微逆变器在光伏建筑一体化系统中的应用

　　能源危机和环境污染问题日益严重，促使各国纷纷开发新型可再生能源。太阳能具有取之不尽用之不竭、清洁无污染、不受地域限制等优点，大力发展和推进太阳能光伏发电技术是解决当前能源和环境危机的有效手段。
   　　建筑集成光伏（BIPV）系统通过将光伏组件安装在建筑表面，实现太阳能光伏发电与建筑的完美结合，被认为是最先进、最具发展潜力的高科技绿色节能建筑。BIPV系统中光伏组件与建筑相结合，光伏组件不额外占用地面空间，特别适合于土地资源紧张的城市建筑；全球建筑物自身耗能约占世界总能耗的三分之一以上，采用BIPV技术，可以将建筑物从耗能型转变为功能型，将有效缓解城市反战与能源供应的巨大矛盾，创造低能耗、高舒适度的健康居住环境，实现城市建筑的可持续发展；另一方面，目前光伏组件的生产成本较高，太阳能光伏发电的成本远远高于常规能源，大大限制了光伏发电系统的发展和应用，采用BIPV系统，将光伏组件与建筑表面材料有机结合，可以大大降低光伏发电的成本，缩短投资回报周期。
   　　BIPV系统中，光伏组件的安装首先涉及到光伏组件的安装角度和安装方向问题，安装角度就是光伏组件的倾角问题，倾角的选择直接关系到光伏组件的发电效率。同一块电池板，选择不同的安装角度接收到的辐射量是不一样的，由于各个墙面朝向的问题，不同安装位置的光伏组件其安装角度和方向不可能完全一致，这就决定了其发电效率、发电的瞬时功率无法保证完全一致。
   　　BIPV系统中需要解决的另一个关键问题是阴影遮挡问题。产生阴影的原因是多种多样的，阴影的产生有随机的，也有系统的。阴影主要来自于周围建筑物、树木的遮挡、各个光伏组件之间的相互遮挡、云层等。光伏组件的输出特性决定了受到局部遮挡或阴影后，其发电效率将会大大减小，从而对整个系统的发电量产生显着影响。
   　　为了使BIPV系统的发电效率最大化，除了在安装时尽量做好规划设计外，还需要采用合适的光伏发电系统结构。
   　　图1为目前BIPV系统中常用的电气结构示意图。图1中，集中式系统首先根据设计的电压和功率等级，把大量光伏组件通过串联或并联等方式连接起来，然后经过一个集中式逆变器将光伏阵列输出的直流电能转换为交流电能；串式和多串式系统将多个光伏组件串联形成光伏组件串，每个串经过一个DC-DC变换器升压后，再经逆变器输出交流电能。上述三种系统中，均存在光伏组件的串联或并联，系统的最大功率点跟踪时针对整个串进行的，因此无法保证每个组件均运行在最大功率点，也无法获得每个光伏组件的状态信息；另一方面，由于建筑表面各个组件的安装方向和角度不同，各个组件的发电效率彼此各不相同，采用集中式的最大功率点跟踪，将大大降低系统的发电效率；当部分组件受到遮挡时，整个系统的发电效率更会严重降低，大大降低了系统的能量转换效率，甚至可能形成热斑，导致系统损坏。
   
   图1 建筑集成光伏系统常用电气结构连接图
   　　能源危机和环境污染问题日益严重，促使各国纷纷开发新型可再生能源。太阳能具有取之不尽用之不竭、清洁无污染、不受地域限制等优点，大力发展和推进太阳能光伏发电技术是解决当前能源和环境危机的有效手段。
   　　建筑集成光伏（BIPV）系统通过将光伏组件安装在建筑表面，实现太阳能光伏发电与建筑的完美结合，被认为是最先进、最具发展潜力的高科技绿色节能建筑。BIPV系统中光伏组件与建筑相结合，光伏组件不额外占用地面空间，特别适合于土地资源紧张的城市建筑；全球建筑物自身耗能约占世界总能耗的三分之一以上，采用BIPV技术，可以将建筑物从耗能型转变为功能型，将有效缓解城市反战与能源供应的巨大矛盾，创造低能耗、高舒适度的健康居住环境，实现城市建筑的可持续发展；另一方面，目前光伏组件的生产成本较高，太阳能光伏发电的成本远远高于常规能源，大大限制了光伏发电系统的发展和应用，采用BIPV系统，将光伏组件与建筑表面材料有机结合，可以大大降低光伏发电的成本，缩短投资回报周期。
