【摘要】 随着光伏技术的不断进步，在原晶硅、非晶硅太阳能电池的基础上，发展成为非晶硅薄膜太阳能电池，目前该产品已经应用于建筑一体化的外墙面，而最新发展的柔性非晶硅薄膜太阳能电池，应用范围还未得到大面积推广，为了扩大光伏太阳能产品的应用领域和范围，利用柔性薄膜太阳能电池的固有特性，将光伏电池直接贴敷于已经并网投运的风力发电机组塔筒上发电，构成极具代表性的新型风光互补系统，通过该系统发出的电，可满足风电机组的日常用电，同时可降低综合厂用电率的指标，又节省了土地租赁费用、接入系统费用、变电站的建设费用、系统安装基础和支架费用，外观既美观又实用。

本论文将阐述利用柔性非晶硅薄膜太阳能电池固有特性贴敷在风机塔筒表面上发电应用，组成的新型的具有代表性的风光互补发电系统，扩大了光伏太阳能产品的应用领域和范围。

【关键字】 柔性电池固有特性、新型风光互补系统、降低投资成本。

一、引言
截止2012年底为止，我国风电已经达到6250万千瓦的装机容量，到2015年将要达到1亿千瓦的装机规模，到2020年，计划达到2亿千瓦的装机规模，截止2012年11月，全球总装机已经达到2.3亿千瓦，随着我国乃至全球风电机组规模的不断扩大，利用柔性薄膜太阳能电池的固有特性贴敷在风机塔筒表面组成的新型风光互补系统无疑具有很大的市场空间。

二、相关技术现状
利用太阳能电池发电，经历了从单晶硅、多晶硅、非晶硅以及非晶硅薄膜太阳能电池发展历史，目前，这类产品已经被应用于地面电站、屋顶发电、建筑一体化的外墙面等，按其转换效率单晶硅优于多晶硅和非晶硅以及非晶硅薄膜太阳能，但生产成本依次递减，随着科学发展与技术进步，各类产品在降低成本的前提下，其转换效率也有不同程度的提高，特别是柔性非晶硅薄膜太阳能电池，扩大了产品的应用领域和场合，但目前尚未未得到大面积推广应用。

三、扩大产品应用范围
1.新型风光互补系统组成
利用柔性薄膜太阳能电池的固有特性，将光伏电池直接贴敷于已经并网投运的风力发电机组塔筒表面上发电，构成极具代表性的风光互补系统，根据风力发电机组供电负载的电压等级，通过光伏电池的串并联、逆变控制等，构成自发自用的供电系统。

保证风电场的正常运行，通常都涉及到三大用电部分，分别是变电站生产运行、办公生活设施和每台风机均需用电，这些比不可少的用电负载，将直接影响综合厂用电率的多少，综合厂用电率是电力行业考核发电企业的重要指标。另外，自西北电网大面积脱网事故以来，国家电监会此事非常重视，要求新建、已建风电场均要进行反事故措施的改造，要求增加自动无功补偿装置，而且保证正常的投运状态，改造后风电场的综合厂用电率无疑会增加。另外，目前推广的光伏地面电站，由于占地面积太大，土地租赁成本在系统总投资方面也占较大比例，而且土地租赁也直接影响到融资贷款问题。


有效地利用塔筒表面，通过光伏电池发出的电，可满足风电机组的日常用电，既可降低综合厂用电率的指标，又节省了土地租赁费用、接入系统费用、变电站的建设费用、系统安装基础和支架费用，从整体外观看，既实用又美观。

2.技术解决方案
以目前的主流1.5MW机型为例，以其塔筒高度70米，塔筒的顶部直径为2.31米，底部直径为4.24米，平均直径约3米计算，如果将柔性薄膜电池全部覆盖于塔筒表面，其理论面积为3.14X3米X31.5米=297平方米。
说明：塔筒有效高度——指不被叶片遮挡部分；有效面积—指塔筒朝正南方向帖敷于塔筒表面的面积，考虑到太阳的日出日落，有效面积按全部有效高度面积的66%计算；塔筒平均直径——由于塔筒本身是圆柱锥体，通常顶部直径约为2.3米，底部直径约为4.24米，为便于计算，取其平均值为3米。

延伸高度有效面积：——根据不同地区的主导风向，特别是西北风向的地区，有效面积可延伸至塔筒高度的80%。 图中兰色部分表示贴敷于风机塔筒柔性光伏太阳能电池板，贴敷高度为31.5米，此高度是按目前主流机型（70米高度）测算的，且高度部分未被旋转叶片所遮挡。

塔筒有效面积月发电量——考虑到太阳的日出日落，有效面积按66%计算，其实际面积为197.8平方米，贴敷面积按常规太阳能电池板面积计算可197.8/0.79=250片，每片65瓦，210片合计约16.25千瓦，并利用薄膜电池的弱光发电优势，对于薄膜电池来说，根据地理位置、纬度在32.19的地区，年发电量1度/瓦，全年可发电16250度（kWh），每月可给风机提供1354度，由于垂直贴敷较水平放置发电量将损失30%左右，故垂直贴敷于塔筒表面的光伏太阳能电池月发电量为948kWh。如果按延伸高度计算，其实际面积为351.7平方米，可帖附太阳能电池板351.7/0.79=445片，每片65瓦，445片合计约29千瓦，全年可发电29000度（kWh），每月可给风机提供2411度，由于垂直贴敷较水平放置发电量将损失30%左右，故垂直贴敷于塔筒表面的光伏太阳能电池月发电量为1688kWh。

