2017年我国光伏技术发展报告(8)

■ 中国可再生能源学会光伏专业委员会

5.4 多能互补系统研究进展

5.4.1 分布式光/储系统控制技术

储能技术在电力系统中的应用是近年来的研究热点。储能有助于平滑光伏及其他新能源发电系统的输出功率，提高系统电能质量，保证发电顺利并网。2016年全球各类型储能的新装机容量的比重如图28所示。

图28 2016年全球各类型储能的新装机容量比重

目前常见的储能控制方法有：基于低通滤波原理的储能控制方法[191-192]、基于短时功率预测技术的控制方法[193]、小波包分解算法[194]等。这些方法各有不同的优缺点：1)低通滤波方法原理简单，技术成熟，易实现；但缺点是会导致较为严重的延时问题，浪费大量的电能，也不利于电网调度。2)基于短时功率预测技术的控制方法具有预判能力，控制更为及时，但是由于其控制效果受功率预测准确度的影响较大，准确度难以得到保证。3)小波包分解算法的计算方法相对更复杂，目前还主要停留在实验室研究阶段。为了获得更好的控制效果，国内外众多研究人员利用多种算法协调配合，以实现实时性好、控制精度高的目标。对不依赖通信的本地储能控制技术的研究也是目前的研究重点。

中国科学院电工研究所提出了一种基于低通滤波与短时功率预测技术相结合的储能控制方法[195]，其既可以减小甚至消除低通滤波造成的延时，又可以降低功率预测准确度对最终控制效果的影响。同时该控制方法还使用了两级低通滤波分组控制策略，以及荷电状态(SOC)反馈修正，提高了控制效果，延长了储能系统的使用寿命。通过仿真和实验，证明了所提出的储能控制方法的有效性和鲁棒性。

中国科学院电工研究所在浙江海宁建成了多类型储能混合发电系统。储能站由储能电池组、双向变流器、箱式变压器、SVG及综合自动化系统组成，储能容量为1 MWh；双向变流器最大功率为2 MW，直流母线电压为500 V；低压侧双向变流器最大功率为2 MW，直流母线电压为500 V；低压侧交流电压为380 V，通过变压器升压后接入10 kV电网。目前该储能站已投入使用，并与当地分布式光伏发电系统相结合，通过控制储能充、放电功率，可以实现对光伏发电功率的平滑；同时可根据当地实时电价充、放电，从而提高系统的整体经济效益。

光/储混合系统协调控制是国际光/储系统技术方向的研究热点，2016年储能技术在光伏发电系统中的科学研究和工程应用都取得了巨大的进步。在未来几年中，储能技术将成为光伏发电系统中不可替代的重要环节，得到更加长足的发展。

5.4.2 小水电和光伏互补发电技术

图29 1 MWh储能站航拍图

水/光互补联合发电系统可充分利用光伏和水电的昼夜互补及季节性互补特性，既可以缓解电网供电压力，又可以借助储能和水电的调节作用消除光伏发电的波动性，从而大幅提高了光伏的渗透水平，彻底解决了地区缺电问题。丹麦、葡萄牙、印度及南非等国家已对该联合发电系统展开了研究工作。中国科学院电工研究所、清华大学、国网浙江省电力公司电力科学研究院等也对该系统进行了研究。其中，中国科学院电工研究所于2012年初建成了国内首座MW级具有自主知识产权的水/光互补微网发电系统。

国际上相关科研究机构针对水/光互补发电系统的研究对象主要是微水电、小水电与光伏发电构成的联合发电系统。文献[196]以风/光/储/水/热联合发电系统为研究对象，针对可再生能源间歇性问题提出了一种能量调度的鲁棒优化控制算法。文献[197]以基于微型水电站的微电网系统为研究对象，针对系统并网与离网转换的暂态响应问题展开研究，利用电压源逆变器与相位分析模块消除微电网与电网之间的相位误差，从而降低了微电网瞬间的环流问题。文献[198]提出了一种新型光/微水电联合发电系统拓扑结构，利用整流桥将水轮发电机交流电转变为直流电，并与光伏组件在逆变器直流输入端并联，再利用逆变器将组件与水轮发电机产生的电能转换为可并网的交流电。但在上述文献中，研究人员对所提出的控制策略与拓扑结构均只进行了仿真或小功率实验的验证工作。

中国科学院电工研究所针对大容量光伏/储能电站与孤立运行的小水电系统并联运行展开了细致的研究工作，并提出了一种基于分层控制的光/储系统与孤立运行的小水电系统并联控制策略[199]，如图30所示。

光/储系统的主控层包括：电压源逆变器(Voltage Controlled Inverter，VCI)的电压与电流控制环路、有功/无功功率下垂控制环，以及用于改善线路阻抗比的虚拟阻抗环路。该层的主要功能是利用VCI模拟电网中各发电机组并联运行时功率分配与各机组之间输出频率与端电压的静态下垂特性，通过对该特性的模拟实现光/储系统内的功率分配。

