太陽能光伏電站概述及其設計概算編制

太陽能光伏電站概述 及其設計概算編制 2009年 9月 9日 第一部分 太陽能發(fā)電技術概述 太陽能是可再生能源，它資源豐富、遍地都有，既可免費使用、又無需開采和運輸，還是清潔而無任何污染的能源。 太陽能由于可以轉換成多種其他形式的能量，其應用的范圍非常廣泛，主要有太陽能發(fā)電、太陽能熱利用、太陽能動力利用、太陽能光化利用、太陽能生物利用和太陽能光 光利用等。 太陽能的利用主要有兩大重點方向： 一是把太陽能轉化為熱能，另一個就是將太陽能轉化為電能。 太陽能利用的優(yōu)點 普遍性： 太陽光照射的面積散布在地球大部分角落，僅差入射角不同而造成的光能有異，但至少不會被少數(shù)國家或地區(qū)壟斷，造成無謂的能源危機。 永久性 ：太陽的能量極其龐大，科學家計算出至少有六百萬年的期限，對于人類而言，這樣的時間可謂是無限。 太陽能利用的優(yōu)點 無污染性： 現(xiàn)今使用最多的礦物能源，其滋生的問題不外是廢物的處理，物體不滅，能源耗竭越多，產(chǎn)生污染也相對增加，太陽能則 無危險性及污染性。 在人類與自然和平共處的原則下，使用太陽能最不傷和氣，運行期所需費用極少，而每年至少可生 1 1017千瓦的電力。 太陽能利用的缺點 穩(wěn)定性差： 受日夜季候的影響，太陽能不斷地生變化。 裝置成本過高： 吸收太陽能的受光面積須達一定規(guī)模方有效果，因此相對成本提高。 有人針對太陽能的污染問題提出 “ 目視污染 ” ，意即龐大的太陽能收集器造成視覺上的污染。 太陽能發(fā)電的前景 專家預測，到 2050年，全世界消耗電量的四分之一將是太陽電，到 21世紀末，可能會達到 50以上。 到那時候，人類居住的房屋將發(fā)展成金字塔型。因為外壁用 “ 非晶硅太陽能磚 ” 砌成的這種形狀的住宅，可用最大面積采光發(fā)電，并用高效的貯電裝置貯存起來供人們使用。 太陽能發(fā)電的前景 人類將在宇宙空間建設大型的太陽能發(fā)電廠 ， 衛(wèi)星上的電能將通過微波輸電設備 ，源源不斷地送回地球 ， 且損耗率低于 2 ，人們再也不用為地球上能源枯竭和污染問題而發(fā)愁了 。 產(chǎn)生工業(yè)三廢 （ 廢水 、 廢氣 、廢渣 ） 的大批火力發(fā)電廠也將退出歷史舞臺 ， 人類的家園將更加美好 。 1.1 太陽能熱發(fā)電 將吸收的太陽輻射 熱能轉換成電能 的發(fā)電技術稱太陽能熱發(fā)電技術，它包括兩大類型： 一是利用太陽熱能直接發(fā)電； 二是太陽熱能間接發(fā)電，就是利用光 熱 電轉換，即通常所說的太陽能熱發(fā)電。 根據(jù)太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)中所采用的集熱器的型式不同，該系統(tǒng)可以分為 分散型 和 集中型 兩大類。 太陽能熱發(fā)電類型 分散型發(fā)電系統(tǒng) 是將拋物面聚光器配置成很多組，然后把這些集熱器串聯(lián)和并聯(lián)起來，以滿足所需的供熱溫度。 集中型發(fā)電系統(tǒng) 也稱為塔式接受器系統(tǒng)，它由平面鏡、跟蹤機構、支架等組成定日鏡陣列，這些定日鏡始終對準太陽，把入射光反射到位于場地中心附近的高塔頂端的接受器上。 典型太陽能熱發(fā)電站熱力循環(huán)系統(tǒng)原理圖 G太陽鍋爐蓄熱器鍋爐汽輪發(fā)電機組凝汽器給水泵凝結水泵塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理圖 1定日鏡； 2接收器； 3塔； 4熱鹽槽； 5冷鹽槽 6蒸汽發(fā)生器； 7汽輪發(fā)電機組； 8凝汽器 塔式太陽能熱動力 發(fā)電的示意圖 亞洲首座兆瓦級 太陽能塔式熱發(fā)電項目 該項目位于北京市延慶縣，將建成 100面定日鏡，收集的太陽光反射聚集到 100m高的太陽能吸熱塔的吸熱器里，熱能通過將水加熱產(chǎn)生蒸汽作為動力用于發(fā)電。該項目完成后，年發(fā)電量將達到 200多萬度，可滿足 1000余戶家庭一年的用電需求。 目前，國際上最大的商業(yè)化太陽能熱塔式發(fā)電站是西班牙 PS10，裝機容量為 11MWe，在建的最大太陽能熱塔式發(fā)電站是西班牙 PS20，裝機容量為20MWe。 2007、 2008兩年，世界上太陽能熱發(fā)電的在建裝機容量是 07年之前 20年的 8倍，太陽能熱發(fā)電技術已經(jīng)進入快速發(fā)展時期。太陽能熱發(fā)電單位千萬投資為 2,500-2,900美元，太陽能熱發(fā)電年效率可達 15% -20%，發(fā)電成本 15美分 /kWh。隨著技術和規(guī)模的發(fā)展，有望在 2020年發(fā)電成本降至 4美分 /kWh左右。 太陽能光發(fā)電 是指不通過熱過程直接將太陽的光能轉換成電能的太陽能發(fā)電方式，可分為光伏發(fā)電、光感應發(fā)電、光化學發(fā)電、光生物發(fā)電，其中光伏發(fā)電是太陽能光發(fā)電的主流，通常所說的太陽能光發(fā)電就指光伏發(fā)電。 