光伏發(fā)電技術效益

太陽能光伏發(fā)電技術引言傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時全球還有20億人得不到正常的能源供應。這個時候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠的可持續(xù)發(fā)展。這之中太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭的、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。因此，太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點，已成為世界各國普遍關注和重點發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。發(fā)展現(xiàn)狀近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個兆瓦級的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1997年又提出“百萬屋頂”計劃。日本1992年啟動了新陽光計劃，到2003年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的50%，世界前10大廠商有4家在日本。而德國新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價，大大推動了光伏市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計劃，并投巨資進行技術開發(fā)和加速工業(yè)化進程。中國現(xiàn)狀中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17000億噸標準煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀70年代起步，90年代中期進入穩(wěn)步發(fā)展時期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導項目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展?！笆濉睍r期我國新增太陽能光伏電站裝機容量約1000萬千瓦，太陽能光熱發(fā)電裝機容量100萬千瓦，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)約1000萬千瓦，光伏電站投資按平均每千瓦1萬元測算，分布式光伏系統(tǒng)按每千瓦1.5萬元測算，總投資需求約2500億元。相關政策國家能源局于2013年11月18日發(fā)布《分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法》，同年8月26日，《國家發(fā)展改革委關于發(fā)揮價格杠桿作用促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，明確了光伏電站確切的電價標準，全額上網(wǎng)電價為0.98元/度（三類標桿上網(wǎng)電價），保證了投資方的效益；國家能源局在（2013）433號文件，明確規(guī)定分布式光伏電站可以直接并入國家電網(wǎng)2016年政策發(fā)電全額上網(wǎng)：所發(fā)的全部電量，如果自己不用全部賣給國家，價格是0.98元/度，山東省補貼0.05元，共計1.03元/度（這種推薦農(nóng)戶使用）2、自發(fā)自用，余電上網(wǎng)：所發(fā)的全部電量，如果自己全部用了，用的電不再交電費，國家再給0.42元/度的補貼，山東省補貼0.05元/度，共計0.47元/度；如果未用完余電可以上網(wǎng)，電業(yè)局按照0.3729元購買余電，另國家再給余電部分0.42元/度，山東省補貼0.05元/度，合計：0.8429元/度。（這種推薦企業(yè)、工業(yè)、廠房、商業(yè)用）3、發(fā)電的全部自用（即自己發(fā)的電自己全用了，不再交電費，而且國家再給0.42元/度的補貼，山東省補貼0.05元）。以上三種方式均可以享受國家補貼20年2017年政策自2017年1月1日起，國家對光伏分布式發(fā)電上網(wǎng)電價有所下調(diào)。2016年12月31日年底前安裝并網(wǎng)的用戶仍按2016年國家政策補貼。同時，發(fā)改委針對電價調(diào)整，形成了一個《討論稿》，提出光伏發(fā)電標桿上網(wǎng)電價具體調(diào)整為：一類資源區(qū)價格從現(xiàn)行的0.9元/千瓦時，逐年下調(diào)為0.8元/千瓦時、0.82元/千瓦時、0.79元/千瓦時、0.76元/千瓦時和0.72元/千瓦時。二類資源區(qū)價格從現(xiàn)行的0.95元/千瓦時，逐年下調(diào)為0.92元/千瓦時、0.89元/千瓦時、0.86元/千瓦時、0.83元/千瓦時和0.8元/千瓦時。三類資源區(qū)從現(xiàn)價1元/千瓦時，逐年下調(diào)為0.98元/千瓦時、0.96元/千瓦時、0.94元/千瓦時、0.92元/千瓦時到0.9元/千瓦時。未來趨勢太陽能光伏發(fā)電在不遠的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領域重要的戰(zhàn)略地位。根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國力爭使太陽能發(fā)電裝機容量達到1.8GW（百萬千瓦），到2050年將達到600GW（百萬千瓦）。預計，到2050年，中國可再生能源的電力裝機將占全國電力裝機的25%，其中光伏發(fā)電裝機將占到5%。未來十幾年，我國太陽能裝機容量的復合增長率將高達25%以上。光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應原理,利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機械部件,所以,光伏發(fā)電設備極為精煉,可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護簡便。理論上講,光伏發(fā)電技術可以用于任何需要電源的場合,上至航天器,下至家用電源,大到兆瓦級電站,小到玩具,光伏電源無處不在。國產(chǎn)晶體硅電池效率在10至13%左右，國外同類產(chǎn)品效率約12至14%。由一個或多個太陽能電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。典型系統(tǒng)圖如下：光伏發(fā)電系統(tǒng)組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器，各部分的作用為：（一）太陽能電池板：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(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項；（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。（四）逆變器：太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。光伏發(fā)電輸送方式太陽能光伏發(fā)電分為獨立光伏發(fā)電、并網(wǎng)光伏發(fā)電、分布式光伏發(fā)電1、獨立光伏發(fā)電獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。/2、并網(wǎng)光伏發(fā)電2、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，發(fā)展難度相對較大。而分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。3、分布式光伏發(fā)電分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。光伏發(fā)電應用領域一、用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。二、交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。三、通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。四、石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。五、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。六、光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。七、太陽能建筑將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。八、其他領域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)劣優(yōu)點

