淺談自動(dòng)化在光伏領(lǐng)域中的應(yīng)用

周丹 汪飛

摘要：太陽能作為21世紀(jì)最具潛力的可再生能源，因其儲(chǔ)量的無限性、存在的普遍性、利用的清潔性以及實(shí)用的經(jīng)濟(jì)性，越來越被人們所青睞。如何讓光伏走進(jìn)千家萬戶，更好更節(jié)約成本地利用太陽能是目前要解決的關(guān)健問題。提高核心技術(shù)，減少與發(fā)達(dá)國家的差距是我國目前在此領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。就在于實(shí)現(xiàn)光伏生產(chǎn)的自動(dòng)化。本文淺談了自動(dòng)化在光伏領(lǐng)域中的應(yīng)用，希望對(duì)以后的工作有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；太陽能；應(yīng)用

1 自動(dòng)化在我國太陽能領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

全球光伏行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定增長，且未來市場增長潛力較大，近年來，隨著各國對(duì)可再生能源發(fā)展的重視，光伏發(fā)電成為世界新能源領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)，光伏發(fā)電市場一直處于持續(xù)、快速地發(fā)展過程中。與其它國家一樣，我國也正在致力于太陽能資源的研究、開發(fā)和利用。太陽能領(lǐng)域的自動(dòng)化程度直接影響太陽能資源的開發(fā)和利用。但是，從現(xiàn)有狀況來看，我國在發(fā)展太陽能的同時(shí)，存在有一些問題，需要亟待解決。

首先，在理論方面，關(guān)于自動(dòng)化在太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用方便的理論研究，仍是空白，目前還未有這方面詳細(xì)和系統(tǒng)的闡述與分析。沒有理論指導(dǎo)和科學(xué)研究，實(shí)踐過程中就會(huì)產(chǎn)生不可避免的迷?；蚴侵貜?fù)工作。

其次，在具體實(shí)踐方面，我國在太陽能領(lǐng)域的發(fā)展中，自動(dòng)化程度與國外先進(jìn)國家相比，普遍較低。我國在太陽能領(lǐng)域的自動(dòng)化方面，沒有掌握核心科技，無法更好、更快、更高效地利用太陽能資源。

另外，隨著不斷發(fā)展，挖掘利用太陽能資源的設(shè)備，規(guī)模越來越龐大，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，各個(gè)設(shè)備之間的部件聯(lián)系也越來越緊密。這對(duì)我國太陽能資源利用中自動(dòng)化和智能化水平，提出了更高要求。

2 自動(dòng)化產(chǎn)品在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用

光伏產(chǎn)業(yè)也稱太陽能電池產(chǎn)業(yè)，即利用太陽能級(jí)半導(dǎo)體電子器件吸收太陽光輻射能，并使之轉(zhuǎn)換為電能的產(chǎn)業(yè)。其產(chǎn)業(yè)鏈分上游、中游、下游三個(gè)部分：上游包括提煉太陽能級(jí)硅、制造硅棒和硅碇及切割硅片；中游為企業(yè)負(fù)責(zé)制造電池；下游則著重光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏產(chǎn)品的運(yùn)用。

3 在組件生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

多晶硅太陽能電池是最早商業(yè)化的硅太陽能電池，具有轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是目前光伏市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品。在多晶硅制造領(lǐng)域，最主要的自動(dòng)化產(chǎn)品是 DCS和現(xiàn)場儀表。從自動(dòng)化的角度，多晶硅制造屬于過程自動(dòng)化控制領(lǐng)域，現(xiàn)場需要控制的模擬量很多，而且有相對(duì)復(fù)雜的控制算法和控制精度，對(duì)自動(dòng)化的程度要求比較高，因此 DCS在多晶硅制造領(lǐng)域應(yīng)用非常普遍。現(xiàn)在 PLC、IPC、HMI、變頻器、伺服電機(jī)和調(diào)節(jié)閥等自動(dòng)化產(chǎn)品也陸續(xù)進(jìn)入多晶硅生產(chǎn)線。多樣化的自動(dòng)化產(chǎn)品的投入，對(duì)后期太陽能電池組件的生產(chǎn)提供了良好的基礎(chǔ)與選擇。只有經(jīng)過自主研發(fā)創(chuàng)新才能提高我國光伏高效多晶硅電池平均轉(zhuǎn)換效率、單晶硅電池平均轉(zhuǎn)換效率。

