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【摘要】 目的 回顧性分析貴州省黔西南地區(qū)糖尿病性視網(wǎng)膜病變(DR)發(fā)病特點(diǎn)及視網(wǎng)膜激光光凝治療時(shí)機(jī)及療效。 方法 對(duì)我科住院及門診DR患者346例(470只眼),男148例(184眼),女198例(286眼),術(shù)前常規(guī)行視力、眼壓、裂隙燈、眼底、熒光素眼底血管造影(FFA)檢查。并根據(jù)造影結(jié)果分為:(1) 輕中度非增生期(NPDR) 72例(94眼占20.00﹪) (2) 重度NPDR及非高危增生期(PDR)193例(273眼58.09﹪);(3)高危PDR,81例(103眼21.91﹪)。采用法國光太532 nm眼底激光機(jī)行相應(yīng)視網(wǎng)膜激光光凝治療,隨訪過程中采用與治療前相同的設(shè)備和方法復(fù)查視力、眼底、必要時(shí)行FFA。新生血管未消退和無灌注區(qū)殘留及時(shí)補(bǔ)充激光光凝治療。術(shù)后隨訪2~24個(gè)月,以最后一次隨訪時(shí)的觀察指標(biāo)進(jìn)行療效評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)視力變化及視網(wǎng)膜病變激光光凝治療是否有效。結(jié)果 (1) 輕中度NPDR(94眼):視力提高35眼(37.23%);視力穩(wěn)定47眼(50.00%);視力下降12眼(12.77%)。 (2) 重度NPDR及非高危PDR(273眼):視力提高46眼(16.85%);視力穩(wěn)定170眼(62.27%);視力下降57眼(20.88%)。(3)高危PDR(103眼):視力提高14眼(13.59%);視力穩(wěn)定53眼(51.46%);視力下降36眼(34.95%)。輕中度NPDR組與重度NPDR及非高危PDR組視網(wǎng)膜病變激光光凝治療有效率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。高危PDR組與輕中度NPDR組、重度NPDR及非高危PDR組激光光凝治療有效率比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 本地區(qū)糖尿病性視網(wǎng)膜病變的發(fā)病以重度NPDR及非高危PDR患者為主,高危PDR患者也占相當(dāng)大的比例。輕、中度NPDR視網(wǎng)膜激光光凝治療效果較重度NPDR及非高危PDR患者療效好,高危PDR患者治療效果較差。故早期激光干預(yù)治療,是顯著降低了致盲率,延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生、發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】糖尿病性視網(wǎng)膜病變 視網(wǎng)膜 激光凝固術(shù)
糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病最常見的并發(fā)癥,我國糖尿病患者中DR的患病率高達(dá)44%~51.3%[1]。隨著人民生活水平的不斷提高,糖尿病的患病率逐年升高, DR日趨年輕化,已成為首要致盲眼病之一[2]。DR給予眼底激光光凝術(shù)是治療延緩該病變發(fā)展的最為有效手段,能有效地預(yù)防和阻止增生性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy,PDR)的發(fā)生和發(fā)展,改善DR患者的視力預(yù)后。
我院對(duì)346例(470眼)DR患者進(jìn)行常規(guī)FFA檢查,并行532nm視網(wǎng)膜激光光凝治療,療效滿意,術(shù)后隨訪2~24個(gè)月?,F(xiàn)將其結(jié)果分析報(bào)道如下。
1 對(duì)象和方法
1.1 對(duì)象:回顧性分析2007年7月-2010年12月我科對(duì)住院及門診糖尿病性視網(wǎng)膜病變患者346例(470只眼),男148例(184眼),女196例(288眼),年齡22~78歲,平均51歲,發(fā)現(xiàn)糖尿病病程2~30年。部分患者平素血糖控制不佳,不規(guī)則使用降糖藥,不定期檢測(cè)血糖。術(shù)前常規(guī)行視力、眼壓、裂隙燈、眼底、熒光素眼底血管造影(fundus fluorescein angiography,FFA)檢查。按DR新的國際臨床分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(2002年)[3],分為:非增生性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(nonproliferative diabetic retinopathy,NPDR)及增生性糖尿病性視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy,PDR)。我科對(duì)346例(470眼)根據(jù)FFA結(jié)果及激光治療方案,我科將糖尿病視網(wǎng)膜病變分為三類:(1) 輕中度NPDR 72例(94眼占20.00﹪) (2) 重度NPDR及非高危PDR,193例(273眼58.09﹪);(3)高危PDR,81例(103眼21.91﹪)。
1.2 治療方法:
(1)輕中度NPDR,需密切隨訪或在FFA指導(dǎo)下行局部視網(wǎng)膜激光光凝治療,不需做全視網(wǎng)膜光凝(panretinal photocoagulation,PRP),但如果出現(xiàn)黃斑囊樣水腫,需進(jìn)行黃斑局部光凝。(2) 重度NPDR及非高危PDR,必須做PRP,如有黃斑囊樣水腫,需同時(shí)對(duì)黃斑部進(jìn)行局部光凝。(3) 高危PDR,盡快做超PRP,同時(shí)行黃斑部光凝。如果有玻璃體積血、玻璃體增殖牽拉患者行玻璃體切割后再行PRP[4]。具體激光治療如下:
視網(wǎng)膜局部激光光凝:根據(jù)FFA檢查,針對(duì)局部無灌注區(qū)及微血管瘤治療。激光參數(shù)選擇:光斑大小100~300μm,曝光時(shí)間0.10~0.2s,能量100~500mw,光斑以產(chǎn)生Ⅱ級(jí)光斑反應(yīng)為度;每個(gè)光斑間隔一個(gè)光斑直徑。少量有效激光斑為準(zhǔn)。根據(jù)需要隔一周可再進(jìn)行光凝治療。
PRP光凝范圍為視盤上、下和鼻側(cè)緣外各1DD,黃斑區(qū)顳側(cè)1~2DD以外至赤道部,光斑間隔1~2DD[3],激光參數(shù)選擇:光斑大小100~300μm,曝光時(shí)間0.15~0.2s,能量150~600mw,光斑以產(chǎn)生Ⅱ~Ⅲ級(jí)光斑反應(yīng)為度;每個(gè)光斑間隔一個(gè)光斑直徑,每周進(jìn)行1次光凝治療,共3~6次。
黃斑部局部光凝和格子樣光凝,激光參數(shù):光斑直徑100~200μm,曝光時(shí)間0.08~0.10s,能量150~250mw,光斑以產(chǎn)生Ⅰ級(jí)光斑反應(yīng)為度;每個(gè)光斑間隔一個(gè)光斑直徑,約100~150個(gè)光斑,光凝距中心凹500μm以外。光斑大小50~250μm,能量100~260mw,曝光時(shí)間0.1~0.15s。
1.3 療效判斷:光凝后隨訪時(shí)間為2周、1個(gè)月、3個(gè)月,6個(gè)月,術(shù)后3~6個(gè)月復(fù)查FFA,以觀察病變吸收情況及無灌注區(qū)和活動(dòng)性新生血管的出現(xiàn),指導(dǎo)補(bǔ)充光凝。1年以后每6月復(fù)查1次。以最后一次隨訪時(shí)的觀察指標(biāo)進(jìn)行療效評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)視力變化及視網(wǎng)膜病變激光光凝治療是否有效。
1.3.1 視力判定標(biāo)準(zhǔn):激光術(shù)后視力增進(jìn)≥2行為視力提高,視力減退≥2行為視力下降,否則為無變化。術(shù)前視力
1.3.2 視網(wǎng)膜病變的療效標(biāo)準(zhǔn):顯效 原有視網(wǎng)膜水腫消退,出血滲出吸收,微動(dòng)脈瘤消失或減少,原有新生血管完全消退或無灌注區(qū)消失,無新的新生血管或無灌注區(qū)出現(xiàn)。有效 視網(wǎng)膜病變減輕,原新生血管減退或無灌注區(qū)縮小。無效 出現(xiàn)新的新生血管或無灌注區(qū),或發(fā)生玻璃體積血或新生血管膜增生,視網(wǎng)膜及黃斑水腫加重。
2 結(jié)果
2.1 激光光凝治療后各組視力變化:
(1) 輕中度NPDR(94眼):視力提高35眼(37.23%);視力穩(wěn)定47眼(50.00%);視力下降12眼(12.77%)。 (2) 重度NPDR及非高危PDR(273眼):視力提高46眼(16.85%);視力穩(wěn)定170眼(62.27%);視力下降57眼(20.88%)。(3)高危PDR(103眼):視力提高14眼(13.59%);視力穩(wěn)定53眼(51.46%);視力下降36眼(34.95%)。
2.2 激光光凝治療后各組視網(wǎng)膜病變改善情況:
輕中度NPDR組與重度NPDR及非高危PDR組視網(wǎng)膜病變激光光凝治療有效率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。高危PDR組與輕中度NPDR組、重度NPDR及非高危PDR組激光光凝治療有效率比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
2.3 并發(fā)癥:
術(shù)后隨訪期內(nèi)無一例發(fā)生眼壓升高和視野進(jìn)行性損害,無角膜損害、晶狀體混濁加重等并發(fā)癥。
3 討 論
