太阳能光伏发电技术及应用

李铭江

摘要：将金纳米流体加入盘式太阳能海水蒸馏系统，通过对比实验分析纳米流体的浓度对蒸发箱淡水产量以及光伏电池发电效率的影响。结果表明添加金纳米流体可以明显提高蒸馏系统单位面积产水量，并且随着纳米流体浓度的增加系统淡水产量也随之增加，实验中的采用纳米流体的蒸馏系统当日单位面积产水量最高达到了2802.7mL/m2相比于传统盘式蒸馏系统提升了39.96%；而光伏电池发电效率随着纳米流体的增加而下降。主要原因是随着纳米流体浓度的增加，纳米流体吸收率增加而透射率减少，导致海水吸收更多的太阳辐射而光伏电池接收的太阳光减少。

关键词：太阳能;发电

引言

随着能源危机与水资源紧缺问题[1]的进一步加剧，尤其是在偏远的海岛与山区，电力匮乏与淡水稀缺问题极大地限制了当地的经济发展与社会进步并对居民日常生活造成巨大影响。

1. 光伏发电模型及波动特性

1.1出口市场多元化

太阳能光伏发电是典型的政策驱动型产业，我国光伏产品的出口市场一定程度上是随各国光伏发电政策而形成和变迁的。欧盟各国出台支持可再生能源发展应用的政策，开启了光伏发电在欧洲的推广应用，也为我国光伏产品出口到欧洲提供了良好的机遇。2012年以前，我国光伏产品的主要市场是欧盟各国，其从我国进口的光伏产品，占我国光伏产品出口贸易量的80%。2012年以后，欧盟之外的国家和地区对光伏发电的需求迅速增加，全球光伏发电市场呈多元化发展趋势。我国光伏产品的贸易格局得到优化，逐步摆脱了依赖欧洲市场的局面。美国、日本、印度、巴西、越南等国对我国光伏产品的需求量快速增加，我国光伏产品出口到欧洲的比重逐渐降低^[1]。2019年我国光伏产品出口目的地超过190多个国家和地区。

1.2纳米流体的制备

金纳米流体的制备包含两个过程，第一个过程是金纳米颗粒的合成，以HAuCl4为原料之一，将100mL的HAuCl4(0.25mmol)在回流中加热至100℃，随后将1mL质量浓度为1%的柠檬酸钠溶液加入先前的溶液。此时反应液的初始颜色为黄色，当慢慢转化为深红色时，通过离心机收集得到的粒子并用乙醇洗涤，最后得到分散在4mL乙醇中的金胶溶液。第二个过程是纳米粒子SiO2包裹层的合成。这个过程是为了保证所得粒子的稳定性，需要在合成后的金纳米粒子表面覆盖一层SiO2的包裹层。金胶溶液中依次加入0.04mL氨水和1.16mL异丙醇，半分钟后依次缓慢加入0.36mL去离子水和6mL原硅酸乙酯，为保证SiO2能够完全聚合，在搅拌6小时后得到Au@SiO2核/壳结构的纳米粒子。

2我国光伏产品出口面临的主要问题

2.1淡水产量的问题

为探寻纳米流体浓度对蒸馏系统淡水产量的影响，于2020年5月3日、5月12日8:00~16:00分别对纳米流体浓度为4μg/mL和10μg/mL金纳米流体的分频蒸馏系统与传统盘式蒸馏系统进行对比实验。两次实验中蒸馏系统每小时的单位面积产水量随时间的变化曲线如图4和图5所示。从图中可以看出，在两次实验中采用纳米流体蒸馏系统的单位面积产水量要明显高于传统盘式蒸馏系统，同时系统的单位面积产水量与太阳辐射强度的变化趋势一致。将每小时单位面积产水量相加得到系统在当日单位面积产水量，其中4μg/mL浓度纳米流体蒸馏系统的当日的单位面积产水量为2377.4mL/m2，相比于传统的盘式蒸馏系统，当日单位面积产水量提高了34.15%；10μg/mL浓度纳米流体蒸馏系统的当日的单位面积产水量为2802.7mL/m2，相比于传统的盘式蒸馏系统，当日单位面积产水量提高了39.96%。该结果说明纳米粒子可以强化海水对太阳辐射的吸收从而提高了淡水的产量，同时纳米流体的浓度越大，蒸馏系统的单位面积淡水产量相比于传统盘式蒸馏系统提升越明显。主要原因是纳米流体较低的透射率可以使海水吸收更多的太阳辐射，并且纳米粒子对传热具有积极的作用可以进一步提升海水的升温速率^[2]。

