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1. 痛點問題 隨著能源危機和節能減排的驅使，大力發展電動汽車成為緩解能源危機和環境污染的有效途徑，汽車燃油是石油消耗的主體。汽車尾氣占全世界總二氧化碳排放量的10%至15%。電動汽車可以減小二氧化碳的排放量，改善大氣環境。以光伏電池作為新能源輸入的電動汽車充放電站也將具有更大的優勢。推動光伏供電的電動汽車充放電站的建設，不僅發展了電動汽車行業，也推動了光伏產業及新能源的發展，同時對于節能減排，改善環境具有雙重推動作用。 現有的光伏電動汽車充電站仍以交流母線或直流母線進行光伏電池、電動汽車蓄電池和電網之間的能量變換。現有的能量變換需要通過多級電力電子變換器實現，即需要多級直流-直流變換器，直流交流變換器等，這使得能量變換的效率很低。多級電力電子變換的現有方案效率低，成本高，無法對產業瓶頸形成有效突破。 2. 解決方案 本項目提出了一種高效的新型光伏充電系統，和用于此系統的充電控制方法。 新型光伏充電系統包括：一個或多個高頻逆變器，與一個或多個光伏電池組件一一對應連接，以及多端口變換器。高頻交流逆變器之間通過高頻交流母線連接。多端口變換器包括分別與高頻交流母線和直流母線連接的兩個端口以及與蓄電池連接的一個端口。多端口變換器用于實現高頻交流母線、直流母線與蓄電池之間的能量變換。 用于光伏充電系統的充電控制方法包括：對于一個或多個光伏電池組件中的每一個，采集該光伏電池組件的輸出電流和輸出電壓，對該光伏電池組件進行最大功率跟蹤，并輸出電壓給定值。將電壓給定值與該光伏電池組件的輸出電壓進行比較，并輸出光伏電池比較結果；根據比較結果控制與該光伏電池組件相對應的高頻逆變器中的開關管的驅動信號相對于多端口變換器中開關管的驅動信號的移相角；將多端口變換器輸入蓄電池的輸入電流與蓄電池的充電電流曲線進行比較，并輸出蓄電池的比較結果，根據此結果利用脈寬調制方式控制多端口變換器中的開關管驅動信號。 合作需求 與新能源乘用車/商用車整車廠、房地產企業，充電運營商等企業合作，開展知識成果落地和工程化的工作。

研制了 5kW 至 500kW 不同功率等級的單相、三相光伏并網逆變器，掌握了主電路、控制系統、系統集成等關鍵技術。

研制了5kW至500kW不同功率等級的單相、三相光伏并網逆變器，掌握了主電路、控制系統、系統集成等關鍵技術。 技術特點:    具有效率高、輸出電流諧波含量低、輸入電壓范圍寬等特點，具有孤島檢測和低電壓穿越功能。  主要技術指標： 1500kW光伏并網逆變器參數說明： 輸入參數：推薦最大太陽電池陣列功率550kWp 直流電壓范圍（MPPT）450~820V 允許最大直流電壓880V 最大陣列電流2 x 611A MPP跟蹤快速、精確MPP跟蹤 輸出參數：額定交流輸出功率500kW 運行電網電壓270VAC±10%額定交流電流1069A供電系統TT、TN-C、TN-S運行中的電網頻率50Hz±0.5Hz電網電流的諧波畸變<2% 功率因數（額定功率下）1過載能力120%/1min短路保護150%/（<0.1s） 效率：最大效率      98.8%歐洲效率98.6% 應用范圍： 家用、建筑用中小型太陽能發電系統；大規模光伏電站。

半透明有機光伏電池具有柔性、質輕、無毒、顏色與透明度可調、 可采用大面積印刷制備、在全方位入射角且弱光環境下仍保持高 效率等特性，在便攜式可穿戴電子器件、可充電軍用帳篷、汽車及建筑玻璃等領域具有巨大的應用潛力。華南理工大學發光材料 與器件國家重點實驗室自主研發了基于酰亞胺功能化苯并三氮唑、 萘二并噻二唑單元的聚合物半導體材料體系，在實驗室小面積有機光伏器件的能量轉換效率達到18%，在世界范圍內率先實現了驗證效率超過12%的 1 平方厘米面積的聚合物太陽電池。大面積模組器件效率也超過了 12%，多次刷新國際權威第三方檢測機構認證的同類器件的最高效率，達到國際領先水平。 

