太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展及推廣政策

光伏發(fā)電系統(tǒng)在公用設(shè)施用電方面的可行性研究摘要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源應(yīng)用的主要方向之一。文章介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成、分類、優(yōu)缺點(diǎn)以及目前國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用狀況。我通過(guò)查閱資料,表達(dá)了自己對(duì)解決用電問(wèn)題的看法,提出運(yùn)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電來(lái)解決用電問(wèn)題。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能光伏發(fā)電；離網(wǎng)光伏發(fā)電；光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；太陽(yáng)能電池TheProposedPromotionofSolarEnergyPhotovoltaicGenerationLVHai-longAbstract:Solarenergyphotovoltaicgenerationisoneofthemajorapplicationdirectionsoftherenewableenergy.Thepaperintrducesthecurrentapplicationofhomeandaboardofsolarenergyphotovoltaicsystemwiththecompositionparts,theclassification,theadvantagesandthedisdantages.Ithroughmyownaccesstoinformation,toexpressmypowertosolvetheissues,proposedtheuseofSolarenergyphotovoltaicgenerationtosolvetheproblemofelectricity.Keywords:solarenergyphotovolaticgeneration;offgridphotovoltaicstoragebatterysystem;photovoltaicgridconnectedsystems;solarenergycell引言開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源以代替礦物能源，是世界各國(guó)解決能源問(wèn)題的主要途徑。太陽(yáng)能是清潔的可再生能源，研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電的有關(guān)問(wèn)題具有現(xiàn)實(shí)意義。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的一種形式。在光照條件下，太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)組件的串并聯(lián)形成太陽(yáng)能電池方陣，使得方陣電壓到達(dá)系統(tǒng)輸入電壓的要求。通過(guò)充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將光能轉(zhuǎn)換成的電能貯存起來(lái)，以便今后使用；或者通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后使用與電網(wǎng)相連，向電網(wǎng)供電。目前利用太陽(yáng)能發(fā)電有3種型式：太陽(yáng)能熱發(fā)電、太陽(yáng)能風(fēng)發(fā)電和太陽(yáng)能光伏電池發(fā)電。1國(guó)外、國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電技術(shù)開(kāi)展概況隨著煤炭、石油等化石能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光方案〞，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的新動(dòng)力。歐洲一些高水平的核研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)始轉(zhuǎn)向可再生能源。20世紀(jì)80年代以來(lái),世界光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了迅速開(kāi)展,平均年增長(zhǎng)率到達(dá)30%。近幾年由于出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面,其開(kāi)展更加迅速,成為全球增長(zhǎng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。進(jìn)入21世紀(jì),在歐洲、日本扶持政策的引導(dǎo)下,世界光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的開(kāi)展,近5年的年平均增長(zhǎng)速度超過(guò)了50%。太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)是20世紀(jì)80年代以來(lái),世界上增長(zhǎng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。已經(jīng)商品化、實(shí)用化的太陽(yáng)能光伏電池主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、聚光電池、帶狀硅電池及薄膜電池等幾類。