图30 基于分层控制的光/储系统控制策略

光/储系统的二层控制主要由孤岛与并网模式切换开关、系统频率与幅值恢复控制环及电网同步控制环组成。该层的主要功能是当光/储系统已稳定运行在孤岛或并网模式时，利用锁相环对光/储系统公共耦合点频率及电压幅值进行检测，并利用恢复控制环路中的比例积分控制器实现光/储系统母线电压频率及幅值对目标频率及幅值的无差跟踪，提升其电能质量。

光/储系统的三层控制主要由功率计算、有功及无功功率控制环路构成。其主要功能是根据电网调度系统的指令，利用比例积分控制器调节光/储系统公共耦合点的电压幅值及相位，实现光/储系统向电网注入功率无静差跟踪功率指令的功能。

我国西藏、青海等边远地区建有大量小水电供电的孤网，同时这些地区拥有丰富的太阳能资源，因此，水/光/储互补联合发电系统可在这些地区发挥重要作用。未来，联合发电系统将向着分布式、智能化方向发展，即由集中式光/储系统发展为分布式光/储系统；同时借助于先进预测及能量调度算法，进一步提升联合发电系统的稳定性与发电效率。

5.4.3 智能微网案例研究

智能微网示范项目规模已从比较单一、小型的体系结构向复杂化、大型化的智能微网发展演化。微电网对我国电力系统和国民经济的发展具有重要意义，可以提高电力系统的安全性和可靠性，促进可再生能源分布式发电的并网，延缓电网投资，降低网损，有利于建设节约型社会。近几年，国内外都开展了智能微网技术的示范应用。

日本在微电网示范工程的建设方面处于世界领先地位。日本新能源与工业技术发展组织(NEDO)分别在可再生能源占相当大比重的爱知、青森县和京都三地建立了微电网示范工程，并分别进行了微电网功率平衡能力、电能质量和供电可靠性、运行成本、控制策略等方面的测试评估，成效显著。2016年11月，斯洛文尼亚公共设施部与日本NEDO及日立公司签订了在智能微网上的合作项目，以共同开发中小型智能电网在基础设施建设中的巨大潜力。欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信等理论，并在实验室微电网平台上进行了验证。

表9 智能微网项目代表性案例

图31 日本NEDO智能微网工作示意图

我国的智能微网技术尚处于示范阶段，图32是一个智能微电网系统典型案例。该微网系统位于汉能集团清洁能源展示中心(104°E，38°N)，海拔42 m，年均水平辐照小时数为1350 h。该系统装机量为229 kWp，包含GSE的CIGS柔性薄膜组件的南楼、北楼建筑屋顶、硅基不透光薄膜组件BIPV幕墙，以及220 kW光伏逆变器，并配有监控系统及能量管理软件。储能系统为250 kW×2 h锂电池组，配有BMS系统。主要负荷为展厅人造太阳、影院、展厅弱点微控机房，约160 kW。汉能清洁能源展示中心智能微网具备多种智能运营模式，可实现能源利用最大化；且具备并、离网无缝切换功能，可实现智能微网内负荷不间断运行。该系统不仅可以节能降耗，也能实现电网的“削峰填谷”。

图32 汉能集团清洁能源展示中心智能微网体系拓扑图

智能微网将成为一个市场化的末端电网，发展合理的实时电价水平，促进分布式电源、储能、智能配电的市场化建设、运营、管理，引导用户实现双向互动智能用电、高效用电、节约用电，从而提高能源利用率，实现节能降耗的目的。能源互联网将是代表未来信息与能源-电力技术深度融合的必然趋势，而构建适应我国需求的智能微网是面向能源互联网的必经之路。

5.5 光伏系统关键部件研究进展

5.5.1 大功率、高电压DC/DC变换器

适用于高压大功率场合的DC/DC变换器拓扑多采用谐振式电路、模块化多电平、模块组合型电路等几种拓扑。谐振变换器拓扑结构省去了交流变压器，减小了体积和重量，但在高压大功率场合，控制系统复杂，硬件成本相对较高，且谐振开关单元数量较多，谐振电感和谐振电容参数一致性难以保证，进而会影响系统可靠性，并增加损耗[200-203]。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)近年来获得了广泛的关注，并在以HVDC输电为代表的直流系统中获得了成功的商业化推广[204-206]。MMC不仅具有高度模块化的结构，可实现冗余控制，系统可靠性高，而且MMC具有公共直流母线，具备四象限运行能力，但该环流器实现交流直流变换，无法直接实现光伏高压直流升压变换。

国际上，关于DC/DC变换器的研究才刚起步。国际大电网会议建立了B4-76工作组，专门研讨用于HVDC的隔离和非隔离拓扑变换器、高/低升压比变压器、多端口变换器，评估DC/DC变换器在高压和中压系统互联中的应用场景，可为光伏直流升压变换器的研究提供重要参考。

中国科学院电工研究所研制完成了我国首台±10kV/200kW光伏高压直流并网变换器，并设计了一套±10kV/200kW光伏直流并网发电技术测试平台，用于变换器的直流并网测试。变换器升压比为1:20，效率达到95%，验证了光伏直流升压汇集接入技术的可行性。该变换器的具体指标如表10所示。