   　　BIPV系统中，光伏组件的安装首先涉及到光伏组件的安装角度和安装方向问题，安装角度就是光伏组件的倾角问题，倾角的选择直接关系到光伏组件的发电效率。同一块电池板，选择不同的安装角度接收到的辐射量是不一样的，由于各个墙面朝向的问题，不同安装位置的光伏组件其安装角度和方向不可能完全一致，这就决定了其发电效率、发电的瞬时功率无法保证完全一致。
   　　BIPV系统中需要解决的另一个关键问题是阴影遮挡问题。产生阴影的原因是多种多样的，阴影的产生有随机的，也有系统的。阴影主要来自于周围建筑物、树木的遮挡、各个光伏组件之间的相互遮挡、云层等。光伏组件的输出特性决定了受到局部遮挡或阴影后，其发电效率将会大大减小，从而对整个系统的发电量产生显着影响。
   　　为了使BIPV系统的发电效率最大化，除了在安装时尽量做好规划设计外，还需要采用合适的光伏发电系统结构。
   　　图1为目前BIPV系统中常用的电气结构示意图。图1中，集中式系统首先根据设计的电压和功率等级，把大量光伏组件通过串联或并联等方式连接起来，然后经过一个集中式逆变器将光伏阵列输出的直流电能转换为交流电能；串式和多串式系统将多个光伏组件串联形成光伏组件串，每个串经过一个DC-DC变换器升压后，再经逆变器输出交流电能。上述三种系统中，均存在光伏组件的串联或并联，系统的最大功率点跟踪时针对整个串进行的，因此无法保证每个组件均运行在最大功率点，也无法获得每个光伏组件的状态信息；另一方面，由于建筑表面各个组件的安装方向和角度不同，各个组件的发电效率彼此各不相同，采用集中式的最大功率点跟踪，将大大降低系统的发电效率；当部分组件受到遮挡时，整个系统的发电效率更会严重降低，大大降低了系统的能量转换效率，甚至可能形成热斑，导致系统损坏。
   
   图1 建筑集成光伏系统常用电气结构连接图
   　　微逆变器技术提出将逆变器直接与单个光伏组件集成，为每个光伏组件单独配备一个具备交直流转换功能和最大功率点跟踪功能的逆变器模块，将光伏组件发出的电能直接转换成交流电能供交流负载使用或传输到电网。采用微逆变器取代传统的集中式逆变器具有以下优点： (1)保证每个组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影能力；(2)将逆变器与光伏组件集成，可以实现模块化设计、实现即插即用和热插拔，系统扩展简单方便；(3)并网逆变器基本不独立占用安装空间，分布式安装便于配置，能够充分利用空间和适应不同安装方向和角度的应用；(4)系统冗余度高、可靠性高，单个模块失效不会对整个系统造成影响。因此，将微逆变器应用于BIPV系统可以完全适应建筑集成光伏发电系统的应用需求，适应不同光伏组件安装角度和方位，避免局部阴影对系统发电效率产生的影响，实现BIPV系统发电效率的最大化。采用微逆变器的建筑光伏发电系统的结构如图2所示。
   
   图2 应用微逆变器的建筑集成光伏发电系统结构
   　　如图2所示，微逆变器直接与光伏组件相连，将光伏组件发出的电能直接传输到电网或供本地负载使用，多个微逆变器直接并联接入电网，各个微逆变器和光伏组件之间相互没有任何影响，单个模块失效也不会对整个系统产生影响。
   　　将微逆变器技术与电力线载波通信技术相结合，通过电网交流母线就可以采集各个微逆变器和光伏组件的输出功率和状态信息，很方便的实现整个系统的监控，同时不需要额外的通信线路，对系统连线没有任何负担，极大的简化了系统结构。
   　　通过上述分析，可以得出如下结论：建筑集成光伏发电系统是光伏发电应用极具发展潜力的应用方向，而传统的集中式光伏发电系统结构无法适应建筑集成光伏发电系统的应用需求，采用微逆变器技术可以完全适应建筑集成光伏发电系统的应用需求，实现发电效率的最大化。