光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率也不斷提高,在實(shí)驗(yàn)室中晶體硅光電池轉(zhuǎn)化率到達(dá)15%,單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是23.3%,同時(shí)太陽(yáng)能光伏電池/組件的使用壽命也大大增長(zhǎng),最長(zhǎng)可到達(dá)30年。目前,光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)主要集中在日本、歐盟和美國(guó),其光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80%。21世紀(jì)以來(lái),一些興旺國(guó)家紛紛制定了包括太陽(yáng)能電池在內(nèi)的可再生能源方案。太陽(yáng)能電池的研究和生產(chǎn)在歐洲、美洲、亞洲大規(guī)模鋪開(kāi)。1997年6月,美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柡湍茉床块L(zhǎng)分別宣布了一項(xiàng)“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)屋頂光伏方案〞。緊接著,能源部并于11月立即著手安排政府貸款工程,以實(shí)施這一宏偉方案。該方案325個(gè)城市的100萬(wàn)個(gè)建筑物屋頂上安裝3GW光伏系統(tǒng),預(yù)計(jì)到2023年可以完成。日本政府的方案目標(biāo)是:至2023年,安裝4600MW光伏發(fā)電系統(tǒng)。2004年,德國(guó)新安裝的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)大約200MW。德國(guó)可再生能源可滿足50%以上總能耗需求。法國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電容量由2002年的0.66MW,開(kāi)展到2003年的2.9MW。印度的光伏產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用市場(chǎng)居領(lǐng)先地位。1998—2002年,印度方案安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)150MW。至2023年,歐盟方案光伏發(fā)電總裝機(jī)容量到達(dá)3GW,澳大利亞方案光伏發(fā)電總裝機(jī)容量到達(dá)。目前，美國(guó)和日本在世界光伏市場(chǎng)上占有最大的市場(chǎng)份額。美國(guó)擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠，其功率為7MW；日本也建成了發(fā)電功率1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬(wàn)座光伏發(fā)電設(shè)備，以色列、澳大利亞、新西蘭居于領(lǐng)先地位。太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)占據(jù)世界能源的重要席位，要代替局部常規(guī)能源，而且將稱為世界能源供給的主體。歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)(EPIA)的預(yù)測(cè):2023年,光伏組件年產(chǎn)量40GW,系統(tǒng)總裝機(jī)容量195GW,光伏發(fā)電量為274TWh。預(yù)計(jì)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(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力供給中的占比也將到達(dá)10%以上；到2040年，可再生能源占總能耗的50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；預(yù)計(jì)到21世界末，可再生能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電占到60%以上。20世紀(jì)70年代以來(lái),我國(guó)太陽(yáng)能光電技術(shù)經(jīng)過(guò)“六五〞、“七五〞、“八五〞3個(gè)5年方案攻關(guān),有了一定的開(kāi)展。20世紀(jì)90年代是我國(guó)光伏發(fā)電快速開(kāi)展的時(shí)期,我國(guó)光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng),本錢不斷降低,市場(chǎng)不斷擴(kuò)大,裝機(jī)容量逐年增加。近幾年來(lái),我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期平均維持了全球市場(chǎng)1%左右的份額。在“十五〞期間,我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量約7萬(wàn)kW,到2023年前,我國(guó)光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)將會(huì)得到不斷的完善和開(kāi)展。光伏發(fā)電市場(chǎng)會(huì)發(fā)生巨大的變化:預(yù)計(jì)2005—2023年,我國(guó)的太陽(yáng)能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電本錢到2023年約為元/(kW·h);2023—2023年,光伏發(fā)電將會(huì)由獨(dú)立系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電本錢到2023年約為元/(kW·h)到2023年我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平,有望到達(dá)世界先進(jìn)行列。