障性收購年利用小時數在1300～1500 h，I類資源區的年利用小時數為1500 h，II類資源區的年利用小時數在1300 h以上。該文件是我國在多次提及保障性收購后，第一次劃定具體的收購門檻，為解決“棄風、棄光”問題提供了有效途徑。

表12 光伏發電重點地區最低保障性收購年利用小時數核定表

5.7.4 光伏扶貧政策

光伏扶貧是落實國家精準扶貧、精準脫貧戰略的重要舉措，有利于擴大光伏發電市場。光伏扶貧工作自2014年啟動，2016年在全國范圍內進入實質性推動階段。

2016年3月，國家發展和改革委員會、國務院扶貧辦、國家能源局、國家開發銀行和中國農業發展銀行5個機構聯合發布了《關于實施光伏發電扶貧工作的意見》(發改能源[2016]621號)，決定在全國具備光伏建設條件的貧困地區實施光伏扶貧工程。該文件確定了光伏扶貧的工作目標和重點任務，提出了促進光伏扶貧的配套政策措施，建立光伏扶貧的協調工作機制。

2016年10月，國家能源局會同國務院扶貧辦下達了第一批總規模為516萬kW的光伏扶貧項目，其中，村級光伏電站(含戶用)規模為218萬kW，集中式地面電站規模為298萬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個省約2萬個貧困村，可為約55萬個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)優先安排光伏扶貧電站建設規模、以縣為單元分年度專項下達光伏扶貧建設規模；

2)加強金融政策支持力度，提供優惠貸款、低成本融資、鼓勵眾籌等創新金融融資方式；

3)切實保障光伏扶貧項目的補貼資金發放，優先按月足額結算電費和領取國家補貼資金；

4)鼓勵企業履行社會責任，鼓勵電力能源央企和有實力的民企參與。5.7.5 光伏“領跑者”計劃

2016年，國家能源局開始實施光伏“領跑者”基地建設項目。共有河北冬奧會、山西陽泉、山西芮城、內蒙古包頭、內蒙古烏海、安徽兩淮、山東濟寧、山東新泰8個“領跑者”基地納入2016年計劃，單個基地建設規模為50～100萬kW，總規模為550萬kW，占年度光伏建設總規模(1810萬kW)的30%。光伏“領跑者”項目要求項目采用先進技術產品，其產品的光電轉換效率指標要高于國家光伏產品標準的要求，通過競爭性比選機制，選擇技術能力和投資經營實力強的開發投資企業，通過市場機制選擇達到“領跑者”先進技術指標的產品。

截至2016年10月，8個光伏“領跑者”基地均已完成了競爭性招標工作，光伏投資商投標踴躍。雖然要求采用先進的太陽電池產品，但是競標電價遠低于當地標桿上網電價，在陽泉、芮城、包頭的“領跑者”基地招標中，創出陽泉0.61元/kWh、包頭0.52元/kWh、烏海0.45元/kWh的光伏電價新低。烏海項目已實現用電側的平價上網。但業界普遍認為，投標企業更為關注“領跑者”基地的標桿性效應，勢在必得，不排除非理性投標的因素；同時考慮國家對“領跑者”基地的政策傾斜，以及2016年光伏建設規模的緊缺，“領跑者”基地招標電價不能代表當前的平均行業水平。

表13 2016年光伏“領跑者”基地規模和中標電價

5.8 光伏系統與應用技術發展趨勢展望

根據我國光伏市場發展狀況和國家《可再生能源“十三五”發展規劃》，預計國內光伏發電市場將延續快速發展的形勢，大型光伏電站和分布式光伏系統仍將是兩大主要市場，其中，分布式光伏系統的市場增長空間巨大。國際上，印度、美國、巴西等國家的光伏市場正在興起，有望出現巨大的海外市場空間。加強核心技術競爭力，發展具備差異化、精細化、定制化特征的技術產品，將為我國創新性光伏系統集成企業和裝備制造企業贏得更多的市場機遇。

在大型光伏電站方面，在光伏分區上網電價指引下，中/高壓直流并網變換器、光伏自動跟蹤技術、高效率光伏并網逆變器等創新技術成果層出不窮，以提高光伏發電收益為導向的新系統、新技術、新裝備將是重要發展方向。然而，短期內必須面對我國西部地區已經出現的嚴重棄光問題，一方面大規模光伏發電的接入和輸送、面向高比例可再生能源的區域電網調度等電網技術亟需突破和大量應用；另一方面，光伏發電功率預測、有功和無功功率支撐、電網異常電壓穿越等光伏電站并網支撐技術也亟需發展。

在分布式光伏系統方面，工商業園區、農村牧區、漁塘、湖面、公共建筑、道路等為發展分布式光伏提供了大量場地和不同商業模式，也帶來項目開發的復雜性和特殊性，出現了適應不同應用場景的精細化、定制化系統集成及裝備的技術發展需求。主要體現在：

1)面向不同應用模式的新型系統集成技術，例如，針對電動汽車充電業務的光伏/儲能電動汽車快充系統、跟隨分時電價盈利的工商業園區光伏/儲能系統等。

2)結合特殊應用場合的定制化裝備，例如高功率密度的寬禁帶半導體電力電子變換器、光伏水上平臺和特殊浮筒材料、適合光伏大棚的特殊光伏支架系統等。

3)適應不同配電網接入條件的定制化技術及裝備，例如，面向大規模、高比例分布式光伏并網接入的電能質量問題和保護問題，提出的分散式測控技術、區域性反孤島保護技術等。

光伏應用模式創新是非常值得關注的一個方面，例如，太陽能無人機、光伏發電道路、可再生能源綜合利用微網等。這些技術創新不僅有可能開辟光伏發電應用的新領域，而且具備不需要補貼即可商業化運行的重要特征，甚至在一些技術方向上有可能形成具有高附加價值的細分市場。可以預期，通過光伏應用模式的不斷創新，光伏發電將會更廣泛地融入人們的生產生活當中。