   　　目前共有15家光纤企业在我国从事光纤生产，产能严重过剩。
   　　面对严峻的市场形势，虽然光纤产业界都有进行产业整合和合作，优化企业资源结构的共识，但企业之间却很少真正迈出产业整合和合作的实质性步伐。
   　　由于企业文化的影响，我国的企业在面临竞争与合作，竞争与整合的选择时，往往顾虑很多，这一点在国内知名企业之间表现得就更为明显，所以，如何整合却是业界面临的一个更为困难的课题。
   　　中天科技与长飞光纤光缆选择产业整合战略，使两方走上基业常青的持续增长之路。
   　　专家对此评论说，长飞与中天在中国光纤光缆行业中的特殊地位，通过横向整合，扩大了各自企业的市场份额或拉伸了产业的价值链，增强市场势力，从而获得了较好的经济效益和社会效益，值得称道。
   　　产业整合就是产业创新
   　　大量“长寿”企业的成长史表明，以创新未来产业或改变现有产业结构、以对自己有利为出发点来制定企业战略的产业创新战略，是企业持续成长的关键所在。这是传统产业中企业战略中的最高层次，是克服衰退陷阱的根本方法。
   　　中天与长飞于2004年12月31日签定战略合作协议，中天将使用长飞提供的预制棒及涂料生产符合长飞品牌要求的光纤。
   　　中天与长飞合作，是互利共赢、做大做强民族光通信产业的重大举措。长飞连续13年光纤光缆销售量居全国同行第一，是全球第三大光纤生产企业及第五大光缆生产企业。中天科技集团作为国内光纤光缆行业中特色较强的企业。
   　　长飞与中天双方表示，中天长飞的关系将由战略合作伙伴向着深度合作方向发展，长飞参股中天光纤，由战略合作升级为资本合作。
   　　在许多招标采购中，运营商往往指定少数几个着名光纤品牌的产品作为光缆企业入围的先决条件，即使偶尔允许新的品牌参与投标，产品的价格却相差甚远。在今天电信运营商越来越重视品牌的市场条件下，要取得成功是非常困难的，所以，品牌提升是中天光纤最迫切的愿望。
   　　中天科技光纤有限公司总经理沈一春深有体会，他认为，在长飞的技术支持之下，与长飞的合作大大提升了中天光纤品牌的影响力，加之与长飞的合作使中天光纤有了更为灵活的品牌策略，中天光纤既可以使用长飞的品牌，也可以使用自己的品牌。目前用户已经认为中天光纤就是长飞光纤，中天借助与长飞在光纤制造方面的合作，品牌价值得到了迅速提升。
   　　产业整合就是生产要素的重新整合，其实质就是产业创新。只是建立在产业创新基础上的产业整合才能成功。离开了产业创新，产业整合的风险是极高的。
   　　竞争力来自产业整合优势
   　　专家分析认为，目前，我国光纤光缆产业结构趋同和产业缺乏协调的情况，是由于人为的市场屏障所致。因此，培育具有国际竞争力的产业群落要在规范市场和促进竞争的基础上，通过建立资源培植效率高、对市场反应灵敏的企业组织形式来实现。
   　　专家指出，促进企业组织的优化可从两方面入手：一是建立企业之间的产业联系网络，利用企业外部的垂直联系与水平联系，以网络型的产业组织空间形成产业群落。这就要求打破条块分割，同意竞争规划，给企业以公平的市场环境，保证企业在市场中的主体地位。二是将产业联系内部化，通过关联企业的兼并重组，整合形成若干具有规模经济优势的跨地区企业集团。
   　　正因为中天光纤有了更为灵活的品牌策略，所以，中天光纤也有了比较好的市场形势，可以提供光纤给中天集团以及其他市场，其中，按一定比例光纤产品返销给长飞公司。长飞检验了中天光纤的品质，认为和自己生产的光纤各项性能指标完全一致，因而放心大胆地加以推广。2005年中天光纤的销售量一跃至204万公里。
   　　中天科技光纤有限公司董事长朱兆章表示，与长飞的合作降低了中天光纤的生产成本。一方面是中天采用长飞提供的具有市场竞争优势的光纤预制棒，中天光纤的成本有了明显的降低，另一方面是规模生产也带来了成本下降，利润较以前有明显的增加。这些都提升了中天光纤的市场竞争力。