2太陽(yáng)能光伏發(fā)電的根本原理2.1光伏效應(yīng)當(dāng)光照射到半導(dǎo)體外表時(shí),光子能量激發(fā)半導(dǎo)體的電子和空穴分別向N區(qū)和P區(qū)移動(dòng),使N區(qū)儲(chǔ)存過(guò)剩的電子,帶負(fù)電;P區(qū)儲(chǔ)存過(guò)剩的空穴,帶正電。在內(nèi)生電場(chǎng)作用下,N區(qū)和P區(qū)間產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì),接通外電路即可產(chǎn)生光電流,稱為光伏效應(yīng)。光伏發(fā)電原理詳見(jiàn)圖。圖1太陽(yáng)能發(fā)電原理圖2.2禁帶寬度激發(fā)半導(dǎo)體電子和空穴自由移動(dòng)所需的能量稱為禁帶寬度,通常以電子伏特eV,不同的禁帶寬度有不同的光電轉(zhuǎn)換效率。制造光伏電池的半導(dǎo)體材料的禁帶寬度一般為1.2eV～1.7eV,最好是eV。太陽(yáng)能由紫外線、可見(jiàn)光線和紅外線組成。紫外線光子能量約為4eV左右,紅外線的光子能量約為eV?？梢?jiàn)光線的光子能量介于紫外線與紅外線之間。晶體硅光伏電池可利用發(fā)電的只是可見(jiàn)光線和紫外線。這局部能量只占太陽(yáng)光輻射能量的一小局部。目前普通晶體硅光伏電池,尚不能利用太陽(yáng)總輻射中比重較大的紅外線(大于50%)轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)高度角(太陽(yáng)光線與地平面的夾角)的不同,不僅總輻射不同,而且太陽(yáng)光輻射量的組成也是不同的,光伏電池的發(fā)電量也不一樣。不同高度角時(shí),太陽(yáng)光線輻射量組成見(jiàn)表1：表1不同太陽(yáng)高度角的太陽(yáng)光輻射量組成表〔%〕高度角/〔°〕紅外線可見(jiàn)光紫外線90300505372464428430由表1可知,隨著太陽(yáng)高度角的降低,太陽(yáng)光譜發(fā)生變化,紅外線呈增加趨勢(shì),可見(jiàn)光線、紫外線呈遞減趨勢(shì)。隨著太陽(yáng)高度角的變化,光伏電池的發(fā)電量也將產(chǎn)生同步變化。禁帶寬度還與光伏電池的溫度有關(guān)。光伏電池溫度除主要與太陽(yáng)輻射中局部能量轉(zhuǎn)化的熱量有關(guān)外,也受環(huán)境溫度的影響。當(dāng)電池溫度高于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度時(shí),禁帶寬度將變窄,光伏電池功率和開(kāi)路電壓下降;當(dāng)電池溫度低于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度時(shí),那么呈相反的變化。3太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及分類3.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是利用電池組將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。通常所說(shuō)的光伏技術(shù)也可以說(shuō)是太陽(yáng)能電池技術(shù)。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)主要包括：太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器等。當(dāng)照明負(fù)載為直流時(shí)，那么不用逆變器。太陽(yáng)能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單位，尺寸一般為4～100cm2。太陽(yáng)能電池單體的工作電壓約為0.45～0.5V，工作電流約為20～25mA/cm2，一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽(yáng)能單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。在有光照(無(wú)論是太陽(yáng)光還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照)情況下,電池吸收光能,電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累,即產(chǎn)生“光生電壓〞,這就是“光生伏打效應(yīng)〞。在光生伏打效應(yīng)的作用下,太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),將光能轉(zhuǎn)換成電能,如同一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器。太陽(yáng)能電池一般為硅電池,分為單晶硅太陽(yáng)能電池,多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池三種。蓄電池組蓄電池組其作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池方陣收光照時(shí)所發(fā)出的電能并可隨時(shí)向負(fù)載供電。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)所用蓄電池組的根本要求如下：〔1〕自放電率低?！?〕使用壽命長(zhǎng)?！?〕深放電能力強(qiáng)?！?〕充電率高?！?〕少維護(hù)或免維護(hù)。〔6〕工作溫度范圍寬。〔7〕價(jià)格低廉。目前我國(guó)與太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要是鉛酸蓄電池。