4 在太陽能電池片生產(chǎn)線中的應(yīng)用

太陽能電池片具備光電轉(zhuǎn)換效率高，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，其均勻性的轉(zhuǎn)換率和先進(jìn)的擴(kuò)散技術(shù)，確保了良好的導(dǎo)電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性；目前國產(chǎn)太陽能電池設(shè)備總體的技術(shù)狀況是：雖然已基本具備整線裝備能力，但自動(dòng)化水平較低，部分設(shè)備尚需實(shí)現(xiàn)突破。目前中國的組件生產(chǎn)線還處于低端自動(dòng)化水平，主要工藝仍然依靠的是層壓機(jī)和人力，成本低。因?yàn)?，隨著上游產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大，下游行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)將不斷提高，也為自動(dòng)化市場帶來一定的市場空間。

5 自動(dòng)化產(chǎn)品在光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，能獨(dú)立運(yùn)行又能并網(wǎng)運(yùn)行，可靠性高，無污染。太陽能電池組件所發(fā)出的電是直流電，必須通過直流變交流后，才能接入電網(wǎng)或負(fù)載。逆變器恰是跟整流器實(shí)現(xiàn)相反功能的電器，因此，光伏逆變器是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中必不可少的器件，逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途可分為獨(dú)立型電源用和并網(wǎng)用二種。

獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，由太陽能光伏組件、系統(tǒng)控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成，需要蓄電池來存儲(chǔ)夜晚用電的能量。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場所，民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級(jí)太陽能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽能水泵等。

并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充，由太陽能電池方陣、系統(tǒng)控制器、并網(wǎng)逆變器等組成，典型特征為不需要蓄電池。它是太陽能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分的重要發(fā)展方向，是當(dāng)今世界太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢。商業(yè)上為企業(yè)、公共設(shè)施、夜景美化景觀照明系統(tǒng)等供電。在應(yīng)用中，為了最大限度地利用太陽電池組件，提高系統(tǒng)效率，要求光伏逆變器具有較高的轉(zhuǎn)換效率，合理的電路結(jié)構(gòu)，質(zhì)量優(yōu)良的元器件，并要求逆變器必須具備各種保護(hù)功能和較高的可靠性，現(xiàn)代發(fā)電過程中可以通過監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控逆變器工作狀態(tài)，以達(dá)到最大效率。西門子研制出的光伏并網(wǎng)逆變電柜效率高達(dá)98%以上，它的硬件主要采用了西門子高性能整流逆變單元，并結(jié)合核心軟件控制算法，產(chǎn)品經(jīng)過各種嚴(yán)格苛刻測試，使其已經(jīng)成功地廣泛應(yīng)用在光伏逆變領(lǐng)域。光伏并網(wǎng)逆變電柜完美的并網(wǎng)性能，友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，可更方便的監(jiān)控各種運(yùn)行參數(shù)，還具有多種通訊接口，更便于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電站的無人值守，當(dāng)然同時(shí)具備了完善的報(bào)警和保護(hù)功能，使得整個(gè)發(fā)電運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

綜上所述，我國的光伏市場不斷涌現(xiàn)出新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，這也給國內(nèi)光伏行業(yè)上、中、下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來新的生機(jī)與活力。我國要實(shí)現(xiàn)從光伏制造大國向應(yīng)用大國的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，光伏企業(yè)必須尋求突破。

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