①太陽能資源取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽能要比人類目前消耗的能量大6000倍。而且太陽能在地球上分布廣泛，只要有光照的地方就可以使用光伏發(fā)電系統(tǒng)，不受地域、海拔等因素的限制。

②太陽能資源隨處可得，可就近供電，不必長距離輸送，避免了長距離輸電線路所造成的電能損失。

③光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程簡單，是直接從光能到電能的轉(zhuǎn)換，沒有中間過程(如熱能轉(zhuǎn)換為機械能、機械能轉(zhuǎn)換為電磁能等)和機械運動，不存在機械磨損。根據(jù)熱力學分析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達80％以上，技術開發(fā)潛力巨大。

④光伏發(fā)電本身不使用燃料，不排放包括溫室氣體和其它廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境友好，不會遭受能源危機或燃料市場不穩(wěn)定而造成的沖擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。

⑤光伏發(fā)電過程不需要冷卻水，可以安裝在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發(fā)電還可以很方便地與建筑物結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需要單獨占地，可節(jié)省寶貴的土地資源。

⑥光伏發(fā)電無機械傳動部件，操作、維護簡單，運行穩(wěn)定可靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只要有太陽能電池組件就能發(fā)電，加之自動控制技術的廣泛采用，基本上可實現(xiàn)無人值守，維護成本低。

⑦光伏發(fā)電系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(30年以上)。晶體硅太陽能電池壽命可長達20～35年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要設計合理、選型適當，蓄電池的壽命也可長達10～15年。

⑧太陽能電池組件結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕，便于運輸和安裝。光伏發(fā)電系統(tǒng)建設周期短，而且根據(jù)用電負荷容量可大可小，方便靈活，極易組合、擴容。

太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能光伏發(fā)電與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用電的獨立太陽能發(fā)電系統(tǒng)，這些特點是其他電源無法比擬的。

2、缺點

①能量密度低。盡管太陽投向地球的能量總和極其巨大，但由于地球表面積也很大，而且地球表面大部分被海洋覆蓋，真正能夠到達陸地表面的太陽能只有到達地球范圍太陽輻射能量的10％左右，致使在陸地單位面積上能夠直接獲得的太陽能量較少。通常以太陽輻照度來表示，地球表面輻照度最高值約為1.2KW／㎡，且絕大多數(shù)地區(qū)和大多數(shù)日照時間內(nèi)都低于1KW／㎡。太陽能的利用實際上是低密度能量的收集、利用。

②占地面積大。由于太陽能能量密度低，這就使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積會很大，每100W光伏發(fā)電功率占地約需100㎡，平均每平方米面積發(fā)電功率為100W。隨著光伏建筑一體化發(fā)電技術的成熟和發(fā)展，越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以利用建筑物、構(gòu)筑物的屋頂和立面，將逐漸克服光伏發(fā)電占地面積大的不足。

③轉(zhuǎn)換效率低。光伏發(fā)電的最基本單元是太陽能電池組件。光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率指光能轉(zhuǎn)換為電能的比率。目前晶體硅光伏電池轉(zhuǎn)換效率為10％～14％，非晶硅光伏電池只有5％～8％。由于光電轉(zhuǎn)換效率太低，從而使光伏發(fā)電功率密度低，難以形成高功率發(fā)電系統(tǒng)。因此，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率低是阻礙光伏發(fā)電大面積推廣的瓶頸。

④間歇性工作。在地球表面，光伏發(fā)電系統(tǒng)只能在白天發(fā)電，晚上不能發(fā)電，除非在太空中沒有晝夜之分的情況下，太陽能電池才可以連續(xù)發(fā)電，這與人們的用電需求不符。

⑤受氣候環(huán)境因素影響大。太陽能光伏發(fā)電的能源直接來源于太陽光的照射，而地球表面上的太陽照射受氣候的影響很大，長期的雨雪天、陰天、霧天甚至云層的變化都會嚴重影響系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)。另外，環(huán)境因素的影響也很大，比較突出的一點是，空氣中的顆粒物(如灰塵)等沉落在太陽能電池組件的表面，阻擋了部分光線的照射，這樣會使電池組件轉(zhuǎn)換效率降低，從而造成發(fā)電量減少甚至電池板的損壞。

⑥地域依賴性強。地理位置不同，氣候不同，使各地區(qū)日照資源相差很大。光伏發(fā)電系統(tǒng)只有應用在太陽能資源豐富的地區(qū)，其效果才會好。

⑦系統(tǒng)成本高。由于太陽能光伏發(fā)電的效率較低，到目前為止，光伏發(fā)電的成本仍然是其他常規(guī)發(fā)電方式(如火力和水力發(fā)電)的幾倍，這是制約其廣泛應用的最主要因素。但是也應看到，隨著太陽能電池產(chǎn)能的不斷擴大及