行业观察

• 中国农村民居屋顶分布式光伏发电的发展潜力分析

  Charlie Dou;左冲;贾彦;姜露;郑丽娜;

  农村社区有充足的空间和较大的能源消费，应在实现碳达峰、碳中和的能源转型中发挥重要作用，然而许多关于能源转型的预测分析都未给予农村社区足够的关注。分析了中国大陆农村人口、家庭户数及能源消费的基本情况，从各具特色的农村民居出发，归纳了中国农村民居屋顶的主要类型，推算出农村民居屋顶面积的基本量；然后以此为基础，探讨了影响农村民居屋顶分布式光伏发电系统应用的主要因素，包括：屋顶基本形式、屋顶大小、屋顶强度、阴影、坡屋顶平面的倾斜度、屋顶平面的方位角、屋顶面积的可利用性等；并分别针对基本情景和积极情景，对中国农村民居屋顶分布式光伏发电系统的装机容量潜力和发电量，以及由此带来的环境效益和经济效益进行了预测，以说明发展农村民居屋顶分布式光伏发电可以在促进中国能源转型和助推乡村振兴方面发挥作用。结果表明：基本情景下，中国农村民居屋顶分布式光伏发电的装机容量潜力为348 GW；积极情景下，装机容量潜力为696 GW。

  2023年01期 No.345 5-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 2402K]
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• “双碳”目标下分布式光伏发电技术的研究进展及展望

  张珍珍;吕清泉;张健美;

  分布式光伏发电具有绿色环保、发电方式灵活、可就地消纳等特点，随着中国碳达峰、碳中和战略目标的提出和以新能源为主体的新型电力系统的建设，未来分布式光伏发电将成为新能源大规模发展的重要方向之一。对国内外分布式光伏发电的发展历程进行回顾，分别从输出功率特性建模和并网运行角度对分布式光伏发电技术发展现状进行分析，在此基础上对分布式光伏发电未来的关键技术及研究方向进行展望，并对中国分布式光伏发电未来的发展提出几点建议。

  2023年01期 No.345 17-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1489K]
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• 水面漂浮式光伏电站的经济性分析

  赵然;邵蒋宁;诸荣耀;杨松;陶国均;

  地面光伏电站会占用大量土地且其发电效率受到光伏组件工作温度的限制，但水面漂浮式光伏(FPV)电站不仅可提升发电效率，还能在一定程度上缓解用地紧张等问题。太阳电池在水体附近的工作温度低于其在空气中的工作温度，太阳电池的负温度系数特性使其在FPV电站的光电转换效率提高，从而使电站整体发电效率提高。对FPV电站采用的太阳电池的工作温度进行分析，并以山东大学热科学与工程研究中心的学者得出的“FPV电站中太阳电池的实际光电转换效率比地面光伏电站中太阳电池的高1.58%～2.00%”研究结论为理论依据，从年发电量、投资成本、投资回收期和平准化度电成本(LCOE) 4个方面对FPV电站的经济性进行分析；最后对几种可再生能源发电方式与FPV电站相结合形成的混合型电站的设计方式进行介绍。分析结果显示：FPV电站的LCOE可低至0.4元/kWh。发电效率高、占地面积小、LCOE低且对水体起到保护作用等优势使FPV电站的未来发展前景可观。

  2023年01期 No.345 22-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1716K]
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• 光伏治沙方案探讨

  买发军;白荣丽;

  土地沙漠化会导致生态环境恶化，破坏生存条件，威胁交通安全，加剧自然灾害的发生，并使可利用土地资源越来越少，给中国国民经济和社会发展造成了极大危害。但沙漠化地区的太阳能资源丰富，多为Ⅰ类太阳能资源区，且这类地区拥有广阔的不可利用的沙漠化土地，若在沙漠化地区建设光伏电站不仅有利于改善土地质量，提升沙漠土地的利用价值，还能为当地提供优质的清洁电力。针对沙漠化土地推出光伏发电和沙漠治理(即光伏治沙)、节水农业相结合的生态治理解决方案，该方案在光伏电站外围采用固沙林、内部采用沙障组成防护林体系，在光伏阵列下方及前后排光伏阵列间种植沙生植物或安装节水滴灌设施，可实现经济效益和生态效益的共赢。