目前為止,尚未發(fā)現(xiàn)療效較為滿意的治療DR的藥物,而視網(wǎng)膜激光光凝治療DR療效肯定,是最為有效的方法,顯著降低了致盲率[5]。光凝治療主要針對(duì)DR的增殖前期和增殖早期的患者,主要目的是使較大面積的視網(wǎng)膜被激光破壞,耗氧高的視錐、視桿細(xì)胞被耗氧低的瘢痕組織代替,減少組織的耗氧,減少視網(wǎng)膜新生血管的產(chǎn)生;光凝后的視網(wǎng)膜變薄,有利于來自脈絡(luò)膜血循環(huán)的氧供應(yīng)視網(wǎng)膜,從而改善缺血缺氧狀態(tài);有利于黃斑水腫的吸收,從而保護(hù)和提高視力。在激光治療過程中,既要保證高比例的有效光斑,以促進(jìn)出血、滲出吸收,微血管瘤消失,無灌注區(qū)縮小或消失,新生血管萎縮,改善缺氧環(huán)境,延緩向增生性病變進(jìn)展,又要避免過多過度光凝造成脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜水腫、黃斑水腫、玻璃體出血等并發(fā)癥引起視力下降。合理靈活地應(yīng)用光斑大小、曝光時(shí)間、能量三個(gè)激光參數(shù)是確保高比例有效光斑的重要條件。本組結(jié)果顯示,糖尿病性視網(wǎng)膜病變一旦發(fā)生,有針對(duì)性地根據(jù)眼底熒光血管造影結(jié)果,進(jìn)行部分或全部視網(wǎng)膜光凝,以預(yù)防糖尿病眼病發(fā)展,讓患者擁有可用的視力,從而保證其生活質(zhì)量。
視網(wǎng)膜中周部比后極部更容易、更常發(fā)生毛細(xì)血管無灌注區(qū)(NP),且中周部是NP最易,最常發(fā)生的部位[6]。及早發(fā)現(xiàn)NP,采取積極有效的治療,可減少新生血管形成,避免新生血管破裂、玻璃體積血而導(dǎo)致突然失明。
我州人數(shù)大約368萬,糖尿病的發(fā)病率為3%,全州就有11萬糖尿病患者,糖尿病發(fā)病5年可以發(fā)生DR,根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)病15-18年可達(dá)DR 發(fā)病率60-75%。我科糖尿病視網(wǎng)膜病變就診患者中, 重度NPDR及非高危PDR,193例(273眼58.09﹪);高危PDR,81例(103眼21.91﹪)。占了相當(dāng)大的比例。這主要是糖尿病患者不重視糖尿病視網(wǎng)膜病變,較多患者經(jīng)常是因?yàn)殡p眼視力下降,明顯影響日常生活,才想到到眼科檢查。就診晚是病情重的主要原因。
還有我州經(jīng)濟(jì)落后,一部分糖尿病發(fā)現(xiàn)晚,常常是因?yàn)橐暳Σ缓?,眼科檢查發(fā)現(xiàn)糖尿病視網(wǎng)膜病變,才知道自己患了糖尿病。才會(huì)對(duì)糖尿病及糖尿病視網(wǎng)膜病變的治療。更有一部分患者。就是診斷了糖尿病,也不按時(shí)降血糖及檢測(cè)血糖,不規(guī)范治療糖尿病。導(dǎo)致血糖控制不佳。糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展快。失去最佳治療時(shí)間。將病情控制在增生期前治療。有文獻(xiàn)提示,非增生期能及時(shí)發(fā)現(xiàn)可治療的DR[7]。 本組結(jié)果顯示,我州糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)現(xiàn)時(shí)間晚,患者治療不夠及時(shí)。導(dǎo)致部分患者視力下降明顯,失去最佳治療時(shí)間。導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的失明。因此,我們眼科醫(yī)師與內(nèi)分泌科醫(yī)師要進(jìn)一步加大DR的宣教工作,糖尿病性視網(wǎng)膜病變一旦發(fā)生,有針對(duì)性地根據(jù)眼底熒光血管造影結(jié)果,進(jìn)行部分或全部視網(wǎng)膜光凝,以預(yù)防糖尿病眼病發(fā)展,讓患者擁有可用的視力,從而保證其生活質(zhì)量。減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)。
參考文獻(xiàn)
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根據(jù)預(yù)案,中天科技擬以不低于10.43元/股的價(jià)格,非公開發(fā)行不超過2.17億股,募集不超過22.6億元,用于補(bǔ)充流動(dòng)資金、南通經(jīng)開區(qū)國家級(jí)分布式光伏發(fā)電示范區(qū)150MWp屋頂太陽能光伏發(fā)電等4個(gè)項(xiàng)目,其中“屋頂太陽能光伏發(fā)電”項(xiàng)目擬投資13.5億元。公司在公告中稱,項(xiàng)目的實(shí)施將進(jìn)一步豐富公司產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu),提升公司的市場競爭力,培育新的利潤增長點(diǎn),具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
可是,記者發(fā)現(xiàn),盡管公司布局新能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)三年有余,但在巨頭林立的中國光伏產(chǎn)業(yè)界,依然是“小字輩”,其自身新能源業(yè)務(wù)的收入也小到幾乎可以忽略,且虧損幅度不斷擴(kuò)大。國內(nèi)某知名光伏工程公司總監(jiān)歐陽大華對(duì)記者表示,不僅對(duì)公司承建此項(xiàng)目的能力表示懷疑,而且公司在諸如建設(shè)資金來源,建設(shè)周期方面有悖常理,公司進(jìn)軍分布式光伏存在巨大貓膩。
光伏“小字輩”上大項(xiàng)目
2013年光伏產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇以來,諸多光伏企業(yè)紛紛進(jìn)軍光伏電站,但多以介入已經(jīng)成熟的地面光伏電站為主,而對(duì)國家大力鼓勵(lì)的分布式光伏“不感冒”。中天科技宣布定增建設(shè)150MWp的“屋頂太陽能光伏發(fā)電”項(xiàng)目,讓諸多業(yè)內(nèi)人士感到意外。
公開資料顯示,公司從2011年進(jìn)入新能源產(chǎn)業(yè),重點(diǎn)發(fā)展分布式光伏發(fā)電、太陽能電池背板、鋰離子電池等產(chǎn)業(yè)。在2011年成立全資子公司中天光伏技術(shù)有限公司等,專業(yè)從事銷售光伏產(chǎn)品、光伏工程設(shè)計(jì)與安裝。2012年,光伏產(chǎn)業(yè)依舊處于低谷之時(shí),中天科技再度投資7000萬元與上海交大聯(lián)合設(shè)立光伏材料公司,涉足太陽能用背膜、背板的生產(chǎn)制造。
可是,記者查閱中天科技?xì)v年的業(yè)績公告(詳見表一)發(fā)現(xiàn),公司在新能源上的經(jīng)營情況并不樂觀。其2012年的年報(bào)顯示,當(dāng)年,除中天光伏技術(shù)有限公司實(shí)現(xiàn)凈利61.87萬元,其余兩個(gè)涉新能源業(yè)務(wù)的子公司均虧損。2013年上半年,新能源業(yè)務(wù)全面陷入虧損,且虧損幅度較上年大幅放大。
公司在新能源業(yè)務(wù)上的收入占總營收的比例極小,在年報(bào)中,收入按分行業(yè)分類里面甚至都沒有新能源業(yè)務(wù)這一塊,對(duì)凈利的貢獻(xiàn)更是為負(fù)。記者也注意到,在2013年的半年報(bào)里,董事會(huì)報(bào)告也未提及光伏業(yè)務(wù)的狀況以及對(duì)未來的規(guī)劃。且光伏業(yè)內(nèi)人士告訴記者,中天光伏技術(shù)經(jīng)營的非晶硅薄膜太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池并不符合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。一個(gè)光伏“小字輩”公司,突然上這么大的項(xiàng)目,業(yè)內(nèi)人士稱,對(duì)此感到驚訝。
違背常規(guī)或存巨大貓膩
對(duì)于外界對(duì)公司尚屬光伏“小字輩”的質(zhì)疑,公司稱,中天科技投資建設(shè)的首個(gè)大型屋面電站9.6MW光伏電站發(fā)電近60萬度,已經(jīng)于2013年12月24日成功并網(wǎng)發(fā)電。公司積累了在復(fù)雜屋頂工況條件下作業(yè)的豐富經(jīng)驗(yàn)。
然而,公司一方面宣稱自己具有扎實(shí)的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。但是,公司出具的可行性分析報(bào)告卻顯示,150MWp屋頂太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)周期為3年,這嚴(yán)重有悖常規(guī)。
國內(nèi)某知名光伏工程公司總監(jiān)歐陽大華對(duì)記者表示,雖然分布式光伏的細(xì)則超出了市場預(yù)期,但是當(dāng)期來看,分布式光伏仍然面臨諸多困難,我們對(duì)政策的變動(dòng)比較擔(dān)憂,在建設(shè)的過程中,能加快進(jìn)度就盡量加快進(jìn)度,建設(shè)完成后或獲取政府補(bǔ)貼,或出售電站,以迅速回籠資金。
可是,中天科技150MWp屋頂太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)周期卻為三年,目前只取得南通市發(fā)改委針對(duì)一期35MWp、二期115MWp出具的備案通知,項(xiàng)目環(huán)評(píng)的相關(guān)手續(xù)還在辦理之中。