在雙碳政策的背景下，近年來光伏裝機量不斷攀升，但太陽能資源自身波動性及隨機性特點使其發電過程中的驟升或驟降現象對電力系統的合理調控和有效調度帶來困難，容易造成棄光現象的發生。準確預測光伏發電功率可以使電力調度部門及時調整調度計劃，提高電網運行的經濟性和穩定性，促進新能源消納。預測的結果精度與其時間尺度具有強相關性，因而對于光伏場站而言，分鐘級的出力預報信息具有較高的參考價值。 光伏發電功率預測是基于光伏電力不穩定性特征和電力系統實時平衡要求矛盾而產生的一種需求。超短期內光伏輸出功率爬坡主要由云團對太陽輻射無規律的遮擋造成，該遮擋過程難以量化，對超短期內光伏輸出爬坡預測造成了很大的困難。 為量化云團對太陽輻射的遮擋過程，本課題利用天空成像儀獲取云團參數（云高，云速，云團形狀），云高方面：基于雙目視覺原理，采用兩臺全天空成像儀捕捉天空圖片，根據雙目攝像機視差及其幾何關系反向推算得出云團高度；云速方面，結合單攝像機拍攝的連續天空圖像計算得到云團的運動速度矢量；云團形狀方面：利用圖像畸變矯正技術，結合云高信息，可獲取云團形狀信息。根據上述云團物理信息，默認云團運動狀態短期內保持恒定，對未來15分鐘內云團運動軌跡進行刻畫，再通過天文算法計算得到的太陽方位，推算得出當前云團狀況下未來15分鐘地面陰影的變化情況，以此判斷光伏板的遮擋情況。后根據云團厚度情況判斷其對太陽光的遮擋率大小，以其為依據對理論計算出的太陽輻照數據進行削減修正，由此完成未來15分鐘內的分鐘級超短期光伏功率變化預測。 本方法相比于基于衛星云圖的數值天氣預報，觀測設備僅需兩臺全天空成像儀，安裝更為靈活且兼具更優的性價比；設備還具備更高的時空分辨率，因而可以實現云團的精細觀測，從而可完成更高精度的預測任務，預測結果具備更高的準確性。 創新點 1、開發出一種基于雙目視覺原理及圖像處理技術的云團多尺度信息獲取方法。 2、開發出一種基于云團透射率和地面陰影軌跡預測的光伏場站出力分鐘級預測方法。 市場前景 隨著全球加快應對氣候變化，光伏市場需求持續增加，數據顯示，我國光伏行業在2021年繼續高歌猛進，光伏新增裝機創歷史新高，達到54.88GW。未來十幾年，中國太陽能裝機容量的復合增長率將高達25%以上。根據光伏發電行業國家政策規劃，未來將著力推進光伏基地化開發、分布式化開發以及綜合水風光的綜合基地開發。 無論是以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電光伏基地開發，還是整縣屋頂分布式光伏試點的組織開展，或是綜合多種發電手段的新能源大規模發展，都需要準確的光伏發電功率預測為電網調度提供參考與保護。預測精度直接影響著電力系統的安全穩定運行，更會影響所有市場參與者的經濟收益。據統計，2019年，我國發電功率預測市場的規模為6.34億元，預計2019年至2024年市場年均復合增速為16.2%，預計2024年光伏發電功率預測市場規模將增加至6.51億元。從中可以看出，光伏出力預測具備廣闊的市場前景。 本成果可實現霧霾、多云等極端天氣下的分鐘級光伏出力預報，滿足對電網調度及運營管理的需求同時兼具精度與成本優勢。未來，隨著新能源信息化應用環節的增加以及應用對象的轉變，類似光伏功率預測等信息化服務將成為主要需求，光伏出力預測技術的應用規模將持續擴大，滲透率也將繼續加深。 應用案例 本成果已應用于中國長江三峽集團有限公司聯合華北電力大學和北京四方繼保自動化股份有限公司研發的面向大規模并網友好型風光儲場站群智慧運維系統。該系統依托于三峽集團烏蘭察布新一代電網友好綠色電站示范項目（項目總裝機：風電170萬千瓦、光伏發電30萬千瓦、配套建設55萬千瓦儲能系統），在電站現場部署了兩臺天空成像儀，并配備了集實時3d天空云團、電站精細模型、氣象站數據、電站實時發電功率、超短期功率預測等于一體的數字孿生3d可視化系統，極大提高了電站智慧運維的便捷性。