图33 大功率光伏高压直流并网变换器(±10kV/200kW)

表10 ±10kV/200kW光伏高压直流并网变换器 指标参数

2016年，国家科技部在“十三五”重点研发计划智能电网技术与装备专项中专题设立了“大型光伏电站直流升压汇集接入关键技术及设备研制”项目，其中，“课题2”将重点开展大功率、高变比光伏直流升压变流技术及装备研制。

光伏直流升压变换器是光伏直流升压汇集接入系统的关键设备，突破光伏直流升压变换技术，研制更大容量、更高电压等级的光伏直流升压变换器，可以为大型光伏电站提供接入中、高压直流电网的方案。

5.5.2 特变电工光伏高压并网整体解决方案

目前，光伏电站的系统构架依据不同的拓扑选型可以分为集中式电站、组串式电站及集散式电站，各类型的系统构架如图34所示。集中式电站主要由光伏组件-直流汇流箱-集中式逆变器-箱变组成，具有成本低、实现简单等特点；但其无法实现光伏阵列组串式MPPT，复杂地形下的发电量损失较大。组串式电站主要由光伏组件-组串式逆变器-交流汇流箱-箱变组成，相对于集中式电站，组串式电站可以实现光伏阵列组串级MPPT功能，可有效提升发电量；但其存在低压交流汇流损耗较大、多台机器并联稳定性差等问题。集散式电站主要由光伏组件-MPPT控制器-逆变器-箱变组成，该方案通过直流汇流，损耗较低且可实现光伏阵列组串级MPPT。

图34 常见光伏电站系统构架

以上光伏电站构架各有优、劣势，但是均存在一些共性问题，如：组件串联匹配损失、工频变压器维护成本高、多级变换系统复杂、转换效率低等。

基于“大道至简”的设计理念，特变电工提出了基于TEER电能路由器的光伏高压并网整体解决方案，如图35所示。该方案全面适应大型地面电站、水面电站、山地电站、工商业屋顶电站等各种场景。特变电工电能路由器采用了高效率的碳化硅功率器件、高性能的高频磁性元件、高可靠性的模块化串并联技术与高度智能的云计算技术，以高频替代工频，实现“硅进铜退”，以“数据替经验”实现精细化智能管理，从而融合“逆、变、管”于一体，化繁为简，打造新一代智慧光伏电站解决方案。

图35 特变电工基于TEER电能路由器的光伏高压并网整体解决方案

电能路由器的拓扑构架如图36所示。采用模块化低压侧并联、高压侧串联(LPHS)的拓扑结构和冗余设计方案，通过在线智能自动旁路技术，实现功率模块自动“N-1”运行，在系统不停机的状态下，故障功率模块的在线旁路；采用碳化硅功率器件的工程化应用技术，实现了驱动回路与主回路的设计与优化，充分克服了SiC功率器件在高频开关过程中脉冲尖峰过大，上下管耦合严重等技术难题；采用基于有源钳位电路的软开关技术，利用载波移相+PWM控制的多自由度控制技术，从根本上解决了双有源桥电路轻载效率较低、控制性能较差等技术难题；采用高频隔离、高功率密度设计技术，基于电磁场、热场等多物理场仿真技术，通过合理的器件选型和结构布局，实现了35 kV隔离电压等级的高功率密度模块设计。

图36 光伏高压并网变流器拓扑结构图

特变电工光伏高压并网整体解决方案具有以下特性：

1)高压直接并网，以高压代替低压，直流代替交流，系统损耗低；

2)采用碳化硅功率器件与高频磁性元件，以硅代铜，成本低，降价空间大；

3)云平台运维管理，由本地走向云端；

4)具备高频电气隔离功能，无工频变压器重量轻、体积小、无污染；

5)装置一体化设计，易于维护，施工周期短；

6)无工频变压器空载损耗低，系统待机功耗≤200 W，夜间无耗电；

7)具备超低电压启机并网功能，启机电压低至200 V，增加光伏发电时长；

8)具备组串级MPPT功能，采用无熔丝设计，可靠性高，发电量多；

9)采用直流汇流，电网适应能力强，电能质量好，不存在轻载谐波“串扰”问题。

特变电工研制的10kV/1MW电能路由器TEER已成功应用于工业园区屋顶光伏并网系统，运行情况良好，整机最大效率可达98%，效率曲线如图37所示。从图中可以看出，电能路由器在全功率范围内的效率均优于传统“逆变器+箱变”的效率。满载实验并网电流波形图和电流总谐波失真(THD)图分别如图38和图39所示。可以看出，并网电流波形质量良好，满功率情况下THD低于1%。