歐陽大華表示,正常情況下,150MWp的屋頂光伏電站,我們公司在五到六個(gè)月的時(shí)間內(nèi)可以建設(shè)完成,南通經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)是國家能源局啟動(dòng)的首批十八個(gè)分布式發(fā)電示范區(qū)之一,受到政策的大力扶持,中天科技是該項(xiàng)目的建設(shè)責(zé)任主體,建設(shè)周期卻需要常規(guī)時(shí)間的五六倍,確實(shí)讓人匪夷所思。
根據(jù)相關(guān)規(guī)定,地方發(fā)改委對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的備案有效期僅為1年。記者就此致電公司,截至記者截稿為止,尚未收到公司的答復(fù)。
此外,據(jù)記者了解,建設(shè)光伏電站需要大量資金,融資難一直是制約分布式光伏大規(guī)模發(fā)展的瓶頸,國內(nèi)企業(yè)在實(shí)施項(xiàng)目時(shí),普遍采取向銀行貸款,當(dāng)前發(fā)展出了光伏融資租賃、眾籌模式募集資金等創(chuàng)新的方式,但鮮有利用自有資金的。對(duì)此,歐陽大華告訴記者,充分利用外部資金是提高資本金收益率的有效手段,是業(yè)界普遍采用的方式,全額采用自有資金不僅不現(xiàn)實(shí),而且還會(huì)降低項(xiàng)目的稅前收益率。
歐陽大華給記者提供的數(shù)據(jù)顯示,以南通當(dāng)?shù)氐娜照諘r(shí)長,組件的光電轉(zhuǎn)化效率,計(jì)入國家補(bǔ)貼的上網(wǎng)電價(jià)以及地方補(bǔ)貼等為參數(shù)輸入光伏項(xiàng)目開發(fā)通用的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算,項(xiàng)目完全采用外部資金將比完全采用自有資金(12.3%)的資本稅前內(nèi)部收益率高出8個(gè)多百分點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:光伏崗位;實(shí)踐教學(xué)體系;建立;實(shí)施
中圖分類號(hào):G434;N45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1674-9324(2015)38-0256-02
引言:
各國高校所開設(shè)的光伏專業(yè)是以培養(yǎng)能在光伏領(lǐng)域內(nèi),從事太陽電池、組件、發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和新產(chǎn)品、新技術(shù)開發(fā)等方面工作的高級(jí)科技人才為目標(biāo)的。無論從技術(shù)角度還是從學(xué)科角度考慮,都要求光伏從業(yè)人員不僅要掌握全面的光伏專業(yè)知識(shí),而且還應(yīng)具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。然而目前,我國高校培養(yǎng)的光伏專業(yè)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力普遍偏弱,成為制約我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大障礙。究其根源在于現(xiàn)在國內(nèi)高校光伏專業(yè)在人才培養(yǎng)方面未形成系統(tǒng)化、可借鑒、有效的實(shí)踐教學(xué)體系,所以如何構(gòu)建科學(xué)合理的光伏實(shí)踐教學(xué)體系是開設(shè)光伏專業(yè)高校必須要關(guān)注的重要課題。
專業(yè)主修能力是指本科生經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)應(yīng)具備和達(dá)到的專業(yè)能力。通過專業(yè)主修能力的提升,可以帶動(dòng)其他能力的發(fā)展與提升。渤海大學(xué)是國內(nèi)最早開設(shè)光伏人才培養(yǎng)的高校之一,在光伏人才培養(yǎng)方面,非常注重學(xué)生專業(yè)主修能力的培養(yǎng)和專業(yè)實(shí)踐技能的提升。本文以光伏就業(yè)崗位需求為導(dǎo)向,從專業(yè)主修能力培養(yǎng)角度,介紹渤海大學(xué)光伏專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)情況,探討光伏實(shí)踐教學(xué)如何建立和如何有效實(shí)施等基本問題。
一、光伏崗位所需的實(shí)踐能力簡析
完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)出金字塔形結(jié)構(gòu),主要包括硅料、鑄錠(拉棒)、切片、電池片、電池組件、光伏發(fā)電系統(tǒng)等6個(gè)環(huán)節(jié),其中上游為硅料、硅片環(huán)節(jié),中游為電池片、電池組件環(huán)節(jié),下游為光伏發(fā)電系統(tǒng)環(huán)節(jié)。與這一產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的崗位群主要包括:單晶(多晶)硅棒、硅片制造生產(chǎn)、光伏電池生產(chǎn)、光伏組件加工、光伏發(fā)電系統(tǒng)施工等。對(duì)太陽電池、組件及發(fā)電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)生成過程而言,可以將光伏崗位所需的實(shí)踐能力分為基礎(chǔ)實(shí)踐能力、基本實(shí)踐能力和主修實(shí)踐能力三個(gè)層次的綜合,如圖1所示。其中基礎(chǔ)實(shí)踐能力是所有光伏專業(yè)本科畢業(yè)生都應(yīng)該具備的能力,具體包括常規(guī)工藝測(cè)試能力、一般設(shè)備的操作能力和簡單工藝結(jié)果的分析能力等實(shí)踐能力;基本實(shí)踐能力是從事某專業(yè)崗位所需的最基本的基礎(chǔ)技能,是崗位群內(nèi)通用的能力,包括工藝參數(shù)控制能力、設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)能力、實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)能力等實(shí)踐能力;主修實(shí)踐能力是指運(yùn)用專業(yè)技術(shù)完成某種崗位的任務(wù),并通過分析研究可以進(jìn)一步做出正確決策并實(shí)施管理的能力,包括特定工作崗位上需要的工藝和器件設(shè)計(jì)能力、工藝過程監(jiān)控和調(diào)整的能力、設(shè)備維修和開發(fā)等實(shí)踐能力。崗位能力是多種能力模塊融會(huì)貫通形成的,能力模塊之間具有某種遞進(jìn)或?qū)哟侮P(guān)系,正確劃分實(shí)踐能力模塊是崗位能力培養(yǎng)的前提和基礎(chǔ)。
二、模塊化實(shí)踐教學(xué)體系的建立
依據(jù)光伏崗位實(shí)際需求所開設(shè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),目前渤海大學(xué)已建成四個(gè)光伏技能綜合訓(xùn)練模塊(如圖2所示),用于專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐能力和專業(yè)主修能力的培養(yǎng)。四個(gè)光伏技能綜合訓(xùn)練模塊包括工藝模塊、測(cè)試模塊、EDA仿真模塊以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)工程技術(shù)模塊。工藝模塊包括清洗、擴(kuò)散、氧化、光刻、濕法刻蝕、干法刻蝕、金屬膜蒸鍍、退火、介質(zhì)膜生長、晶片切割、芯片封裝等若干子模塊。測(cè)試模塊包括半導(dǎo)體工藝過程參數(shù)測(cè)試、半導(dǎo)體器件成品參數(shù)測(cè)試、光伏發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)等子模塊;EDA仿真模塊包括半導(dǎo)體工藝仿真、半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)、電子線路等子模塊;太陽能發(fā)電系統(tǒng)工程技術(shù)模塊包括光伏組件、光伏逆變系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、高效光伏發(fā)電系統(tǒng)等子模塊。各模塊的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容覆蓋了半導(dǎo)體測(cè)試與表征技術(shù)、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件制造工藝、半導(dǎo)體器件物理、電子元器件失效分析、EDA技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù),學(xué)生可實(shí)現(xiàn)光伏技術(shù)規(guī)范基本技能訓(xùn)練。通過形成系統(tǒng)化、規(guī)?;⒐こ袒膶?shí)踐教學(xué)體系,開設(shè)與光伏企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及選修實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,突出專業(yè)主修實(shí)踐能力的“?!薄ⅰ熬?、“獨(dú)”、“特”的特點(diǎn)。
三、基于主修能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)定