  2023年01期 No.345 30-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1834K]
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学术研究

• 太阳光入射角差异对不同气候区立面垂直安装光伏组件发电量的影响研究

  叶露;何涛;张昕宇;孙峙峰;李博佳;王敏;

  对于安装在不同地区、以不同倾角安装的光伏组件来说，全年的太阳光入射角差异较大，而太阳光入射角的变化会极大影响光伏组件的发电量情况。基于入射角修正模型，分析了中国不同气候区因太阳光入射角差异而引起的立面垂直安装光伏组件的发电量和地面最佳倾角安装光伏组件的发电量变化及差异，并通过相对偏差对二者的发电量差异进行了量化。研究结果表明：立面垂直安装光伏组件的年发电量比地面最佳倾角安装光伏组件的年发电量低，且随着光伏组件安装地区纬度的降低，二者的发电量差值逐渐增大。低纬度地区立面垂直安装光伏组件的年发电量与地面最佳倾角安装光伏组件的年发电量的相对偏差较大。研究结果对指导光伏发电系统设计意义重大。

  2023年01期 No.345 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 2022K]
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• 基于GIS技术的大规模光伏电站宏观选址方案研究

  雷鸣;韦关祥;赵青;

  作为中国实现2030年碳达峰与2060年碳中和目标的解决方案之一，光伏发电具有举足轻重的地位。光伏电站建设前期传统的宏观选址方法多以“现场走访—选地圈地—初步测算场址范围”为主，但这种方法存在大量重复的工作，费时费力，工作效率较低，仅适合小规模、小范围光伏电站的宏观选址。提出一种适合大规模、大范围光伏电站的宏观选址方案，充分考虑地形因素及环境敏感性区域对光伏电站开发的影响，在地理信息系统(GIS)技术下使用Python语言对相关数据进行处理，通过计算机对目标区域进行大面积筛选，利用筛选结果并结合Candela3D软件布置光伏组件，由计算机执行光伏电站的宏观选址，从而达到大规模光伏电站选址高效快捷及项目发电收益最大化的目的。

  2023年01期 No.345 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 2067K]
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• 基于CatBoost机器学习模型的风电机组机舱温度异常预警研究

  张惠强;高娟娟;任晓旭;陶永刚;赵禹茗;黄剑锋;

  风电机组机舱内部的机械部件众多，以机舱温度为研究对象可以实现对风电机组故障的预警。首先提取风电机组正常运行状态下的机舱温度数据，综合Pearson相关系数和Spearman相关系数，以及轻型梯度增强学习器(LightGBM)和CatBoost算法的特征变量重要性，筛选出与机舱温度相关性较大的20个特征变量，作为风电机组机舱温度的特征变量集合；然后选择CatBoost、LightGBM、随机森林(Random Forest)3个算法分别建立模型，以均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、判定系数R2作为评价指标进行综合评价，最终选择评价指标最优的采用CatBoost算法建立的模型作为风电机组机舱温度异常预警模型，并采用实际的风电机组机舱温度异常的历史数据对模型的预警效果进行验证。该模型可在机舱温度预测值与真实值之间偏离程度较大时进行预警，专业检修人员可以根据模型输出的特征变量重要性排序，优先检修相关性较高的部件，实用性较强。

  2023年01期 No.345 49-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1737K]
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技术应用

• 资源集约化条件下水面漂浮式光伏发电系统的研究及应用

  詹永和;余智珩;刘萧何;