图37 TEER与“逆变器+箱变”效率对比

图38 TEER满载电流波形

图39 TEER电流总谐波失真

为满足未来光伏高压并网系统的应用，电能路由器的发展趋势主要体现在以下几点：

1)高压、大容量、高效率。电能路由器将朝着交流35 kV及以上电压等级、直流±30 kV及以上电压等级发展，从而提升电站送出能力；以SiC器件为代表的宽禁带功率器件正处于发展的初期，更高电压等级、更高载流能力、更低损耗的器件不断涌现，电力电子技术的不断突破，承载着高压、大容量、高效率的发展趋势。

2)更智能化管理。电能路由器未来将融合大数据分析、人工智能算法等先进技术，实现能量流/信息流复合路由的智能分析与控制的能量管理系统，从而提升运维效率和发电量。

3)软件定义硬件。电能路由器技术是通用化的平台技术，采用软件定义硬件的手段，电能路由器将在中压、交直流混合应用场景，包括光伏发电、风力发电、电动汽车充电、储能、交直流混合配电网中实现广泛替代。

5.5.3 基于宽禁带功率器件的光伏变换器关键技术

随着SiC和GaN等宽禁带功率器件的商业化产品越来越多，其在光伏系统中的研究与应用也越来越广泛。SiC器件主要应用于1200 V以上的MPPT控制器和逆变器中，GaN器件主要应用在900 V以下的高功率密度电源和微型逆变器中[207-209]。

美国的Wolfspeed公司已开发出10kV/50A的SiC PiN整流器件和10 kV的SiC MOSFET，下一步将要缩小这些器件的尺寸，以得到相应的器件模块，并将其用于航母的电气升级管理中。在民用领域，SiC和GaN功率器件更多的用于绿色能源变换中，美国、德国、法国及日本等国家均开展了深入的研究[210]，基于SiC MOSFET的10 kW光伏逆变器效率高达98.5%，而基于GaN HEMT的2 kW光伏逆变器功率密度高达102 W/in3[211]。目前，SiC器件因为成熟度和可靠性更佳，发展领先于GaN。SiC功率器件增长动力主要来自可再生能源领域，在太阳能市场占有率将达32%。在轨道交通领域，SiC和GaN的应用相当。

GaN HEMT在光伏发电、电动汽车等方面有着广泛的应用前景，但其在实际应用中也面临着许多应用上的巨大挑战，其中，动态电阻效应(又称作“电流崩塌效应”)是制约GaN HEMT大规模应用的最主要原因。动态电阻效应是指对于高速开关状态的GaN HEMT器件，当施加较高漏源电压时，器件的输出电流大幅减小，通态电阻相应增加。动态电阻问题显著地限制了GaN HEMT的输出功率和可靠性，精确地检测器件通态电阻的动态变化成为解决此问题的关键技术。

中国科学院电工研究所提出了一种基于谐振软开关的新型GaN HEMT动态电阻效应检测电路，在电路中采用有源电压钳位技术测量高电压大电流情况下器件的通态特性，可以精确地测量在大电压摆幅和高开关频率下器件的通态电阻。这种有源钳位技术消除了器件在开通关断过程中的电压尖峰和振荡带来的影响，解决了传统检测方法中存在的测量饱和及分辨率低的限制问题，同时具有测量精度高、功耗低、操作简单等优点，可有效检测在大电压摆幅下GaN HEMT器件的动态电阻变化规律，极大地拓宽了对GaN HEMT动态电阻效应的检测范围。

图40给出了采用常规示波器探头和有源钳位电路测得的不同漏源电压下通态电阻的变化曲线。由图40可以看出，采用两种不同的示波器探头和本项目中的有源钳位电路，通过调整DUT漏源电压从0 V到190 V逐渐升高，然后反向降低至0 V，以10 V为电压调整步长，对DUT的导通电压和电流分别进行了测量，逐点记录数据描绘测得的动态电阻效应曲线。图40a显示了采用示波器无源探头测量的实验结果，随着漏源电压升高，DUT通态电阻从约0.2 Ω逐渐升高至3 Ω，然后随着漏源电压的下降逐渐降低至约0.2 Ω，此结果显然存在较大误差，尤其在较高漏源电压下，不能正确反映DUT的导通特性。

图40 不同漏源电压下通态电阻的变化曲线

采用有源钳位电路测得的结果曲线如图40b所示。由图可见，随着漏源电压从0 V升高至200 V，测得的DUT通态电阻由0.1 Ω逐渐升高至0.18 Ω，而随着漏源电压的反向降低，DUT的通态电阻降低至0.127 Ω。由此可见，采用新型有源钳位电路具有高测量精度、低功率损耗的优点，可准确反映DUT的动态电阻变化规律。另外，从图中可以看出，在上升和下降的曲线间有一个较大的阻值差，这也证明了在对DUT施加较大的电压应力并移除之后，动态电阻效应并不会马上消失，而是会持续一定时间，并对器件的导通特性产生较长时间的影响。

尽管产量、成本及可靠性等问题仍对SiC和GaN功率器件商品化有所限制，但新一代功率器件代替旧器件的过程已经开始。国内外有很多研发机构致力于新型功率器件的研究，整流器、双极晶体管，以及MOSFET等多种类型的功率开关器件已取得令人瞩目的进展[212]。随着宽禁带半导体技术的发展，相信下一个10年，SiC和GaN新型器件会更多应用于军事和民用的各个领域。