配套200Ah以上的鉛酸電池，一般選用固定式或工業(yè)密封免維護(hù)鉛酸電池；配套200Ah以下的鉛酸蓄電池，一般選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池?？刂破魇菍?duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制與管理的設(shè)備。由于控制器可以采用多種技術(shù)方式進(jìn)行控制，同時(shí)實(shí)際應(yīng)用對(duì)控制器的要求也不盡一致，因而控制所完成的功能也不一樣?？刂破鲗?duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程控制,并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方,控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。光伏系統(tǒng)在控制器的管理下運(yùn)行?？刂破骺梢圆捎枚喾N技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)其控制功能。比擬常見(jiàn)的有邏輯控制和計(jì)算機(jī)控制有兩種方式。智能控制器多采用計(jì)算機(jī)控制方式。逆變器是將直流變換成交流電的設(shè)備。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池發(fā)出的直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的必不可少的設(shè)備。按運(yùn)行方式逆變器可以分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。按輸出波形逆變器又可以分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡(jiǎn)單,造價(jià)低,但諧波分量大,一般用于幾百瓦以下和對(duì)諧波要求不高的系統(tǒng);正弦波逆變器本錢高,但可以適用于各種負(fù)載。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，晶體管正弦波〔或準(zhǔn)正弦波〕逆變器將成為開(kāi)展的主流。4太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類目前,太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為兩類:離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)是一種常見(jiàn)的太陽(yáng)能應(yīng)用方式,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,適應(yīng)性廣,但因其蓄電池的體積偏大和維護(hù)困難,限制了使用范圍,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)4.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)用電負(fù)荷較大時(shí),太陽(yáng)能電力缺乏就向市電購(gòu)電。在背靠電網(wǎng)的前提下,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)省掉了蓄電池,從而擴(kuò)展了使用的范圍,提高了靈活性,并降低了造價(jià),其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)5太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)5.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)步入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,開(kāi)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(chǎng),并局部取代常規(guī)能源。不管從近期和從近期看,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,和遙遠(yuǎn)無(wú)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)充分表達(dá)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)的平安性。(并網(wǎng)電壓一般在220V以下)〔3〕相對(duì)的廣泛性?！?〕確實(shí)的長(zhǎng)壽命和免維護(hù)性?！?〕初步的實(shí)用性。〔6〕資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)缺點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)也具有一定的局限性。太陽(yáng)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〕地理位置局限。光伏發(fā)電設(shè)備根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(kāi)建筑物來(lái)建設(shè)光伏發(fā)電,將會(huì)大大增加本錢或者破壞環(huán)境和生態(tài)。〔2〕時(shí)間周期局限。由于光伏發(fā)電的條件是出太陽(yáng)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)。