本仿真實訓要求學員根據常見60KW以下小型分布式光伏電站項目需求書要求，到現場進行測量、采集項目所需數據，然后回到辦公室使用設計軟件進行項目設計，并且做出系統分析結果、施工圖以及施工材料清單。 1.1. 場景設計 虛擬場景包括辦公設計場景，樓頂建筑場景； 場景模型主要包括：辦公室建筑模型、辦公家具、辦公設備、長度測量工具、方向測量工具、樓頂建筑模型等 設計軟件模擬包括：陰影陣列分析軟件、CAD制圖軟件、傾角分析軟件、系統分析模擬軟件 1.2. 互動設計 在辦公室里使用電腦了解項目需求書，根據提供的信息收集項目所在位置的地理與環境信息 到現場使用長度與方向測量工具測量設計所需數據 回辦公室使用各種專業設計軟件對該項目進行系統設計。

分布式小型光伏電站系統施工建設仿真實訓讓學員以現場施工工程師的身份根據提供的項目說明書、施工圖紙和材料到現場進行小型電站的模擬施工，提高學員的實踐能力和動手能力。 1.1. 場景設計 虛擬場景主要由廠戶樓頂施工場景組成； 場景模型主要包括：廠戶建筑模型、支架基礎樁、支架前后立柱、橫梁、側梁、接地扁鋼、晶硅光伏組件、邊壓塊、中間壓塊、接線盒、連接線、直流匯流箱、進線、出線、熔斷器盒、斷路器、避雷器、逆變器、PVC保護線管、五金螺絲螺母、安全帽、施工工具等 1.2. 互動設計 在施工場景看懂圖紙，檢查施工物料 根據提示到指定位置使用工具把支架、光伏組件、匯流箱、逆變器一一安裝起來 進行組件陣列間串聯和并聯接線 進行防雷焊接 施工完成后進行投切并網操作 場景植入VR太陽模塊，精準計算該項目所在位置的太陽位置，太陽高度角和方位角，在虛擬場景中全時仿真太陽產生的陰影。

太陽能光伏光熱聯用技術就是將單一的光伏組件和太陽能集熱器有機結合起來，光伏組件即作為光電轉換裝置，又作為集熱器的吸熱體，同時將太陽能轉換成熱能和電能，從而實現熱電聯產，以提高太陽能的綜合利用率。光伏/光熱集熱器(photovoltaic thermal collector，簡寫為PV/T集熱器)與傳統獨立的光伏系統和集熱系統相比，具有1、提高了太陽能的綜合利用率；2、它可以共用一些組件，從而降低了系統的成本；3、減少了需要的安裝面積，有利于建筑的美觀。

1. 痛點問題 光伏太陽能發電是實現雙碳目標的重要途徑。目前主流的光伏發電技術采用的是晶硅太陽能電池，但是它仍然存在著多種問題。主要包括效率還有待進一步提高；光電轉換效率受光照強度影響大（光照較弱的時候幾乎不發電）；有傾斜角要求不適合用于立面；不便用于需要透光的場合如窗戶等。 2. 解決方案 鈣鈦礦太陽能電池是新一代光伏發電技術的典型代表。鈣鈦礦是一類帶隙可調的材料，因而可以用來制備效率更高的疊層太陽能電池。作為直接帶隙材料，鈣鈦礦光吸收系數高，光電轉換效率不受光照強度影響，而且可以利用散射光發電，因此鈣鈦礦太陽能電池安裝沒有傾斜角要求。此外，還可以制備半透明的鈣鈦礦太陽能電池。基于鈣鈦礦太陽能電池的這些特點，可以開發多種形式的太陽能電池新應用場景。本實驗室開發了真空蒸發制備高效率鈣鈦礦太陽能電池的新工藝，并且通過多種方法大幅度提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，結合鈣鈦礦太陽能電池的特點可開發多種應用場景的太陽能光伏電池產品。 合作需求 可行的需求包括： 1、中試驗證和連續化生產線需要場地約800平方米，購置相關的設備需要資金約2000萬元。 2、從事光伏發電和清潔能源相關的企業，可開展合作技術開發和技術轉讓。

該成果可更細致的反應光伏組件戶外輸出性能，所研制的光伏組件戶外特性測試平臺，使光伏組件長期工作于戶外環境下，實時監測其輸出特性，并積累測量數據，以評估組件長期工作于戶外環境下的輸出性能，便于電站設計人員針對具體環境，選用更合理的光伏組件建設光伏系統。也為組件生產商和科研實驗工作提供了更好的保障與技術支持。