5.5.4 光伏阵列支架及自动跟踪技术

国际上，受印度光伏装机容量大幅提升、补贴电价快速下降的影响，平单轴跟踪系统在印度市场的应用规模加大；美国作为主要的光伏市场，同时也是最大的跟踪器应用市场，跟踪系统的使用量持续增加。据GTM Research预测，2016年全球光伏跟踪器安装容量超过12 GW，大型光伏电站偏向采用大型平单轴系统来提升发电量；预计2021年将会达到 37.7 GW，占地面光伏电站市场份额的50%。

图41 GTM Research预测的 2021年跟踪技术市场占有率

2016年，伴随着“领跑者”计划的推出，电价竞价的趋势越来明显，促使业主进一步考虑提升发电量，所以，跟踪及固定可调支架被很多“领跑者”项目所采用。随着晶体硅光伏组件价格的不断下降，配套设备包括机械跟踪设备的成本也在逐渐下降，跟踪式光伏系统的总体经济效益更加突出，因此，跟踪式光伏发电系统被越来越多地推广利用。国内市场呈现从西部大型地面电站向中东部地区的山地、农业、渔塘与光伏结合转移的趋势，特别是渔塘与光伏相结合的项目增加的较为明显。

图42 渔光电站和农光电站

新材料应用在漂浮电站上也是2016年的一个亮点。目前市场上的浮筒产品以普通的高分子聚合物——高密度聚乙烯(HDPE)为主，这种材料的优点是在刚性、韧性、机械强度、化学稳定性、电绝缘、耐磨性等方面表现优良，而缺点在于其耐老化性较差。漂浮式电站的特点之一在于即使运维通道中不安装组件，也是需要安装浮筒的，而运维通道的增多相应地也将增加电站的建设成本。“两淮”领跑者漂浮式电站会比同地区的地面电站建设成本高1元/W左右。

伴随着分布式电站在国内逐渐增加，特别是分布式屋顶需求增加，支架设计需要考虑与建筑结合、安全等特点，同时也将会对安装便捷提出更高的要求。太阳能光伏支架及跟踪技术呈现多样化，但是针对支架及跟踪系统，特别是针对支架安装组件后整体性能要求的测试尚在缺失。固定支架和跟踪支架都需要进一步考虑边界成本的降低，包括施工安装、基础、电缆等。可以机械化事项的工作尽量机械化，以提高电站的质量。双玻双面组件与跟踪系统结合的技术在2017年崭露头角。

5.5.5 2016年相关标准规范

2016年底，由我国牵头制定的IEC国际标准《太阳能跟踪-安全要求》(Solar trackers-Safety requirements)获得立项，将在2018年底前发布草案。此项标准由江苏中信博新能源科技股份有限公司牵头起草。

2016年，国家能源局新发布的标准有：NB/T 32032-2016《光伏发电站逆变器效率检测技术要求》、NB/T 32033-2016《光伏发电站逆变器电磁兼容性技术要求》和NB/T 32034-20160《光伏发电站现场组件检测规程》，这些标准于2016年6月1日开始实施。

5.6 光伏创新应用模式进展

5.6.1 光伏/储能全直流电动汽车充电站

北京新科聚能光电技术有限公司开发了一种光/储/充全直流电动汽车快充系统，如图43所示。该设计充分利用太阳能发电的直流特性和终端直流负载(电动汽车电池组)特性，先用太阳能直流电为储能电池组(磷酸铁锂电池)充电，再将储能电池组的直流电通过DC/DC恒流放电模块直接向电动汽车电池组放电。这种全直流快充系统可取消常规设计中的储能逆变器和交流充电桩中整流、升压、滤波等部件，减少转换环节，提高可靠性。DC/DC放电模块为电动汽车专用充电模块，可并联扩容充电。在系统设计中有并网接口和低谷电价充电功能，如在储能电池充满又无电动汽车充电时，多余电能可直接并网。如果连续阴雨天无太阳能发电，可利用低谷电价时间段通过充电机为储能电池组充电，不但符合国家鼓励谷电应用，也有较高的经济效益。

图43 光/储/充全直流电动汽车快充系统

2016年7月，北京新科聚能光电技术有限公司在广东省东莞宇佳工业园安装了一套20 kW的国内首个离网全直流太阳能储能电动汽车快充系统。经过3个月的实测和北汽新能源EV160型电动汽车行驶5000 km充放电数据表明：技术路线正确，可实现1 h内快充，系统稳定。5.6.2 水上薄膜光伏发电系统

图44 太阳能储能电动汽车充电站

水上光伏电站是利用水上基台将光伏组件漂浮在水面进行发电。目前，国内浅水区(约3 m以下)以“固定打桩+固定支架式”为主。2016年6月，全国最大的“渔光互补”系统在慈溪市周巷水库和长河水库开工建设，总装机量达200 MW，预计年发电量为2.2亿kWh。深水漂浮式系统(约3～10 m)目前尚处于示范阶段，技术成熟度有待提高。