渤海大學(xué)新能源學(xué)院擁有遼寧省微電子工藝控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、遼寧省光電功能材料檢測(cè)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、遼寧省光伏發(fā)電控制與集成工程技術(shù)研究中心等6個(gè)省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)晶硅太陽電池、小型光伏發(fā)電系統(tǒng)、功率半導(dǎo)體器件和小規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)、加工、表征、測(cè)試和組裝工藝訓(xùn)練,為增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)效果提供了強(qiáng)有力的支撐。
在工藝訓(xùn)練過程中,大學(xué)一年級(jí)屬于奠定基礎(chǔ)階段。該階段主要結(jié)合大學(xué)物理、工科化學(xué)和計(jì)算機(jī)等相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)踐動(dòng)手能力和實(shí)踐興趣。大學(xué)二年級(jí)屬于技能養(yǎng)成階段。該階段主要借助一些專業(yè)課程關(guān)聯(lián)的實(shí)踐課程,如近代物理實(shí)驗(yàn)、電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和創(chuàng)新實(shí)踐等實(shí)踐環(huán)節(jié),強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng),同時(shí)以開放實(shí)驗(yàn)的形式,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光伏技術(shù)有關(guān)工序的理解。大學(xué)三年級(jí)屬于技能提高階段。該階段主要通過專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和專業(yè)工藝實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),結(jié)合學(xué)生的興趣完成專業(yè)基本實(shí)踐能力和專業(yè)主修實(shí)踐能力的培養(yǎng)。通過這些與工作崗位結(jié)合的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的訓(xùn)練,訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,達(dá)到在做中學(xué)、在學(xué)中練的目的。
在專業(yè)基本實(shí)踐能力培養(yǎng)過程中,開設(shè)大量綜合實(shí)驗(yàn)和基本技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。在確定專業(yè)實(shí)驗(yàn)題目過程中,每年都根據(jù)人才市場專業(yè)人才需求的變化,對(duì)培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整,確保人才培養(yǎng)與市場需求緊密結(jié)合;探索新的實(shí)踐模式,提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。目前,各模塊均開出多種綜合性實(shí)驗(yàn)題目,學(xué)生可獲得多種光伏技術(shù)基本技能的訓(xùn)練,有效地鍛煉了光伏類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力。
在主修實(shí)踐教學(xué)過程中,渤海大學(xué)重點(diǎn)培養(yǎng)以下幾方面的實(shí)踐動(dòng)手能力,具體包括:晶硅片切磨拋加工;晶硅電池?cái)U(kuò)散加工;介質(zhì)膜材料生長控制;電池組件封裝;化合物電池制備。學(xué)生依據(jù)興趣可選擇培養(yǎng):設(shè)備使用能力和工藝參數(shù)控制能力。具體包括晶片切磨拋加工設(shè)備的使用和工藝參數(shù)控制、晶硅電池?cái)U(kuò)散加工設(shè)備的使用和工藝參數(shù)控制、介質(zhì)膜材料生長加工設(shè)備的使用和工藝參數(shù)控制、電池組件封裝加工設(shè)備的使用和工藝參數(shù)控制、化合物電池加工設(shè)備的使用和工藝參數(shù)控制。在設(shè)備使用能力的考核過程中,主要考核方法為實(shí)操。在工藝參數(shù)控制能力的考核過程中,主要考核方法為論文和分析報(bào)告。并根據(jù)考核結(jié)果給出學(xué)生的最終成績。
四、結(jié)論
渤海大學(xué)光伏專業(yè)依據(jù)崗位實(shí)際需求確定專業(yè)實(shí)踐體系,并建立了可極大提升實(shí)踐教學(xué)效果和學(xué)生專業(yè)實(shí)踐技能的模塊化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)方面,探索出一條適用于國內(nèi)高校光伏類專業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)途徑。學(xué)生可根據(jù)基本實(shí)踐能力培養(yǎng)要求和未來欲從事的專業(yè)技術(shù)崗位,選擇自己感興趣的工藝實(shí)驗(yàn)題目。從而明確了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位,強(qiáng)調(diào)了學(xué)生對(duì)老師、對(duì)實(shí)踐課程的自主選擇權(quán)。通過這種以學(xué)生為本的專業(yè)主修能力訓(xùn)練,讓學(xué)生進(jìn)入工作模式,扮演技術(shù)人員角色,進(jìn)行具體操作,讓學(xué)生把理論形態(tài)的實(shí)踐能力轉(zhuǎn)化為實(shí)踐形態(tài)的實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn):
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一、光伏發(fā)電的基本原理
1. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組,光伏系統(tǒng)電池控制器,蓄電池和交直流逆變器是其主要部件。其中的核心元件是光伏電池組和控制器。各部件在系統(tǒng)中的作用是:
光伏電池:光電轉(zhuǎn)換。
控制器:作用于整個(gè)系統(tǒng)的過程控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的控制器類型很多,如2點(diǎn)式控制器,多路順序控制器、智能控制器、大功率跟蹤充電控制器等,我國目前使用的大都是簡單設(shè)計(jì)的控制器,智能型控制器僅用于通信系統(tǒng)和較大型的光伏電站。
蓄電池:蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,用于存儲(chǔ)從光伏電池轉(zhuǎn)換來的電力。目前我國還沒有用于光伏系統(tǒng)的專用蓄電池,而是使用常規(guī)的鉛酸蓄電池。
交直流逆變器:由于它的功能是交直流轉(zhuǎn)換,因此這個(gè)部件最重要的指標(biāo)是可靠性和轉(zhuǎn)換效率。并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤技術(shù),最大限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。
2. 太陽能光伏電池板:
太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結(jié)。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中,推動(dòng)P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動(dòng)的是外部電場,而在太陽能電池中推動(dòng)和影響P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動(dòng)的是太陽光子和光輻射熱(*)。也就是通常所說的光生伏特效應(yīng)原理。目前光電轉(zhuǎn)換的效率,也就是光伏電池效率大約是單晶硅13%-15%,多晶硅11%-13%。目前最新的技術(shù)還包括光伏薄膜電池。
3. 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類:
目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類,離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng),光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及前兩者混合系統(tǒng)。
A)離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)。這是一種常見的太陽能應(yīng)用方式。在國內(nèi)外應(yīng)用已有若干年。系統(tǒng)比較簡單,而且適應(yīng)性廣。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護(hù)困難而限制了使用范圍。