对照我国第一座50kWp并网示范电站的实测1年的数据统计（该项目是科技部“十五”公关课题，并通过国家科技部验收的光伏建筑一体化系统，组件采用单晶硅电池板），该项目位于北京大兴芦城工业园区，天普新能源示范楼，项目中正南垂直安装的光伏组件，其安装倾角为90°，安装容量为15.84Kw，安装了288块55Wp电池板，平均每千瓦年累计发电量为715kWh，实际测量数据与理论计算基本相近，其发电量的误差与地理位置、纬度以及电池的转化效率有关。

根据最新科技报道，目前，铜铟镓硒CIGS薄膜太阳能电池的转换效率达20.3%。柔性薄膜太阳能电池的发电量会随着科技进度，转换率的不断提高而提高，生产成本也会逐渐降低。因此，柔性薄膜电池与单晶硅在相同转换效率下的发电可以参考上述试验数据。

根据风电场多年的实际运行情况、不同机型的实际负载情况以及大量数据统计，每台风机月平均大约耗电700-1200度左右，由此可看出，完全可以满足风机的日耗电，下表为装机容量100MW单机2MW的风电场的统计数据。
从表6可看出，按照平均值计算，光伏太阳能电池发出的月电量，基本满足自发自用。如遇到风况好的情况下，光伏电池发出的多余电量，可以提供给变电站和生活用电，即使在风况较差的情况，从电网购入的电量也是少量。总之，无论何种情况，光伏发电发出的电对降低综合厂用电率指标，或弥补到无功补偿中去，风光互补效果明显，并可显现出明显的互补优势。

3、市场前景与推广价值：
利用柔性薄膜太阳能电池的固有特点，直接将柔性薄膜太阳能光伏电池帖敷于风力发电机组塔筒上发电，是风光互补系统的独特代表，随着我国乃至全球风电机组规模的不断扩大，未来具有很大的市场空间。

截止2012年底为止，我国风电已经达到6250万千瓦的装机容量，到2015年将要达到1亿千瓦的装机规模，到2020年，计划达到2亿千瓦的装机规模，截止2012年11月，全球总装机已经达到2.3亿千瓦。单个风电场通常的装机规模，从5万千瓦发展到30万千瓦，以100MW风电场为例，按照不同塔筒高度划分，目前国内大多数风电场的风机高度为70米，光伏太阳能在风机塔筒上可利用的有效面积约占全部塔筒面积的66%左右，100MW风电场有67台风机，每台有效面积为197.8平方米，以目前全国装机6250万千瓦计算，以10万千瓦为单位，可有625个风场，合计可利用面积为625*67*197.8=828万平方米。如果利用非晶硅薄膜太阳能电池弱光发电优势，也可覆盖全部有效面积，根据不同地区的主导风向，对于常年西北风为主的地区，太阳能电池不会由于叶片遮挡影响发电，完全可以延伸至风机塔筒总高度的80%，这些可利用的面积无疑是光伏电池施展空间优势。

该系统具有以下优点：
节能环保无污染的清洁能源项目，每年可实现二氧化碳减排指标；
1符合国家电网分布式电源并网的规范要求；
2有效的利用了风机塔筒表面；
3柔性薄膜电池的重量轻；
4薄膜电池的弱光发电优势；
5发出的电可完全自发自用或余电上网；
6安装简便，可直接附着于塔筒表面；
7降低了风电场的综合厂用率指标；
8节省了土地租赁费用；
9节省了接入系统费用；
10节省了变电站的建设费用；
11节省了安装基础和支架费用；
12较地面光伏电站建设成本低30%左右；
13具有较大的市场前景和竞争优势。

光伏太阳能发电技术目前已经较为成熟，在不同应用场合下其原理是相通的，都是根据不同的应用场合通过组合而实现的，只是平板式电池板无法附着在圆型塔筒上，而柔性电池会可轻易实现。

五、结语
随着我国乃至全球对新能源重视，利用新能源发电的比例将会逐年递增，产品应用范围和场合也会不断扩大，因此，光伏发电产品的应用是我们努力的方向。但国家相关鼓励配套政策仍需不断完善，根据不同的用电场合和供电模式给予不同的补贴政策；光伏产品的生产成本需要继续降低，太阳能电池的转换效率有待于进一步提高，这一系列因素将会对推广光伏产品应用起到积极的促进作用。本系统完全符合国家电网公司分布式电源并网规范和要求，享受国家电价补贴政策，对优化能源结构、推动节能减排、实现可持续发展具有重要意义。

作者简介：
高金锐，男，高级工程师，从事新能源利用。
江苏联能风力发电有限公司 副总经理
注：（13813624456，电子信箱: gaojinrui@hanergy.com
通信电址:江苏省南通市工农路168号文峰大厦11层 邮编：226001）