光伏發(fā)電 是根據(jù)光生伏打效應原理，利用太陽能電池（光伏電池）將太陽能直接轉化成電能。 2.2 光伏發(fā)電 2.2.1 太陽能光伏發(fā)電優(yōu)缺點 優(yōu)點： (1)結構簡單，體積小，重量輕。 (2)易安裝，易運輸，建設周期短。 (3)容易啟動，維護簡單，隨時使用，保證供應。 (4)清潔，安全，無噪聲。 (5)可靠性高，壽命長。 (6)故障率低。 (7)降價速度快，能量償還時間有可能縮短。 缺點： (1)能量分散，占地面積大。 (2)間歇性大。除了 晝夜 這種周期變化外，太陽能光伏發(fā)電還常常受 云層 變化的影響。小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)可用蓄電池補充，大功率光伏電站的控制運行比常規(guī)火電廠、水電站、核電廠要復雜。 (3)地域性強。 2.2.2 光伏發(fā)電發(fā)展概況 （ 1）國際光伏發(fā)電情況及特征 （ a）市場迅猛增長 2000年 2008年，年裝機容量平均增長 45%，累計裝機容量平均增長 34%； 2008年，新增裝機容量 5950MW，較上年增長 110%； 累計裝機容量 14730MW； 全球光伏業(yè)產(chǎn)值 371億美元。 14730900302000400060008000100001200014000160000 . 0 %2 0 . 0 %4 0 . 0 %6 0 . 0 %8 0 . 0 %1 0 0 . 0 %1 2 0 . 0 %1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008M W p全球累計裝機量 歐洲累計裝機量 全球增長率 歐洲增長率全球及歐洲光伏系統(tǒng)累計裝機量及增速 （數(shù)據(jù)來源：歐洲光伏協(xié)會） 全球歷年光伏發(fā)電系統(tǒng)年裝機量 （ b）歐美日是光伏系統(tǒng)的主要市場 歐洲： 2008年 新增裝機容量 4870MW，占全球新增 82%； 較上年增長 219%； 累計裝機容量 9003MW； 占全球累計 61.2%，較上年增長 100%。 個例： 2008年 西班牙 新增裝機容量 2460 MW，較上年增長 285%，占當年全球 新增 41%； 德國 新增裝機容量 1860 MW，較上年增長 40%； 美國 新增裝機容量 360 MW，較上年增長 64%； 韓國 新增裝機容量 280 MW，較上年增長 537%； 意大利第五，日本第六。 德國 3 1 . 3 %日本 3 . 9 %西班牙4 1 . 3 %意大利 4 . 0 %歐洲其它5 . 2 %美國 6 . 1 %韓國 4 . 7 %中國 0 . 8 % 印度 0 . 7 % 世界其它2 . 1 %2008年全球光伏系統(tǒng)新增裝機量分布 2007年全球并網(wǎng)發(fā)電占全部光伏系統(tǒng)裝機量的 90%； 德國、日本并網(wǎng)站 99%；建筑光伏一體化占主要位置。 （ c）并網(wǎng)發(fā)電占主導地位 消費產(chǎn)品1%并網(wǎng)系統(tǒng)90%偏遠地區(qū)離網(wǎng)系統(tǒng)4%離網(wǎng)工業(yè)用途 4%2007年光伏電池市場（按應用領域）分布 （ d）光伏發(fā)電成本下降，但仍很高，發(fā)展靠政策扶植 0 . 2 5 0 . 30 . 5 0 . 63火電 水電 風電 核電 光伏發(fā)電 2007年不同能源發(fā)電成本比較 （ 2）我國光伏發(fā)電情況及特點 （ a）規(guī)模小，發(fā)展相對緩慢 2000 2008年，平均增長 29%，低于世界平均水平（ 34%） 2008年 新裝機容量 45MW，占全球 0.8% 截至 2008年累計裝機容量 145MW 2007 年我國光伏系統(tǒng)安裝量及市場份額 應用領域 裝機容量 （ MWp） 市場份額 （） 農(nóng)村電氣化 (包括農(nóng)村道路照明 ) 9 45 通信和工業(yè)應用 3 15 光伏產(chǎn)品（路燈、草坪燈、城市景觀、 LED 照明、交通信號等） 6 30 并網(wǎng)光伏發(fā)電 非聚光 1.7 10 低倍聚光 (內蒙古上海 ) 0.3 合計 20 100 （ b）獨立光伏系統(tǒng)占光伏市場主導地位 世界光伏電池（組件）產(chǎn)量快速增長 1988 2007年 光伏電池平均增長量率 30% ， 2008年 全球光伏電池產(chǎn)量達： 6850MW，較 2007年增長 67% 中國是世界光伏電池的最大供貨商 晶硅電池占主導地位，薄膜電池所占比例呈上長升趨勢 晶硅光伏電池一直占主導地位，現(xiàn)仍占 80%以上； 薄膜電池近幾年發(fā)展很快， 2004年 2008年產(chǎn)量年均增長率達 83%，2008年產(chǎn)量 890MW，較 2007年增長 96%，市場份額上升到 3%。 