B)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),當(dāng)用電負(fù)荷較大時(shí),太陽能電力不足就向市電購電。而負(fù)荷較小時(shí),或用不完電力時(shí),就可將多余的電力賣給市電。在背靠電網(wǎng)的前提下,該系統(tǒng)省掉了蓄電池,從而擴(kuò)張了使用的范圍和靈活性,并降低了造價(jià)。
C)A, B兩者混合系統(tǒng),這是介于上述兩個(gè)方之間的系統(tǒng)。該方案有較強(qiáng)的適應(yīng)性,例如可以根據(jù)電網(wǎng)的峰谷電價(jià)來調(diào)整自身的發(fā)電策略。但是其造價(jià)和運(yùn)行成本較上述兩種方案高。
二、光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)
進(jìn)入70年代后,由于2次石油危機(jī)的影響,光伏發(fā)電在世界范圍內(nèi)受到高度重視,發(fā)展非常迅速。從遠(yuǎn)期看,光伏發(fā)電將以分散式電源進(jìn)入電力市場,并部分取代常規(guī)能源。不論從近期和從近期看,光伏發(fā)電可以作為常規(guī)能源的補(bǔ)充,在解決特殊應(yīng)用領(lǐng)域,如通信、信號(hào)電源,和邊遠(yuǎn)無電地區(qū)民用生活用電需求方面,從環(huán)境保護(hù)及能源戰(zhàn)略上都具有重大的意義。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)充分體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1. 充分的清潔性。 (如果采用蓄電池方案,要考慮對(duì)廢舊蓄電池的處理)
2. 絕對(duì)的安全性。 (并網(wǎng)電壓一般在220V以下)
3. 相對(duì)的廣泛性。
4. 確實(shí)的長壽命和免維護(hù)性。
5. 初步的實(shí)用性。
6. 資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等。
三、光伏發(fā)電局限性。
任何事物總是具有兩面性。目前有太多的文章介紹光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),這里有必要指出光伏發(fā)電的一些局限性。太陽能具有能量密度低,穩(wěn)定性差的弱點(diǎn),并受到地理分布、季節(jié)變化、晝夜交替等影響。光伏發(fā)電的局限性包括以下幾個(gè)方面:
1. 時(shí)間周期局限。由于光伏發(fā)電的條件是出太陽時(shí),光伏發(fā)電設(shè)備才能正常工作發(fā)電。因此,白晝黑夜,一年當(dāng)中春夏秋冬各個(gè)季節(jié)對(duì)光伏發(fā)電的負(fù)荷影響巨大。為了應(yīng)付這個(gè)情況,電網(wǎng)不得不配備相應(yīng)容量的發(fā)電機(jī)處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)。
2. 地理位置局限。光伏發(fā)電設(shè)備基本上只能依附建筑物安裝建設(shè),也就是所謂的光伏屋頂就地供電。如果離開建筑物來建設(shè)光伏發(fā)電,將會(huì)大大增加成本或者破壞環(huán)境和生態(tài)。
3. 氣象條件局限。氣候?qū)夥l(fā)電影響。采用光伏并網(wǎng)發(fā)電無蓄電池方案時(shí),如果一個(gè)城市上空的氣候大幅變化,將造成電力負(fù)荷的大幅波動(dòng);當(dāng)一個(gè)城市上空的空氣質(zhì)量比如空氣污染,或能見度變差比如霧天,陰天等都將使光伏發(fā)電在線或?qū)崟r(shí)出力下降。
4. 容量傳輸局限。在解決了光伏發(fā)電的成本問題后,大功率,高電壓,遠(yuǎn)距離從荒漠面積輸送電力到負(fù)荷中心,由于光伏發(fā)電沒有傳統(tǒng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣量,調(diào)速器及勵(lì)磁系統(tǒng),將給交流電網(wǎng)帶來新的經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定問題。不論采用交流或是直流高電壓大功率遠(yuǎn)距離從荒漠地區(qū)輸送電力,由于上述1,2,3的局限性將大大增加單位千瓦的輸送成本。下面將會(huì)討論這個(gè)問題。
5. 光能轉(zhuǎn)換效率偏低。和傳統(tǒng)能源(礦物能源,石油,水能,原子能,等)的轉(zhuǎn)換效率相比,光伏能量的轉(zhuǎn)換效率不能令人滿意。
四、光伏發(fā)電未來展望
我國光伏產(chǎn)業(yè)正以每年30%的速度增長。最近三年全球太陽能電池總產(chǎn)量平均年增長率高達(dá)49.8%以上。按照日本新能源計(jì)劃、歐盟可再生能源白皮書、美國光伏計(jì)劃等推算,2010年全球光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量將達(dá)到15GW(1500萬千瓦,屆時(shí)仍不到全球發(fā)電總裝機(jī)容量的1%),至2030年全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到300GW(屆時(shí)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值有可能突破3000億美元),至2040年光伏發(fā)電將達(dá)到全球發(fā)電總量的15%-20%。按此計(jì)劃推算,2010-2040年,光伏行業(yè)的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上(參看資料:15)。其中并網(wǎng)應(yīng)用會(huì)有較大的發(fā)展,從而形成并網(wǎng)發(fā)電(約46%)、離網(wǎng)供電(約27%)和通訊機(jī)站(約21%) 3個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域(參看資料:16)。
太陽的能量對(duì)人類而言幾乎是無限的,但是實(shí)際上,在地球上能夠獲取太陽能資源的資源是有限的。并不象有些文章中所說的那樣巨大。例如,當(dāng)我們?cè)谠谖蓓敯惭b太陽能熱水器時(shí),就失去了安裝太陽能電池的機(jī)會(huì)。除建筑物和荒漠外,在其他地點(diǎn)建設(shè)太陽能電池板群將是不現(xiàn)實(shí)和得不償失。這不僅僅是因?yàn)槌杀揪薮蟮脑?,問題是顯而易見的,主要的問題是離開建筑物和荒漠來建設(shè)光伏發(fā)電站將破壞環(huán)境和生態(tài),你會(huì)發(fā)現(xiàn)在太陽能電池板下面將寸草不生。總之,節(jié)能降耗是人類的一個(gè)永恒話題。從某種意義上講,淘汰舊技術(shù)和產(chǎn)品的同時(shí),也就浪費(fèi)掉了當(dāng)初生產(chǎn)這些技術(shù)和產(chǎn)品的能源。出國考察的人往往會(huì)發(fā)現(xiàn),西方發(fā)達(dá)國家有些場合還在使用20-30年代的產(chǎn)品和設(shè)備,他們并非要保護(hù)“古跡”,某種意義上講是在節(jié)約能源。新舊產(chǎn)品和技術(shù)的換代是要以耗費(fèi)能源為代價(jià)的,過快的產(chǎn)品更新?lián)Q代,將加快能源的消耗。當(dāng)然,這里需要有一個(gè)總體的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判斷能耗。我們是否應(yīng)該考慮節(jié)約“used能源”的問題?(**)
另一方面,任何先進(jìn)的技術(shù),進(jìn)入商業(yè)使用的必要條件是價(jià)格能為市場所接受。如果使用成本太高,再好的技術(shù)必將只能停留在試驗(yàn)室中或者示范工程階段。
轉(zhuǎn)貼于
五、光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)未來電網(wǎng)的影響
隨著我國《可再生能源法》的頒布實(shí)施,常規(guī)能源價(jià)格的不斷升高和石油價(jià)格逼近$100,世界范圍內(nèi)圍繞利用太陽能科技,商業(yè)發(fā)展非常迅速,其中光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)發(fā)展非常快。目前制約光伏發(fā)電的主要因素是成本問題。太陽能光伏發(fā)電造價(jià)高(每千瓦3萬元以上),發(fā)電成本貴(1.5元/千瓦時(shí)以上)。隨著光伏發(fā)電成本的降低和耗能發(fā)電成本的提高,總有一天光伏發(fā)電的成本將會(huì)與傳統(tǒng)發(fā)電成本相當(dāng)。到那時(shí)侯,光伏發(fā)電將會(huì)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。為了提早迎接這一天的到來,我們將有必要提前考慮光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)現(xiàn)有發(fā)電模式的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境效益的影響。我們先假設(shè)這個(gè)時(shí)代已經(jīng)到來,并且現(xiàn)有的發(fā)電模式并未發(fā)生較大的改變。那么光伏發(fā)電給我們帶來好處的同時(shí)將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的電網(wǎng)產(chǎn)生什么樣的問題?