图45 慈溪“渔光互补”水上光伏发电系统

2016年，汉能推出HDPE浮体式水上光伏平台，寿命完全满足25年使用要求，可兼容汉能的薄膜组件和市场主流晶硅组件。

图46 水上光伏浮动平台

结合汉能CIGS(铜铟镓硒)柔性组件的特性，汉能正在开发一种柔性水上漂浮式发电系统。整个系统的特点是质轻、简单可靠、成本较低；柔性光伏组件可与漂浮单元一起在工厂预制，无需现场搭建，使用时仅需为中空层充气或进行轻质材料填充即可。柔性水上漂浮式发电系统适用于湖泊、水库、煤矿沉陷区等水域。

图47 汉能柔性水上漂浮式发电系统

5.6.3 柔性薄膜光伏发电道路

汉能公司利用自有的GSE Power FLEX柔性薄膜组件与路面基层相叠加，成功研发了柔性薄膜光伏组件在光伏路面上的应用技术。该组件采用的是CIGS薄膜发电技术，具有轻、薄、柔的特点，组件耐压可弯曲，可以更好地抵御路面荷载对光伏组件的破坏。CIGS薄膜发电技术具有较宽的光伏响应范围，可在清晨、傍晚，以及阴雨天等弱光照条件下发电，也能更好地适应由于路面多遮挡、路面清洁度不高而导致的光照损失等复杂条件，能够保证光伏路面的发电效率。Power FLEX柔性光伏组件采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)强耐候材料进行封装，可以更好地保证光伏路面的使用寿命。

汉能的柔性薄膜太阳能光伏路面技术采用了“单元路块”的标准模块化设计。一个“单元路块”可由1～10块光伏组件构成，形成最小的发电系统；典型“单元路块”由4块组件组成。该技术根据用电需求，可形成小型的、独立的、具有储能能力的离网发电系统； 也可以多个级联，形成大型的、可并网的分布式发电系统。

图48 “单元路块”安装工艺示意图

5.6.4 柔性薄膜光伏高速公路声屏障

江苏省建成了市内高架公路的双面玻璃基光伏发电声屏障试验项目，并顺利试运行发电。双面光伏发电声屏障试验项目利用高架道路两侧1 km长的市政声屏障作为载体，安装双面高效光伏组件进行发电，所发电力可供道路附属的交通监控、路灯等电力设施直接使用，余电并入国家电网，实现新能源的输出。

汉能集团于2016年6月推出了柔性薄膜光伏隔音障发电系统。该系统是基于柔性光伏组件发电/储能技术、模块化太阳能预制隔音板设计综合实现的；利用柔性光伏组件的可弯曲特性实现了在垂直立面、弧形悬伸式曲面、跨越式拱面等形式隔音系统表面的贴装。该系统采用单位尺寸底板标准设计、模块化的“标准跨”发电量设计，以及内置走线设计，实现了隔音系统的便捷的标准预制安装和可靠的模块化发电/供电。

图49 柔性薄膜光伏隔音障效果图

图50 预制光伏隔音板结构设计剖面图

5.6.5 太阳能无人机

2016年6月，由汉能研发的4.4 m固定翼太阳能无人机和3.3 m复合翼垂直起降太阳能无人机亮相“2016北京国际无人机系统产业博览会”。两种无人机型的机翼表面均铺设有汉能美国子公司Alta Devices的砷化镓薄膜太阳电池芯片，光电转换效率最高可达到31.6%。这种柔性薄膜太阳电池的厚度仅为110 µm，可以完美的封装贴合到机翼表面，减少了对空气动力的影响。电池质量功率为1 g/W，几乎不会增加额外重量；功率输出为该无人机的250 W/m2，续航时间延长到6～10 h，作业范围可以达到400～700 km，是世界上航时最长的工业级太阳能无人机。

图52 汉能太阳能无人机

2016年，“第十八届中国科协年会全国科技工作者创新创业大赛”上，由西北工业大学周洲教授团队研制的“太阳能Wi-Fi无人机”一举夺得金奖。该无人机长7 m，重仅15 kg，将太阳能、无人机、无线路由器相结合，采用太阳能为自供给能源。作为持久留空平台，将太阳能无人机与Wi-Fi技术相结合，构建空中基站，通过单机或者多机基站进行区域覆盖，形成灵活的移动互联网空中宽带通信基础设施。其中的太阳电池系统是与汉能控股集团东汉无人机科技有限公司合作完成。该无人机在冬季时的航时可达13 h，夏季则长达23 h；全翼式机型使其能够承受5级风，飞行速度达40 km/h，飞行范围在方圆20 km。

图52 西北工业大学太阳能Wi-Fi无人机

在2016年10月珠海航空展上，中国航天空气动力技术研究院展出了彩虹CH-5太阳能无人机。该无人机的最大翼展为45 m，留空时间大于24 h，升限超过20 km，荷载能力为20 kg。彩虹CH-5太阳能无人机采用太阳能作为动力源，续航时间长，巡航高度高，可在指定的地域高空持久飞行，支持通信中继、侦查监视、移动通信、导航或视频广播服务等任务。该无人机已经进行过多次实地试飞。