光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 世界 產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖贁U大 2007年 光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值 909億元， 從業(yè)人數(shù) 8.28萬人； 2008年 光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值 2000億元， 從業(yè)人數(shù) 20萬人； 光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 我國已成為世界光伏電池生產(chǎn)大國 2007年中國（大陸） 電池 生產(chǎn)企業(yè) 50余家，生產(chǎn)能力 2900MW，產(chǎn)量1088MW,比上年增長 148.1%，占全球產(chǎn)量的 26.3%，正式成為世界第一大家；2008年電池產(chǎn)量約 2000MW，較 2007年增長 83%，占世界產(chǎn)量 29%； 2007年我國 電池組件 生產(chǎn)能力 3800MW，產(chǎn)量 1717MW， 2008年產(chǎn)量約2500MW，較 2007年增長 46%，占世界總產(chǎn)量的 40% 在全球電池年產(chǎn)量超過 20MW的 35家企業(yè)中，中國企業(yè) 14家（包括臺灣 4家），占 35家產(chǎn)量的 36%。 我國 晶硅電池占主導地位 2007年占電池總產(chǎn)量的 97%， 2008年占 95%； 薄膜電池正在發(fā)展。 多晶硅供應及電池銷售對國際市場依存度很高 2008年我國電池制造業(yè)需多晶硅 16150噸，當年自產(chǎn) 4800噸，其余 70%進口； 2008年我國組件產(chǎn)量與電池產(chǎn)量差 500MW，從國外進口； 2008年我國光伏電池 97%出口。 我國光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“集聚”發(fā)展 環(huán)渤海，以單晶硅為主； 長三角，以光伏電池和組件為主； 珠三角，以光電類小產(chǎn)品為主； 中西部，以多晶硅生產(chǎn)為主。 光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 2.2.3 太陽能電池發(fā)電原理 當太陽光照射到太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 這個過程的的 實質 是：光子能量轉換成電能的過程。 光伏發(fā)電原理圖 太陽能電池發(fā)電原理圖 2.2.4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 一套基本的太陽能 發(fā)電系統(tǒng) 是由 太陽電池板 、充電控制器 、 逆變器 和 蓄電池 構成 ： 太陽能 電池組件 直 /交流 逆變器 交流負荷 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概要圖 （ 1）太陽能電池板（電池組件） 太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中 價值最高 的部分。 其作用是將太陽的輻射能力轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。 一般根據(jù)用戶需要，將若干太陽電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣，再配上適當?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。 目前商業(yè)化的太陽能光伏電池分類 能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。 各種材料太陽能電池特點 種類 電池類型 商用效率 優(yōu)點 晶硅電池 單晶硅 1417% 效率高 技術成熟 多晶硅 1315% 效率高 技術成熟 薄膜電池 非晶硅 57% 弱光效應好 成本相對較低 碲化鎘 58% 弱光效應好 成本相對較低 銅銦硒 58% 弱光效應好 成本相對較低 硅系列太陽能電池中，單晶硅和多晶硅電池繼續(xù)占據(jù)光伏市場的主導地位，單晶硅和多晶硅的比例已超過 90%，而這一發(fā)展趨勢還在繼續(xù)增長。 （ 2）逆變器 太陽能的直接輸出一般都是 12VDC、 24VDC、 48VDC。為了能夠滿足并網(wǎng)輸電要求，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉換成交流電。逆變器就是一種將低壓直流電轉變?yōu)榻涣麟姷碾娮釉O備，因為我們通常是將 220伏交流電整流變成直流電來使用，而逆變器的作用與此相反，因此而得名。 500kW并網(wǎng)逆變器 40kW并網(wǎng)逆變器 一些光伏電站圖片 美國加利福尼亞塔式熱發(fā)電站 第二部分 光伏電站概（估）算編制 2.1 編制依據(jù) 參考風電標委 20070001號文發(fā)布的：