由于太陽能光伏發(fā)電屬于能量密度低、穩(wěn)定差,調(diào)節(jié)能力差的能源,發(fā)電量受天氣及地域的影響較大,并網(wǎng)發(fā)電后會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全,穩(wěn)定,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成一定影響。至于有多大的影響目前尚不清楚。我們知道目前電能是不能大規(guī)模低成本儲(chǔ)存的,在可以預(yù)見的將來也不能大規(guī)模低成本儲(chǔ)存。這就使得光伏發(fā)電的應(yīng)用受到物理因素的制約,同時(shí)也受到地理上的限制。但是隨著技術(shù)和市場的發(fā)展,當(dāng)光伏發(fā)電的上網(wǎng)電量在電網(wǎng)中與火電廠,水電,核電等電廠的發(fā)電量處于可比較的數(shù)量級(jí)和成為不可忽略的一部分時(shí),光伏并網(wǎng)發(fā)電將對(duì)現(xiàn)有發(fā)電模式和電網(wǎng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境效益帶來如下問題:(如果光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用有蓄電池方案,光伏并網(wǎng)發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將大打折扣。但是為光伏并網(wǎng)發(fā)電優(yōu)化配置的蓄電池系統(tǒng)可以部分解決以下1,2和3點(diǎn)提出的問題。)
1. 負(fù)荷峰谷對(duì)電網(wǎng)的影響。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)峰和調(diào)頻能力,這將對(duì)電網(wǎng)的早峰負(fù)荷和晚峰負(fù)荷造成沖擊。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的發(fā)電能力并不能減少傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)組的擁有量,電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備大量的旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來解決早峰和晚峰的調(diào)峰問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降為代價(jià)的。這當(dāng)然是發(fā)電商所不愿意看到的。
2. 晝夜變化,東西部時(shí)差以及季節(jié)的變化對(duì)電網(wǎng)的影響。由于陽光和負(fù)荷出現(xiàn)的周期性,光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加并不能減少對(duì)電網(wǎng)裝機(jī)容量的需求。
3. 氣象條件的變化。當(dāng)一個(gè)城市的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電達(dá)到一定規(guī)模時(shí),如果地理氣象出現(xiàn)大幅變化,電網(wǎng)將為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供足夠的區(qū)域性旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組和無功補(bǔ)償容量,來控制和調(diào)整系統(tǒng)的頻率和電壓。在這種情況下,電網(wǎng)將以犧牲經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式為代價(jià)來保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
4. 遠(yuǎn)距離光伏電能輸送。當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電遠(yuǎn)距離輸送電力在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上成為可能時(shí),由于光伏并網(wǎng)發(fā)電沒有旋轉(zhuǎn)慣量,調(diào)速器及勵(lì)磁系統(tǒng),它將給交流電網(wǎng)帶來新的穩(wěn)定問題。如果光伏并網(wǎng)發(fā)電形成規(guī)模采用高壓交直流送電,將會(huì)給與光伏發(fā)電直流輸電系統(tǒng)相鄰的交流系統(tǒng)帶來穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)問題,(專門用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的輸電線路,由于使用效率低,將對(duì)荒漠太陽能的利用形成制約。用于借道或者兼顧輸送光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電能的輸電線路,由于負(fù)荷率低下,顯得很不經(jīng)濟(jì)。)不論采用高壓交流或直流送出,光伏并網(wǎng)發(fā)電站都必須配備自動(dòng)無功調(diào)壓裝置。至于對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響,目前還未見到光伏發(fā)電在電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算中的數(shù)學(xué)模型(包括電源模型和負(fù)荷模型)。光伏并網(wǎng)發(fā)電將對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有多大的影響目前尚不清楚。
5. 降耗問題;光伏并網(wǎng)發(fā)電的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可替代礦物燃料的消耗。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電增加了發(fā)電廠旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)備用或者是熱備用,因此,光伏并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際降耗比率應(yīng)該扣除旋轉(zhuǎn)備用或熱備用損失的能量。光伏并網(wǎng)發(fā)電的降耗效率應(yīng)該考慮到由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供的電力導(dǎo)致發(fā)電公司機(jī)組利用小時(shí)數(shù)降低帶來的效率損失。由于電力系統(tǒng)是作為一個(gè)整體來運(yùn)行的,光伏并網(wǎng)發(fā)電向電網(wǎng)輸送電力將侵害其他發(fā)電商的利益,這是作為政策制定者需要考慮的問題。這是由于電網(wǎng)在考慮安全,穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí),不僅僅只由水電廠擔(dān)任旋轉(zhuǎn)備用。因此,系統(tǒng)中總的光伏并網(wǎng)發(fā)電量所等效的理論降耗標(biāo)煤量前應(yīng)該乘以一個(gè)小于1的系數(shù),并且等比例的減去旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組的廠用電損耗。
這里給出一個(gè)公式來判斷光伏發(fā)電實(shí)際的降耗作用:
W=[(Wc/Wn)*Wp -(Pc/Pn)Pd);1
1)W--光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)際獲得的降耗量(標(biāo)煤);
2)Wc--電網(wǎng)火電總發(fā)電量;
3)Wn--電網(wǎng)總發(fā)電量;
4)Wp--光伏并網(wǎng)發(fā)電理論降耗量(標(biāo)煤)
5)Pc--火電機(jī)組總的廠用電損耗(標(biāo)煤);
6)Pn--電網(wǎng)中總的廠用電損耗(標(biāo)煤);
7)Pd--旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組的廠用電損耗(標(biāo)煤)。
6. 環(huán)保問題;光伏發(fā)電帶來的減排效果是否應(yīng)該只考慮火電排放的二氧化硫和二氧化碳還有待研究,因?yàn)楫?dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電時(shí),同樣電網(wǎng)在考慮電網(wǎng)安全,穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí),往往減少出力的不僅僅是火電廠,而考慮旋轉(zhuǎn)備用時(shí),也不僅僅是水電廠來承擔(dān)旋轉(zhuǎn)備用的任務(wù)(水電廠承當(dāng)旋轉(zhuǎn)備用任務(wù)損失較?。?。因此,在考慮光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的減排貢獻(xiàn)時(shí),也應(yīng)該在理論值前乘以一個(gè)小于一的系數(shù)。這個(gè)結(jié)論并不象一些文章中所講的那么樂觀。
7. 順便指出,風(fēng)力發(fā)電也存在環(huán)保生態(tài)問題。國外有環(huán)保人士指出大型的風(fēng)力發(fā)電站往往建在季風(fēng)的風(fēng)道上,這往往是候鳥遷徙的最佳路線。
結(jié)束語