2.2出口产品同质化，利润下滑

我国光伏产品在生产过程中，由于主要的设备、原材料、生产工艺过程高度相似，加之太阳能光伏产业人才频繁流动带来的技术溢出，各企业缺乏独特的技术路线，生产的产品高度相似。据资讯链接咨询公司（PVInfolink）的统计，2019年我国光伏产品的出口结构构成如下：单晶硅单面玻璃背钝化（PERC）产品占比42.7%、单晶硅双面玻璃PERC产品占比8.8%、多晶硅单面玻璃产品占比25.6%、多晶硅PERC产品占比6.0%、多晶硅双面玻璃PERC产品占比5.6%，5个型号产品的出口数量，占全部出口产品的比重为88.7%，其他产品和新技术路线的占比不到12.0%。参与出口贸易的光伏企业，由于缺乏独特的技术路线，出口的产品严重同质化。各企业为争取出口订单，在没有差异化产品支撑的情形下，只能把价格当成唯一杀手锏，对国外客户报价越来越低，个别订单甚至出现亏损。恶性竞争严重侵蚀了企业的利润，数家光伏企业已经公布了2019年的年度财务报告，数据显示：主要光伏企业2019年的净利率为5%～6%，而这一数字在2010高达20%以上

^[3]。

3 仿真分析

尝试对前面做提到的微电网进行仿真，得出逆变器失真的谐波仿真示意图，分析可看出畸变程度在光照弱时更为严重。另外，通过对储能设备容量的计算表明，如不增加储能设备，光伏电源的电量波动和孤岛切换过程中的电量缺口由微型燃气轮机承担；如果储能系统接通，光伏电源的波动由储能装置补偿；本文提出的储能方式能有效抑制光伏电源的潮流状况，减小日常运行中微电网的频率波动，弥补微机控制速度慢的缺点，并且在电网切换到额定频率后可有效地稳定微电网的供电性能^[4]。

结束语

蓝莓提取物对体外抗氧化实验研究结果表明，蓝莓的醇提物不仅具有较强的还原能力，而且对DPPH·、ABST+及O2-均有较好的清除能力，并且在一定的浓度下呈现出了良好的量效关系，在研究中发现在浓度1000mg/L，蓝莓对DPPH·自由基的清除率可达72.3%，对ABST+达到73.6%；对O2-自由基的清除率可达75.3%；并且在清除这三种自由基能力均高于同等浓度的维生素C。因此可以利用蓝莓的乙醇提取物制作各种抗氧化的保健食品，为更好开发利用蓝莓奠定实验基础^[5]。

参考文献：

^[1]李淳伟,樊阳波,杨舸,胡露,王益群.建筑用太阳能光伏玻璃应用及国际标准研究[J].中国标准化,2020(S1):169-174.

^[2]马玉森.CPC微通道太阳能集热器聚光特性及热性能数值研究[D].北京建筑大学,2020.

^[3]姚华宁.平板热管式太阳能PV/T热泵系统的性与优化[D].北京建筑大学,2020.

^[4]常旭东.热管式太阳能光伏光热系统数学建模及系统参数优化[D].北京建筑大学,2020.

^[5]石硕,庄晓如,徐心海.太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究[J/OL].热力发电:1-7[2020-08-25].http://xwfw.qfnu.edu.cn:80/rwt/CNKI/https/MSYXTLUQPJUB/10.19666/j.rlfd.202006172.