「项目精选」184期：新能源技术项目推荐

对接人：林文山

【项目精选】184期：新能源技术项目推荐

项目一：能馈式轨道交通牵引供电系统

（一）项目简介

城市轨道交通（地铁、轻轨等）车辆牵引供电采用直流电源系统，目前的牵引供电由变压器和整流器构成，单套供电系统功率为数兆瓦。城市轨道交通车辆起、停频繁，在车辆制动时一般优先采用再生制动方式。在现用的单向传递能量的变压整流供电条件下，车辆的再生制动能量将使得直流母线电压升高。为了避免母线电压过高，现在通常采用电阻消耗多余的制动能量，引起能源损失。我国已经将能馈式牵引供电系统作为国家科技支撑专项项目进行重点开发。

（二）创新点以及主要技术指标

本项目组研发了一种特别适合于城市轨道交通的能馈式牵引供电方案，其核心技术已获得国家发明专利授权。该技术的特点为：1
模块化结构。4MW
的供电站可由
4
个一样的
1MW功率模块组成，无需特别措施，各模块的功率自然均分。大功率变流器的设计和生产难度大为降低。2
极低的开关频率。功率器件的开关频率仅为
150Hz，使得大功率变流器的效率大大提高；功率器件的工作可靠性提高，不需要复杂的驱动和保护、缓冲措施；系统的电磁兼容性好。3
特殊设计的控制策略使得系统的动态响应速度快，网侧电流正弦性好，谐波含量小，直流侧电压平稳、超调小。

（三）应用领域及市场前景

已研制了
380V
交流输入/1500V
直流输出的小功率试验系统。已采用该专利技术开发了大功率
400Hz
逆变电源。该变流器技术还可以用作数
MW
级风力发电并网变流器、大功率三相光伏发电并网变流器。

4kW
四通道阶梯波合成双向
AC/DC
变流器（380VAC/1500VDC）原理样机和实验波形（供电/回馈/供电）

项目二、非隔离光伏并网逆变器

2. 项目简介

非隔离型光伏并网逆变器拥有效率高、体积小、重量轻和成本低等优势。由于没有低频或高频的隔离变压器，非隔离光伏并网逆变器的一个关键的技术问题是必须要解决漏电流问题。目前，一些技术领先的公司（如
SMA
Solar 等）都申请了专利保护其高效率的非隔离光伏并网逆变器电路结构。

（二）创新点以及主要技术指标

本项目组通过研究获得了一种优化的非隔离光伏并网逆变器电路拓扑，兼具有低漏电流和高效率的优点。漏电流明显小于
SMA
公司的
H5
电路，效率与其相当。已研制了
3kW
实验样机，采用
Buck-Boost
变换器实现
MPPT，该变换器采用一种新型的PWM
控制策略；逆变器采用
oH5
拓扑；采用可实现高电流质量和内在反孤岛的并网电流控制策略。上述三项关键技术均属首创，已申请发明专利。实验样机主要参数和性能为：输入（光伏电池输出）200-550V、输出
240V/50Hz（标称值，可以为其它频率和电压）、最大输出功率
3500W。最高效率
95.2%，欧洲效率
93.8%。采用改进的扰动观测与增量电导相结合的
MPPT
方法，专利（申请中）反孤岛技术。具备
CAN总线通信接口，有完善的保护功能。

（三）应用领域及市场前景

在欧洲等市场上非隔离并网光伏逆变器占有很大的市场比例。

3kW
非隔离光伏并网逆变器外形与内部线路（局部）

项目三、5KVA独立型光伏发电系统

（一）项目简介

独立型光伏发电系统将太阳能进行功率转换，逆变为
220V
市电输出，供独立型用户使用。并配备铅酸免维护蓄电池组及充放电电路，存储多余的太阳能，在夜间和阴雨天供电。系统功率等级为
5000
伏安。

（二）创新点以及主要技术指标

5KVA
独立型光伏发电系统采用先进合理的系统架构和控制策略，具有安全性高、转换效率高、太阳能电池板和蓄电池管理完善等特点。

系统组成中，5KVA
全桥逆变器、5KVADCDC
变换器，均可作为单独的电源模块使用；蓄电池电路也可作为独离的蓄电池充电器、放电器使用。

（三）应用领域及市场前景

该系统主要用于无电或缺电地区的生活用电,也可用于繁华城市的公共场合的照明、及照明工程。无人值守地点也适合太阳能发电系统，如各类微波传送站、无线发射点、水文监测点等。

项目四、新型混合励磁风力发电机

（一）项目简介

永磁直驱风力发电机是现代风力发电系统的重要机型，其效率高、功率密度大，但其存在气隙磁场及电压调节、故障灭磁困难的固有问题。混合励磁电机是将高效永磁电机和易于控制的电励磁同步电机有机结合形成的一种新型电机。课题组对混合励磁电机的创新研究得到国家自然科学基金重点项目资助，已获
2
项授权国家发明专利，另有
8
项国家发明专利处于公开期，取得一批创新性成果。

（二）创新点以及主要技术指标

（1）结构简单、可靠，兼具永磁电机的高效率和电励磁电机励磁可控的优点；

（2）采用新型无刷结构，不需电刷和滑环。用作无刷交流发电机时，省去了励磁机及旋转整流器，从而大大简化电机结构，提高了工作可靠性；

（3）励磁线圈中没有励磁电流时，电机处于弱磁状态，减小了磁钢退磁风险；

（4）电机既可以工作于发电状态也可以工作于电动状态，同样适用于宽转速范围高效驱动电机。

（三）应用领域及市场前景

在风力发电、电动汽车、混合动力汽车驱动电机、主轴驱动电机，伺服系统等系统中有良好的应用前景，具有坚实的技术储备。

项目五、新能源联合供电系统

（一）项目简介

新能源联合供电系统是将风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池以及蓄电池等结合在一起连续向负载供电系统。