  中国光伏产业蓬勃发展，巨大的光伏市场促进了光伏发电系统效率提升、系统成本下降，给技术改造创造了空间。利用泰和20 MW渔光互补光伏电站原有鱼塘水面已布置光伏组件后剩余的空间进行技术改造，增补了400 kW水面漂浮式光伏发电系统。从光伏组件布置、系统结构设计、建设成本分析等3个方面，对新增光伏发电系统分别采用水面漂浮式光伏发电系统和传统渔光互补光伏发电系统这两种方案的建设结果进行对比分析。结果表明：采用水面漂浮式光伏发电系统可减少建设成本，增加土地利用率。研究结果可为今后相似工程设计提供参考。

  2023年01期 No.345 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1816K]
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• 基于XGBoost算法的光伏阵列故障诊断方法研究

  段震清;孙建民;梁凌;李庚达;崔青汝;伍权;

  针对光伏阵列故障频发，且无法及时有效在线对故障类型进行识别的问题，提出了一种基于极度梯度提升(XGBoost)算法对光伏阵列进行故障诊断的方法。首先，基于Matlab Simulink仿真技术，建立光伏阵列仿真模型，针对正常、开路、短路、老化、阴影遮挡5种光伏阵列运行状态进行仿真，获取500例有效数据；其次，分析仿真数据特征变量之间的共线性关系，提取有效的特征变量作为模型的特征变量输入；然后，基于特征变量构建XGBoost故障诊断模型，并根据10折交叉验证方法优化超参数；最后，依据模型性能度量指标对XGBoost故障诊断模型的诊断结果进行评价，并分析模型特征变量的重要性。研究结果表明：基于XGBoost算法的光伏阵列故障诊断方法能简单、高效、实时在线对样本数据进行故障诊断，可应用于光伏阵列典型故障类型的有效识别。该故障诊断方法可为光伏电站现场运维人员提供技术支持，未来将在大型光伏电站，使用更大范围的实时数据开展使用和验证工作。

  2023年01期 No.345 62-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1823K]
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• 在铁路弓网上方安装光伏发电系统的方案探讨

  江卫青;武文;江鹏程;贾丽荣;

  在铁路弓网上方安装光伏发电系统的方式即光伏化弓网，其能为铁路沿线提供电能供应，并减少恶劣天气对铁路运营的影响。分析了采用光伏化弓网时，雨雪、覆冰、横向风、接触线硬点对铁路线造成的影响；对光伏发电系统的主要设备进行对比选择并估算发电量，简算列车风对光伏组件的影响；并探讨如何在不影响铁路运营的情况下，对已有的铁路弓网进行光伏化改造。分析结果显示：光伏化弓网能够降低雨雪、覆冰、横向风、接触线硬点对铁路运行的影响，且易于安装和维护，具有较高的实用价值。

  2023年01期 No.345 69-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1969K]
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• 基于二维激光雷达的定日镜清洗车导航避障系统的研究

  薛刚强;宓霄凌;李晓波;

  针对国内外现有塔式太阳能热发电站中存在的无法全自动化清洗定日镜的问题，提出了一种基于二维激光雷达的定日镜清洗车导航避障系统，该系统由清洗车导航系统和激光雷达系统结合而成，利用激光雷达来测量前方定日镜的姿态，从而为清洗车导航系统提供避障保护，以实现清洗车对定日镜的全自动化清洗。首先，建立了地面导航系统坐标系，推导了WGS84坐标系到当地导航系统椭球坐标系的转换方程；其次，分别建立了定日镜、清洗车、激光雷达的运动学模型，并将清洗车和定日镜分别置于多种姿态，截取激光雷达的检测数据，使用检测数据标定激光雷达的安装位置，即激光雷达相对于车辆中心的坐标和安装倾角；最后，对定日镜清洗车导航避障系统进行实际测试，使用标定参数来检测前方定日镜的姿态，实现定日镜的全自动化清洗，当该导航避障系统反馈前方定日镜为异常姿态时，制动清洗车。该导航避障系统还可应用于与自动清洗系统相关的类似应用场景。

  2023年01期 No.345 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 2096K]
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