〔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(wú)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)量比方空氣污染,或能見(jiàn)度變差比方霧天,陰天等都將使光伏發(fā)電在線或?qū)崟r(shí)出力下降?！?〕容量傳輸局限.在解決了光伏發(fā)電的本錢問(wèn)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(méi)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(lái)新的經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定問(wèn)題。不管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本錢。〔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。6太陽(yáng)能光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，且軟件設(shè)計(jì)先于硬件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載用電量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池方陣面輻射量的計(jì)算，太陽(yáng)能電池組件、蓄電池用電量的計(jì)算和兩者之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池方陣安裝傾角的計(jì)算，系統(tǒng)運(yùn)行情況的預(yù)測(cè)和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的分析等。硬件設(shè)計(jì)包括：負(fù)載的選型及必要的設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池組件和蓄電池的選型，太陽(yáng)能電池方陣支架的設(shè)計(jì)，逆變器的選型及設(shè)計(jì)，以及控制和測(cè)量系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)、配電設(shè)備的設(shè)計(jì)。對(duì)于大中型光伏發(fā)電系統(tǒng)，還要有方陣場(chǎng)的設(shè)計(jì)、防雷接地的設(shè)計(jì)、配電設(shè)備的設(shè)計(jì)、低壓配電線路的設(shè)計(jì)以及輔助和備用電源的選型和設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)由于牽涉到復(fù)雜的輻射量、安裝傾角以及系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般有計(jì)算機(jī)來(lái)完成；在要求不太嚴(yán)格的情況下，也可采取估算的方法。太陽(yáng)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總規(guī)那么，是在滿足負(fù)載供電的需求的前提下，確定使用最少的太陽(yáng)能電池組件功率和蓄電池容量，以盡量減少初始投資。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)知道，在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作出的每個(gè)決定都能影響造價(jià)。由于不恰當(dāng)?shù)倪x擇，可輕易的是投資本錢成倍的增加，并且不見(jiàn)得就能滿足使用要求。在作出要建立一個(gè)獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)以后，可按下述步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：計(jì)算負(fù)載，確定蓄電池的容量，確定太陽(yáng)能電池方陣的容量，選擇控制器和逆變器，考慮混合發(fā)電的問(wèn)題等。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，需要考慮的根本數(shù)據(jù)中主要有：現(xiàn)場(chǎng)的地理位置，包括地點(diǎn)、緯度、經(jīng)度和海拔高度等；安裝地點(diǎn)的氣象資料，包括逐月太陽(yáng)總輻射量、直接輻射量及散射輻射量，年平均氣溫和最高、最低氣溫，最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天，最大風(fēng)速及冰雹、降雪等特殊氣候情況等。氣象資料一般無(wú)法做出長(zhǎng)期的觀測(cè)，只能根據(jù)以往10至20年間的平均值作為依據(jù)。但是很少有獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)建立在太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)資料齊全的城市，而偏遠(yuǎn)地區(qū)的太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)可能并不類似最近的城市。因此，只能采用某個(gè)臨近城市的氣象資料或類似類似地區(qū)氣象觀測(cè)站所記錄的數(shù)據(jù)，類似是要把握好可能偏差的因素。需知，太陽(yáng)能資源的估算會(huì)直接影響到系統(tǒng)的性能和造價(jià)。另外，從氣象部門得到的資料，一般只有水平面的太陽(yáng)輻射量，要設(shè)法計(jì)算出傾角面上的輻射量?？