光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)在于解決離網(wǎng)地區(qū)通信,微波等設(shè)備的能源動(dòng)力,分散人口地區(qū)的小容量電力消費(fèi)及為有條件建立光伏屋頂?shù)慕ㄖ偷靥峁╇娏?。未來電網(wǎng)在做發(fā)展規(guī)劃時(shí),對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)應(yīng)充分考慮離網(wǎng)光伏發(fā)電和光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響和數(shù)學(xué)模型。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以作為在線有源可變負(fù)荷模型來考慮(這里指的是城市中既可由離網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng),也可以由市電網(wǎng)供電的負(fù)荷)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如果以110V或220V并網(wǎng)供電時(shí),也可以把光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)考慮為可從負(fù)到正變化的有源負(fù)荷模型。通過上述分析,光伏并網(wǎng)發(fā)電遠(yuǎn)期定位只能作為電網(wǎng)節(jié)能降耗的重要補(bǔ)充手段。如果超出這個(gè)戰(zhàn)略定位,將造成投資和額外的能源浪費(fèi),對(duì)減少污染排放量的樂觀看法也要大打折扣。
本文僅僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
初稿于昆明,2007.11.8,
* 太陽能中包含了可見光能,不可見光能,光熱輻射能等等。從物理學(xué)能量守恒定律來看,只要在同系統(tǒng)中形成差值的物理量都包含著能量。比如,水力發(fā)電的水位差,或“落差”;熱力發(fā)電中的“溫差”,風(fēng)力發(fā)電中氣流的“壓差”等等。
根據(jù)半導(dǎo)體物理原理,P-N結(jié)整體溫度上升,使P-N結(jié)呈現(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)。單片太陽電池的電壓隨溫度的上升而下降(見參考資料3,P49,圖2-16,圖2-19,太陽能電池組件溫度對(duì)效率的影響;參考資料5,P174)。也就是說溫度的變化將引起P-N結(jié)內(nèi)空穴和電子運(yùn)動(dòng),數(shù)量及平衡點(diǎn)的變化(見參考資料2,P26)。隨著溫度的增加,太陽能電池效率下降(見參考資料5,P43-44)。Isc對(duì)溫度T很敏感,溫度還對(duì)Voc起主要作用。對(duì)于Si溫度每增加一度,Voc下降室溫值的0.4%,效率也因而降低同樣的百分?jǐn)?shù)。例如,一個(gè)硅電池在20度時(shí)的效率為20%,當(dāng)溫度生到120度時(shí),效率僅為12%(見參考資料4,P36)。
可以猜想,如果P-N結(jié)兩側(cè)的溫差上升,或者P-N結(jié)的結(jié)溫差上升,勢(shì)必打破空穴和電子對(duì)的平衡。結(jié)溫差的變化是呈現(xiàn)正的還是負(fù)的溫度系數(shù),以及對(duì)太陽能電池IV特性的影響目前尚未見到試驗(yàn)報(bào)道??赡艽嬖谥粋€(gè)類似光伏效應(yīng)的熱伏效應(yīng)--輻射熱生伏特效應(yīng)(當(dāng)然不一定就是P-N結(jié))。準(zhǔn)確的在P-N結(jié)上制造一個(gè)結(jié)溫差,或一個(gè)較大的溫度梯度,在技術(shù)上可能是一個(gè)非常困難的事情??傊黾印肮獠睢焙汀敖Y(jié)溫差”或許是提高光伏發(fā)電效率一個(gè)有用途徑。
** 作者實(shí)在無法用中文來表示 “used 能源”的意思,只好用英文來代替了。
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【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);建筑電氣節(jié)能;ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù);能源管理系統(tǒng)
1引言
電力已與我們的日常生產(chǎn)、生活息息相關(guān),并隨著人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,全人類對(duì)電力的需求呈現(xiàn)持續(xù)遞增的趨勢(shì)。居民側(cè)用電量占社會(huì)總用電量的36.6%,但研究表明該領(lǐng)域的用電效率低,浪費(fèi)嚴(yán)重[1]。缺乏對(duì)居民側(cè)建筑能耗監(jiān)測(cè)和控制,是導(dǎo)致建筑能耗居高不下的重要原因。如何擺脫建筑電氣粗放型用電,實(shí)施精細(xì)化用電、節(jié)電是研究者需要解決的問題。隨著2009年國家提出“感知中國”的概念,“物聯(lián)網(wǎng)”被列為我國新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)建筑能耗的監(jiān)測(cè)和控制起到關(guān)鍵作用,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用為提高居民側(cè)用電效率、實(shí)現(xiàn)建筑電氣節(jié)能減排提供了新途徑。
2建筑電氣節(jié)能的研究現(xiàn)狀
截至2016年2月,在CNKI中以“篇名”為檢索項(xiàng),以“物聯(lián)網(wǎng)”為檢索詞進(jìn)行初級(jí)檢索,再在結(jié)果中以“節(jié)能”為檢索詞進(jìn)行二次檢索,共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)40篇。經(jīng)過初步分析,這些研究首先主要集中在建筑電氣具體方面進(jìn)行探討,涵蓋了隧道、高校教室、機(jī)房、圖書館、自習(xí)室、辦公樓宇等建筑電氣方面的節(jié)能;其次這些研究多是從建筑電氣整體角度出發(fā)對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)測(cè)、跟蹤檢查、優(yōu)化仿真研究;再者這些研究是從物聯(lián)網(wǎng)智能節(jié)能系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)處理、物聯(lián)網(wǎng)智能本身創(chuàng)新、改進(jìn)、安全方面進(jìn)行探討。通過對(duì)這些文獻(xiàn)的分析發(fā)現(xiàn),許多文獻(xiàn)中都強(qiáng)調(diào)了新技術(shù)、新材料的應(yīng)用,如使用室內(nèi)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)與節(jié)能系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)等新技術(shù),使用LED節(jié)能燈具、真空保溫玻璃新材料;不過這些節(jié)能新技術(shù)之間是相互獨(dú)立的,也沒有考慮到變壓器運(yùn)行損耗,沒有形成一個(gè)一體化的節(jié)能系統(tǒng)和管理平臺(tái)。本文提出采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),利用“物聯(lián)網(wǎng)”組建智能電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)對(duì)建筑能耗進(jìn)行優(yōu)化和打點(diǎn),分類管理進(jìn)行節(jié)能。
3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)條件下的建筑電氣節(jié)能相關(guān)技術(shù)
3.1物聯(lián)網(wǎng)定義及構(gòu)架目前,在國內(nèi)較為多見的“物聯(lián)網(wǎng)”定義為:物聯(lián)網(wǎng)是指利用各種信息傳感設(shè)備,如射頻識(shí)別裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成了一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò),其目的就是使所有物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起,使得識(shí)別和管理更加方便??梢钥闯觯锫?lián)網(wǎng)是一個(gè)物-物相連的互聯(lián)網(wǎng),將成為新一代信息技術(shù)的重要組成部分[2]。從通信過程和對(duì)象的視角看,物聯(lián)網(wǎng)的體系構(gòu)架由全面感知層、可靠傳遞層和智能處理層三個(gè)層面構(gòu)成[3]。全面感知層利用各種可用的感知手段實(shí)現(xiàn)物體動(dòng)態(tài)的即時(shí)采集,可靠傳遞層通過各種信息網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合將感知的信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確可靠地傳遞出去,智能處理層利用云計(jì)算等智能計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理[4]。