图53 彩虹CH-5太阳能无人机

2016年12月，由上海奥科赛飞机有限公司主导，上海空间电源研究所(811所)、同济大学航空航天与力学学院协同研制的“墨子号”太阳能无人机在福建试飞成功。该无人机的翼展达14 m，覆有12 m2的薄晶硅太阳电池，起飞重量为45 kg，留空时间可达6～8 h，设计飞行高度为8000 m，航速为75 km/h。无人机的太阳电池光电转换效率最高达19%。从太阳电池到发动机，再到基于碳纤维的全复合材料，“墨子号”的国产化率达到了80%。

图54 “墨子号”太阳能无人机

5.7 光伏系统与应用政策

5.7.1 光伏上网电价政策

1)光伏电站上网电价下调。2015年12月，国家发展和改革委员会发文下调了2016年新建光伏电站的标杆上网电价。这是2013年开始实施分区光伏电站标杆上网电价政策后，首次进行的标杆电价调整。2016年12月，国家发展和改革委员会再次发文下调了2017年新建光伏电站的标杆上网电价。

2)分布式光伏系统的电价政策不变。2015年和2016年两次文件均未调整分布式光伏系统的上网电价补贴政策，0.42元/kWh的上网电价补贴政策保持不变。同时，分布式光伏项目在备案时可选择“自发自用、余量上网”模式或“全额上网”模式来实施。

3)国家鼓励各地通过招标等市场竞争的方式确定光伏电站等新能源项目业主和上网电价，要求通过市场竞争方式形成的上网电价不得高于国家规定的同类光伏发电项目的当地标杆上网电价水平。

表11 全国光伏电站上网标杆电价表 (单位：元/kWh，含税)

5.7.2 光伏电站建设规模管理办法

国家能源局从2014年开始实施光伏发电年度指导规模管理工作，在综合考虑各地区资源条件、发展基础、电网消纳能力及配套基础措施等因素的基础上，确定全国新增光伏电站建设规模，并将其分解至各省(区、市)。规模内的项目才具备享受国家可再生能源基金补贴资格，屋顶分布式光伏发电项目及全部自发自用的地面分布式光伏发电项目不限制建设规模。

2016年6月，国家能源局下达了2016年光伏发电建设实施方案，确定了2016年全国新增光伏电站建设规模为1810万kW，与2015年增补前的规模(1780万kW)基本持平。建设规模中包括8个光伏领跑技术基地(规模550万kW)。对不具备新建光伏电站市场条件的甘肃、新疆、云南省区停止或暂缓下达2016年新增光伏电站建设规模(光伏扶贫除外)。北京、天津、上海、重庆及西藏5个省区均不设建设规模上限。2016年10月，国家能源局和国务院扶贫办下达了第一批光伏扶贫项目，为516万kW。2016年光伏发电建设规模总计下达2326万kW。

2016年，河北、浙江、山西、内蒙古、黑龙江、四川、湖北、广西等多个省份开始实施光伏发电项目竞争性配置，通过市场化招标的方式配置光伏电站建设规模资源。各地根据地方情况的不同，制定了相应的竞争性配置程序、评分标准等。对未确定项目投资主体的项目，通过竞争方式公开选择投资主体；对已开展前期工作且已确定投资主体的项目，通过竞争方式分配年度新增建设规模指标。

总体而言，不仅仅是领跑者基地要通过招标确定投资主体，普通光伏电站项目通过招标确定投资主体的趋势也非常明显。

5.7.3 光伏全额保障性收购政策

2016年5月，国家发展和改革委员会及国家能源局发布《关于做好风电、光伏发电全额保障性收购管理工作的通知》，明确了光伏发电最低保障收购年利用小时数及相关结算和监管要求。光伏发电项目保障性收购年利用小时数在1300～1500 h，I类资源区的年利用小时数为1500 h，II类资源区的年利用小时数在1300 h以上。该文件是我国在多次提及保障性收购后，第一次划定具体的收购门槛，为解决“弃风、弃光”问题提供了有效途径。

表12 光伏发电重点地区最低保障性收购年利用小时数核定表

5.7.4 光伏扶贫政策

光伏扶贫是落实国家精准扶贫、精准脱贫战略的重要举措，有利于扩大光伏发电市场。光伏扶贫工作自2014年启动，2016年在全国范围内进入实质性推动阶段。

2016年3月，国家发展和改革委员会、国务院扶贫办、国家能源局、国家开发银行和中国农业发展银行5个机构联合发布了《关于实施光伏发电扶贫工作的意见》(发改能源[2016]621号)，决定在全国具备光伏建设条件的贫困地区实施光伏扶贫工程。该文件确定了光伏扶贫的工作目标和重点任务，提出了促进光伏扶贫的配套政策措施，建立光伏扶贫的协调工作机制。