蓪ⅹ?dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容圖如下：獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖容量設(shè)計(jì)師太陽(yáng)能光伏發(fā)電總體設(shè)計(jì)的核心和重點(diǎn)，其設(shè)計(jì)步驟如圖：獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)步驟框圖〔1〕計(jì)算負(fù)載負(fù)載計(jì)算是獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。通常的方法，是列出負(fù)載的名稱、功率要求、額定工作電壓和每天用電小時(shí)數(shù)。交流負(fù)載和直流負(fù)載均應(yīng)分別列出。功率因數(shù)在交流功率的計(jì)算中可不予考慮。繞后，將負(fù)載分類和按工作電壓進(jìn)行分組，計(jì)算每組的總工作功率要求。再選定系統(tǒng)的工作電壓，計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)在這一電壓下所要求的平均安培·小時(shí)數(shù)〔Ah〕，即算出所有負(fù)載的每天平均耗電量之和。關(guān)于系統(tǒng)工作電壓的選擇，經(jīng)常是選最大功率負(fù)載所需求的電壓。在交流負(fù)載為主的系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)電壓應(yīng)當(dāng)考慮作在220V，直流負(fù)載時(shí)12V或其倍數(shù)24V、48V等。從理論上說(shuō)，負(fù)載確實(shí)定是直截了當(dāng)?shù)?，而?shí)際上負(fù)載的要求卻往往是不確定的。例如，家用電器所要求的功率可從制造廠商的資料上得知，但對(duì)他們的工作時(shí)間并不知道，每天、每周和每月的使用時(shí)間很可能估計(jì)過(guò)高，這樣起累計(jì)的結(jié)果會(huì)造成設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)容量和造價(jià)上升。實(shí)際上，某些較大功率的負(fù)載可安排在不同的時(shí)間內(nèi)使用。在嚴(yán)格的設(shè)計(jì)中，我們必須掌握獨(dú)立光伏發(fā)電徐彤的負(fù)載特性，即每天24h中不同時(shí)間的負(fù)載功率，特別是對(duì)于集中的供電系統(tǒng)，了解用電規(guī)律即可適時(shí)加以控制?！?〕蓄電池容量確實(shí)定系統(tǒng)中蓄電池容量最正確值確實(shí)定，必須綜合考慮太陽(yáng)能電池方陣發(fā)電量、負(fù)荷容量及逆變器的效率等。蓄電池容量的計(jì)算方法有很多，一般可通過(guò)下式算出：式中C—蓄電池容量，Wh;D—最長(zhǎng)無(wú)日照期間用電時(shí)數(shù)，h;F—蓄電池放電效率的修正系數(shù)，通常取1.5；—平均負(fù)荷容量，Kw;L—蓄電池的維修保養(yǎng)率，通常取0.8；U—蓄電池的放電深度，通常取0.5；—~0.8?！?〕太陽(yáng)能電池功率確定及方陣設(shè)置=1\*GB3①求平均峰值日照數(shù)。將歷年逐月平均傾斜方陣上的日總輻射量化成Mw/cm2表示，除以標(biāo)準(zhǔn)日太陽(yáng)副照度，即為平均峰值日照時(shí)數(shù)Tm，其計(jì)算式為：=2\*GB3②確定方陣最正確電流。方陣應(yīng)輸出的最小電流〔Imin〕為：式中Q—負(fù)載每天總耗電量；—蓄電池充電效率；—~0.95；—~0.95。由方陣面上各月中最小的太陽(yáng)總輻射量可算出各月中最小的峰值時(shí)數(shù)Tm，那么方陣應(yīng)輸出的最大電流為：方陣的最正確電流介于和之間，具體數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)確定。先選定以電流值，方法是按月求出方陣應(yīng)輸出的發(fā)電量，對(duì)蓄電池全年的荷電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。求方陣輸出發(fā)電量〔〕是：2式中N—當(dāng)月天數(shù)。而各月負(fù)載耗電量為：兩者相減，如=-為正，表示該月方陣發(fā)電量大于用電量，能給蓄電池充電。假設(shè)為負(fù)，表示該月來(lái)補(bǔ)充，蓄電池處于虧損狀態(tài)。如果蓄電池全年荷電狀態(tài)低于原定的放電深度〔一方陣發(fā)電量小于耗電量，要用蓄電池儲(chǔ)存的電能般為0.5〕，那么應(yīng)增加方陣輸出電流；如果荷電狀態(tài)始終大大高于放電深度允許值，那么可減少方陣輸出電流。當(dāng)然，也可以增加或減少蓄電池容量。如有必要，還可以改變方陣傾角的值，以得出最正確的方陣電流Im。=3\*GB3③確定方陣工作電壓。方陣工作電壓應(yīng)該足夠大，以保證全年能有效的對(duì)蓄電池充電。因此，方陣在任何季節(jié)的工作電壓需要滿足:U=Uf+Ud+Ui式中Uf—蓄電池浮充電壓；Ud—因阻塞二極管和線路直流損耗引起的壓降；Ui—溫度升高引起的壓降；廠商出售的太陽(yáng)能電池組件，所標(biāo)出的標(biāo)稱工作電壓和輸出功率最大值〔Wp〕,都是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)試的結(jié)果。有太陽(yáng)能電池的溫度特性曲線可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，其工作電壓有明顯的升降，可用下面的公式計(jì)算壓降：Ui=a(Tmax-25)Ua式中a—太陽(yáng)能電池的溫度系數(shù)〔對(duì)單晶硅和多晶硅電池a=0.005，對(duì)非晶硅電池a=0.003〕；Tmax—太陽(yáng)能電池的最高工作溫度；Ua—太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓；=4\*GB3④確定方陣功率。方陣功率按下式計(jì)算：方陣功率〔F〕=最正確工作電流〔I〕最正確工作電壓〔U〕這樣，只要根據(jù)算出的蓄電池容量和太陽(yáng)能電池方陣電流、電壓及功率，參照廠商提供的蓄電池和太陽(yáng)能電池組件的性能和參數(shù)，就可以選取適宜的組件和規(guī)格。