3.2物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下的建筑電氣節(jié)能采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),利用“物聯(lián)網(wǎng)”組建智能電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)。通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算搭建的“智慧能源云管控平臺(tái)”,對(duì)一棟建筑以致一個(gè)小區(qū)的建筑群進(jìn)行建筑能耗的優(yōu)化和打點(diǎn),能更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,無需對(duì)建筑做結(jié)構(gòu)上的節(jié)能改造。因?yàn)閷?duì)建筑電氣的節(jié)能主要是提高建筑中的能源利用效率,即在采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、照明、家用電器、新風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)控安防、新能源汽車、光伏發(fā)電等方面進(jìn)行能耗的節(jié)約,其中以空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和照明在建筑使用方面占據(jù)了很大的比重。將一棟建筑或者建筑群按照能耗進(jìn)行分類,利用物聯(lián)網(wǎng)組建的能源管理系統(tǒng)將其分為不同的控制子系統(tǒng),如圖1所示。通過動(dòng)態(tài)監(jiān)控和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析,更全面的掌握能源消耗情況,從而進(jìn)行更好的資源利用。與相對(duì)成熟的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)相比,采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)布線成本低、方便施工、組網(wǎng)能力強(qiáng)、系統(tǒng)擴(kuò)展性好、具備網(wǎng)絡(luò)自愈能力并且抗干擾能力強(qiáng)、功耗更低等優(yōu)點(diǎn),更能全面的獲取建筑在能耗過程中的詳細(xì)數(shù)據(jù),讓建筑能耗處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。
4物聯(lián)網(wǎng)在建筑電氣節(jié)能中的應(yīng)用
4.1環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)節(jié)能減排,監(jiān)測(cè)先行。通過環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)感知建筑內(nèi)不同區(qū)域的照度、溫濕度、空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),并將獲取的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)發(fā)往服務(wù)器上的中央空調(diào)控制系統(tǒng)、照明空調(diào)控制系統(tǒng)、新風(fēng)控制系統(tǒng)、家庭能源管理子系統(tǒng)和光伏發(fā)電子系統(tǒng)中為其進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境調(diào)控提供數(shù)據(jù)及參考。4.2中央空調(diào)控制子系統(tǒng)中央空調(diào)控制子系統(tǒng)接收來自環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù),結(jié)合中央空調(diào)溫控系統(tǒng)閾值設(shè)置(例:低于10℃或高于26℃空調(diào)將自動(dòng)開啟制熱或制冷模式),同時(shí)在空調(diào)上加裝空調(diào)節(jié)能控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制。4.3照明控制子系統(tǒng)室內(nèi)照明光源采用LED節(jié)能燈的基礎(chǔ)上,照明控制子系統(tǒng)通過在房間或工作區(qū)安裝位置和光照度采集器,將房間內(nèi)的光照度信息和人員信息傳遞至照明墻控制器,由它控制照明燈具的開啟/關(guān)閉,并根據(jù)環(huán)境的光照度,通過燈具組合的方式調(diào)節(jié)照度亮度[5]。4.4新風(fēng)控制子系統(tǒng)新風(fēng)系統(tǒng)接收來自環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),并將接收數(shù)據(jù)與系統(tǒng)閾值進(jìn)行綜合對(duì)比分析。在正常環(huán)境條件下,新風(fēng)系統(tǒng)處于低能耗狀態(tài),主要完成空氣流通功能;當(dāng)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo),超過系統(tǒng)設(shè)定閾值時(shí)則啟動(dòng)應(yīng)急機(jī)制,包括實(shí)現(xiàn)大功率新風(fēng)輸送以及開啟部分氧氣供給功能等。同時(shí),不同于傳統(tǒng)的新風(fēng)交換模式直接采用室外新鮮空氣作為氣體源,本系統(tǒng)采用雙向換氣式新風(fēng)系統(tǒng),在源空氣進(jìn)入室內(nèi)前通過高導(dǎo)熱效率材料進(jìn)行熱交換,將室內(nèi)欲度上降低了進(jìn)入室內(nèi)的新鮮空氣與原室內(nèi)空氣的溫度差,從而降低了空調(diào)的使用頻率,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)[6]。4.5遠(yuǎn)程抄表子系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng),可以方便、快捷和可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)各用電設(shè)備耗電量進(jìn)行抄讀,并能將相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存。可以通過抄讀的數(shù)據(jù)分析配電變壓器是處于怎樣的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載率是多少、是否達(dá)到了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,同時(shí)還可以分析出無功補(bǔ)償設(shè)備運(yùn)行情況。通過該系統(tǒng),管理者可以獲取綜合的能源需量統(tǒng)計(jì)報(bào)表和分析報(bào)告,根據(jù)日、月、年的用電量情況全面了解電能消耗情況,輔助制定并不斷優(yōu)化節(jié)能方案、智能調(diào)整耗能設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài),更好的整合、利用資源、節(jié)約成本,建立有序的管理模式。4.6家庭能源管理子系統(tǒng)該系統(tǒng)將家庭用電分為三類:用電負(fù)載、分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備,其中將用電負(fù)載分為可調(diào)度負(fù)載(包括:洗衣機(jī)、干衣機(jī)、熱水器、洗碗機(jī)、電動(dòng)汽車)和不可調(diào)度負(fù)載(包括:計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、冰箱、家庭娛樂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安保系統(tǒng)等)[7]。利用傳感器采集到的室內(nèi)環(huán)境、人員活動(dòng)和設(shè)備工作狀態(tài)信息,通過對(duì)這些信息的分析來對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行調(diào)度和控制,在滿足用戶舒適度的前提下減少電能消耗,提高用電效率;同時(shí),將可調(diào)度負(fù)載盡量安排在負(fù)荷低谷期工作,起到調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)峰谷差的目的,進(jìn)而減少電力系統(tǒng)備用裝機(jī)容量。4.7光伏發(fā)電子系統(tǒng)隨著光能發(fā)電技術(shù)的日益成熟,居民側(cè)的分布式光伏發(fā)電將會(huì)在日照度高的地區(qū)得到較大程度的發(fā)展,尤其是在采用儲(chǔ)能裝置改善了電能質(zhì)量,維持了整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下。光伏發(fā)電子系統(tǒng)接收來自綜合分析子系統(tǒng)的部分參數(shù)(如:系統(tǒng)用電的峰谷期),將自身發(fā)出的電能在用電量高峰時(shí)期滿足自身需求,并在高峰期時(shí)將多余的電能賣給電網(wǎng),而在低谷期時(shí)將電能暫時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)存,這樣不但起到了削峰填谷的作用更能減少系統(tǒng)中的備用裝機(jī)容量,進(jìn)而起到了節(jié)能的目的。
5結(jié)束語