2016年10月，国家能源局会同国务院扶贫办下达了第一批总规模为516万kW的光伏扶贫项目，其中，村级光伏电站(含户用)规模为218万kW，集中式地面电站规模为298万kW，共涉及河北、山西、辽宁、吉林、江苏、安徽、江西、山东、河南、湖北、湖南、云南、陕西和甘肃14个省约2万个贫困村，可为约55万个建档立卡贫困户每年每户增收不低于3000元。

光伏扶贫的政策保障措施包括：

1)优先安排光伏扶贫电站建设规模、以县为单元分年度专项下达光伏扶贫建设规模；

2)加强金融政策支持力度，提供优惠贷款、低成本融资、鼓励众筹等创新金融融资方式；

3)切实保障光伏扶贫项目的补贴资金发放，优先按月足额结算电费和领取国家补贴资金；

4)鼓励企业履行社会责任，鼓励电力能源央企和有实力的民企参与。5.7.5 光伏“领跑者”计划

2016年，国家能源局开始实施光伏“领跑者”基地建设项目。共有河北冬奥会、山西阳泉、山西芮城、内蒙古包头、内蒙古乌海、安徽两淮、山东济宁、山东新泰8个“领跑者”基地纳入2016年计划，单个基地建设规模为50～100万kW，总规模为550万kW，占年度光伏建设总规模(1810万kW)的30%。光伏“领跑者”项目要求项目采用先进技术产品，其产品的光电转换效率指标要高于国家光伏产品标准的要求，通过竞争性比选机制，选择技术能力和投资经营实力强的开发投资企业，通过市场机制选择达到“领跑者”先进技术指标的产品。

截至2016年10月，8个光伏“领跑者”基地均已完成了竞争性招标工作，光伏投资商投标踊跃。虽然要求采用先进的太阳电池产品，但是竞标电价远低于当地标杆上网电价，在阳泉、芮城、包头的“领跑者”基地招标中，创出阳泉0.61元/kWh、包头0.52元/kWh、乌海0.45元/kWh的光伏电价新低。乌海项目已实现用电侧的平价上网。但业界普遍认为，投标企业更为关注“领跑者”基地的标杆性效应，势在必得，不排除非理性投标的因素；同时考虑国家对“领跑者”基地的政策倾斜，以及2016年光伏建设规模的紧缺，“领跑者”基地招标电价不能代表当前的平均行业水平。

表13 2016年光伏“领跑者”基地规模和中标电价

5.8 光伏系统与应用技术发展趋势展望

根据我国光伏市场发展状况和国家《可再生能源“十三五”发展规划》，预计国内光伏发电市场将延续快速发展的形势，大型光伏电站和分布式光伏系统仍将是两大主要市场，其中，分布式光伏系统的市场增长空间巨大。国际上，印度、美国、巴西等国家的光伏市场正在兴起，有望出现巨大的海外市场空间。加强核心技术竞争力，发展具备差异化、精细化、定制化特征的技术产品，将为我国创新性光伏系统集成企业和装备制造企业赢得更多的市场机遇。

在大型光伏电站方面，在光伏分区上网电价指引下，中/高压直流并网变换器、光伏自动跟踪技术、高效率光伏并网逆变器等创新技术成果层出不穷，以提高光伏发电收益为导向的新系统、新技术、新装备将是重要发展方向。然而，短期内必须面对我国西部地区已经出现的严重弃光问题，一方面大规模光伏发电的接入和输送、面向高比例可再生能源的区域电网调度等电网技术亟需突破和大量应用；另一方面，光伏发电功率预测、有功和无功功率支撑、电网异常电压穿越等光伏电站并网支撑技术也亟需发展。

在分布式光伏系统方面，工商业园区、农村牧区、渔塘、湖面、公共建筑、道路等为发展分布式光伏提供了大量场地和不同商业模式，也带来项目开发的复杂性和特殊性，出现了适应不同应用场景的精细化、定制化系统集成及装备的技术发展需求。主要体现在：

1)面向不同应用模式的新型系统集成技术，例如，针对电动汽车充电业务的光伏/储能电动汽车快充系统、跟随分时电价盈利的工商业园区光伏/储能系统等。

2)结合特殊应用场合的定制化装备，例如高功率密度的宽禁带半导体电力电子变换器、光伏水上平台和特殊浮筒材料、适合光伏大棚的特殊光伏支架系统等。

3)适应不同配电网接入条件的定制化技术及装备，例如，面向大规模、高比例分布式光伏并网接入的电能质量问题和保护问题，提出的分散式测控技术、区域性反孤岛保护技术等。

光伏应用模式创新是非常值得关注的一个方面，例如，太阳能无人机、光伏发电道路、可再生能源综合利用微网等。这些技术创新不仅有可能开辟光伏发电应用的新领域，而且具备不需要补贴即可商业化运行的重要特征，甚至在一些技术方向上有可能形成具有高附加价值的细分市场。可以预期，通过光伏应用模式的不断创新，光伏发电将会更广泛地融入人们的生产生活当中。