由此可很容易地確定法構(gòu)成方陣的組件的串聯(lián)數(shù)和并聯(lián)數(shù)。光伏方陣對(duì)于蔭蔽十分敏感。在串聯(lián)賄賂中，單個(gè)組件或局部電池被遮光，就可鞥造成該組件或電池上產(chǎn)生反向電壓，因?yàn)槭芷渌?lián)組件的驅(qū)動(dòng)，電流被迫通過(guò)遮光區(qū)域，產(chǎn)生不希望的加熱，嚴(yán)重時(shí)可能對(duì)劍造成永久性的破壞。采用一個(gè)二極管旁路可以解決這個(gè)問(wèn)題。=5\*GB3⑤太陽(yáng)能電池方陣的設(shè)置。對(duì)于位于北半球的我國(guó)，方陣的方位應(yīng)正南設(shè)置。但只要在正南20°之內(nèi)，方陣的輸出功率將不會(huì)降低多少。如出于某種考慮不是真難設(shè)置，那么應(yīng)盡可能偏西南20°以內(nèi)，這意味著方陣輸出峰值將在正午過(guò)后的某時(shí)，有利于冬季使用。方陣設(shè)置于非正南方向時(shí)，其功率輸出大至按照一余弦函數(shù)減少。關(guān)于方陣設(shè)置傾斜角的問(wèn)題，對(duì)于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般采用按當(dāng)?shù)鼐暥鹊恼麛?shù)固定設(shè)置。如果要考慮冬季能多發(fā)些電，方陣傾斜角可適當(dāng)比當(dāng)?shù)鼐暥燃哟笠恍?，一般?°~15°。7光伏發(fā)電系統(tǒng)在克拉瑪依市公共設(shè)施用電方面的設(shè)計(jì)目前國(guó)內(nèi)在太陽(yáng)能利用在太陽(yáng)能枯燥、太陽(yáng)能建筑一體化、太陽(yáng)能熱泵等技術(shù)領(lǐng)域也做了許多前期研究工作和建設(shè)示范，并且取得里一定的成果。太陽(yáng)能燈將由城建中的應(yīng)用推廣到道路照明、景觀及其他公用設(shè)施用電，以降低電能耗。以太陽(yáng)能路燈進(jìn)行說(shuō)明：克拉瑪依市現(xiàn)有路燈約40000盞,燈高平均約9m,使用光源以400W鈉燈為主,工作時(shí)間平均12h/d,每年都要投入相當(dāng)多的財(cái)力、物力、人力對(duì)其進(jìn)行維護(hù),而對(duì)能源的消耗更是會(huì)隨著數(shù)量的增加而上升。一套額定功率為150W太陽(yáng)能燈的照明效果相當(dāng)于一套負(fù)載功率為400W的常規(guī)路燈，通過(guò)比擬分析，一套常規(guī)路燈一天耗電度，一年耗電1168度，1度電消耗標(biāo)準(zhǔn)煤350g，一套常規(guī)路燈在一年中消耗標(biāo)煤。假設(shè)用150W太陽(yáng)能燈替換400W的常規(guī)路燈，一年可間接節(jié)電1168度，節(jié)約標(biāo)煤0.41t。以運(yùn)行一年數(shù)據(jù)為參考,做出與太陽(yáng)能燈的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益比照方表2。表2常規(guī)路燈與太陽(yáng)能路燈的經(jīng)濟(jì)效益比照比照燈具光源日耗電量年耗電量年耗煤常規(guī)路燈400W4672萬(wàn)KWh太陽(yáng)能燈150W000(注:普通路燈除電費(fèi)外還包含土建施工、電纜敷設(shè)、維護(hù)以及電纜盜損等費(fèi)用。)如果能在新建的道路上應(yīng)用光伏獨(dú)立供電的太陽(yáng)能路燈,雖然一次投資額高于常規(guī)路燈,但可減少常規(guī)路燈所需土建施工、電纜敷設(shè)、維護(hù)等費(fèi)用,以及運(yùn)行電費(fèi),節(jié)約了大量的能源,從而減少了SO2等污染物的排放,經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益得到提高。簡(jiǎn)單測(cè)算一下太陽(yáng)能樓道燈的費(fèi)用：目前，市面上太陽(yáng)能路燈價(jià)格3800元\套，LED燈頭：15W，每天使用12個(gè)小時(shí)〔晚7點(diǎn)到早7點(diǎn)〕，每天耗電為0.825度，每度電價(jià)為元那么：×0.483=0.4元，每月電費(fèi)：30×0.4=12元〔每月按30天計(jì)算〕每年電費(fèi)：365×0.4=146元〔按每年365天計(jì)算〕即26.03年可以收回投資。綜合以上例子可以看出，使用太陽(yáng)能燈不僅可以解決節(jié)能降耗使用方便，而且一次投資長(zhǎng)期免費(fèi)，從太陽(yáng)能的替代利用可看出，節(jié)能降耗是實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境利益的“交集點(diǎn)〞和“共贏點(diǎn)〞，也是經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的永恒規(guī)律。應(yīng)以協(xié)調(diào)人與自然的關(guān)系為準(zhǔn)那么，模擬自然生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行方式和規(guī)律，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用8制約太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要因素開(kāi)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有較大潛力,但總體來(lái)說(shuō)我國(guó)的光伏發(fā)電的開(kāi)展水平仍處于示范起步階段,仍存在諸多因素制約著光伏發(fā)電的推廣。