实验室已于
2005
年先后购买了
300W
风力发电机、1kW质子交换膜燃料电池和
1kW
太阳能光伏发电系统，并开展了关于风力发电、光伏发电和燃料电池发电的研究工作，本课题组已采用以上三套装置分别进行了独立系统的实验研究，已取得很多研究进展。正在进行风光氢联合供电系统的研究，目前已完成原理，正在进行实验验证。目前共有
3
项专利在申请中。

（二）创新点以及主要技术指标

1.
燃料电池供电系统

氢能是一种清洁新能源，燃料电池是氢能应用的一个重要。根据燃料电池外特性软、动态响应慢的缺点，本项目提出了复合型燃料电池供电系统，利用能量管理控制策略控制系统中的能量流，确保系统高效可靠工作。本系统非常适用于混合动力汽车、应急备用电源等场合。

2.
太阳能光伏供电系统和风力发电系统

本研究首先建立太阳能电池和风力发电机的模型，以进一步了解其特性。其次根据不同输入源的特性，设计高效率高功率密度功率变换器。采用最大功率追踪技术控制系统，使得太阳能电池和风力发电机工作在最大功率点。

3.
风光氢联合发电系统

本研究将风力发电机、太阳能电池和燃料电池通过功率变换器组成了一套风光氢联合发电系统，同时提出能量管理策略是通过控制变换器使风力发电机、太阳能电池和燃料电池既可以同时向负载供电也可以单独向负载供电。由于风能和太阳能是可再生能源，应该尽可能多地利用，当其不足以提供负载功率时，由燃料电池配合其向负载供电。当夜晚和无风时，太阳能电池和风力发电机不能正常工作，由燃料电池单独向负载供电。该系统可用于分布式供电也可并网发电。

（三）应用领域及市场前景

电动汽车、混合动力汽车；风光互补路灯、显示屏；不间断电源、备用电源；新能源分布式供电系统；航空航天飞行器。

项目六、硅基薄膜太阳能电池制备技术

（一）项目简介

太阳能是大自然赐予人类最清洁，最丰富的能源资源，目前商用的太阳能电池以晶体硅电池为主，由于晶体硅消耗硅料较多，近年来人们一直致力于开发硅薄膜电池。非晶硅薄膜电池已经实现了商业化生产并有了一定的市场份额，但它仍存在不足之处，包括光致衰减效应和转换效率不高(约
6％)等。本项目在国家
863
计划课题(2006AA03Z219)支持下，开展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和纳米晶薄膜的制备和相关材料的单结与叠层硅基太阳能电池关键技术研究，已经申请发明专利
5
项，发表科研论文
20
余篇。

（二）创新点以及主要技术指标

1.利用
LPCVD
方法和自扩散技术生长多晶硅
p-n
结，结合层转移技术制备多晶硅薄膜太阳能电池；

2．采用金属诱导晶化和快速热处理技术实现优质多晶硅薄膜的制备并在低温

下制备太阳能电池；

2. 在
   PECVD
   和
   HWCVD
   生长硅薄膜时，通过生长温度，气体流量，氢气稀释比，腔室气压等参数实现微晶硅或者纳米晶薄膜的生长；

3. 采用双层膜技术减小表面处入射光的反射并实现表面钝化，提高入射光的收集率和少数载流子寿命；

4. 采用高低结结构增加光生载流子的收集效率；

6.
采用隧道结技术实现叠层太阳能电池的制备，扩展电池的光谱收集范围，提高电池的转换效率。

（三）应用领域及市场前景

新型低成本薄膜太阳能电池的制备，实现太阳能发电成本降低到
1
元／度以下的目标。

项目七、透明导电薄膜制备技术

（一）项目简介

透明导电薄膜是指那种对可见光的平均透过率高（T
?
80%）、电阻率低（ρ?10-3
Ωｃｍ）的薄膜，在太阳能电池、平板显示器、薄膜晶体管、气敏元件、抗静电涂层等领域具有广阔的应用前景。传统的透明导电薄膜是指氧化铟锡(俗称
ITO)，ITO
中其透过率和电阻率分别由
SnO2
与
In2O3
之比来控制，一般
SnO2:In2O3=1:9。由于铟是一种稀缺金属，近年来人们一直在探索其他的替代材料。Zn
是地壳中蕴藏量较丰富的一种元素，本项目采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法制备的掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜，对可见光平均透过率大于90％，电阻率低于
5?10-4Ωｃｍ，具有广阔的应用前景。已发表科研论文十多篇。

（二）创新点以及主要技术指标

1.利用磁控溅射技术结合原位加热方法，在玻璃衬底上生长高质量
AZO
薄膜；2.利用磁控溅射技术通过调节生长气压和射频功率，在室温下柔性衬底上制备高质量
AZO
薄膜；

3.
采用对设备要求低、原材料价格低廉的溶胶-凝胶法制备技术；

4.
特殊气氛下热处理技术；

5.
场诱导结晶技术。

（三）应用领域及市场前景

太阳能电池电极和触摸显示屏等的制备，替代进口产品，降低相关器件的制备成本。