8.1技術(shù)尚存在瓶頸作為太陽(yáng)能光伏電池的主要原料,中國(guó)95%的高純多晶硅材料依賴進(jìn)口,而且技術(shù)根本上被國(guó)外壟斷,這一問(wèn)題已經(jīng)成為中國(guó)開(kāi)展太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的最大瓶。光伏產(chǎn)業(yè)的快速開(kāi)展是靠國(guó)外(主要是德國(guó))快速開(kāi)展所拉動(dòng)的,中國(guó)的光伏市場(chǎng)嚴(yán)重落后于光伏產(chǎn)業(yè).2004年我國(guó)生產(chǎn)的太陽(yáng)電池/組件中,85%以上都出口到了國(guó)外.而且缺少關(guān)鍵技術(shù)支持,尤其是并網(wǎng)逆變器,光伏并網(wǎng)電站在中國(guó)開(kāi)展仍然比擬緩慢,大多處于小型試驗(yàn)階段.8.2投資本錢問(wèn)題與其它新能源工程相比,單位造價(jià)非常高,高達(dá)6.4萬(wàn)元/KW,因此回收期比擬長(zhǎng)。造成這種情況的主要原因是目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池板的原材料硅的漲價(jià)非?？?目前的價(jià)格要比本世紀(jì)初翻了數(shù)倍,而太陽(yáng)能電池板又是整個(gè)工程中消耗最大的局部,因此,要解決本錢高的根本途徑在于降低原材料的本錢。8.3對(duì)電網(wǎng)的沖擊由于太陽(yáng)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)平安,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。8.4勵(lì)政策力度不夠光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)應(yīng)為每度～元之間,而一般居民用電每度約0.155元,二者在電價(jià)方面還存在巨大的差距,這就給市場(chǎng)推廣帶來(lái)極大的阻礙。在德國(guó)、日本等太陽(yáng)能應(yīng)用較好的國(guó)家中,為了彌補(bǔ)光伏發(fā)電本錢過(guò)高的影響,紛紛出臺(tái)相關(guān)政策支持其開(kāi)展,從許多國(guó)家的開(kāi)展歷史看,政府的支持和扶助是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)開(kāi)展必不可少的條件。中國(guó)雖然公布了《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆蟹椒ā?規(guī)定太陽(yáng)能發(fā)電實(shí)行政府定價(jià),但是沒(méi)有像風(fēng)電、生物質(zhì)能一樣出臺(tái)全國(guó)統(tǒng)一的太陽(yáng)能發(fā)電電價(jià)上網(wǎng)政策,對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的并網(wǎng)政策是“一事一議〞,因?yàn)閲?guó)家發(fā)改委只有對(duì)國(guó)家級(jí)的工程才有可能去討論制定具體的上網(wǎng)電價(jià)政策,因而小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程就無(wú)法獲得上網(wǎng)電價(jià)扶持,這對(duì)光伏發(fā)電行業(yè)大大不利。8.5網(wǎng)工程審批手續(xù)煩瑣,缺乏標(biāo)準(zhǔn)程序流程從申請(qǐng)并網(wǎng)方到擬接受并網(wǎng)的電力公司都需要通過(guò)層層行政審批。以在青島市申請(qǐng)光伏并網(wǎng)工程為例,申請(qǐng)并網(wǎng)發(fā)電方需要逐級(jí)對(duì)口部門的批文立項(xiàng),先從基層經(jīng)濟(jì)開(kāi)展局,然后到市發(fā)改委,再到省發(fā)改委逐級(jí)上報(bào)立項(xiàng),每個(gè)工程需要從省發(fā)改委到地方政府以及其相關(guān)部門的多個(gè)部門批文;而接受并網(wǎng)的電力公司也需要關(guān)于光伏并網(wǎng)的上級(jí)逐級(jí)批文,省級(jí)電力公司出評(píng)審并網(wǎng)意見(jiàn),有了省級(jí)并網(wǎng)批文后,再由市級(jí)電力公司出評(píng)審并網(wǎng)意見(jiàn);而且按照原有力工作條例,光伏并網(wǎng)審批意見(jiàn)和購(gòu)電合同涉及到省電力公司10多個(gè)部門審批,而到地級(jí)市電力部門同樣又有相關(guān)部門的評(píng)審意見(jiàn)。前前后后有太多文件和審批程序,協(xié)調(diào)工作要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間。9結(jié)語(yǔ)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用將有巨大的市場(chǎng)前景，它不僅帶來(lái)很好的社會(huì)效益、環(huán)境效益，而且還具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。人們?cè)谖镔|(zhì)生活和精神生活不斷提高的同時(shí)，也覺(jué)察到大規(guī)模使用化石能源所帶來(lái)的后果：資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，還誘發(fā)不少國(guó)與國(guó)之間、地區(qū)與地區(qū)之間的政治經(jīng)濟(jì)糾紛，甚至沖突和戰(zhàn)爭(zhēng)。因此，人類必須尋求一種新的、清潔、平安、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。當(dāng)前光伏發(fā)電的推廣應(yīng)用還受到技術(shù)、鼓勵(lì)政策及審批手續(xù)上的制約,對(duì)此,需盡快加強(qiáng)相關(guān)研發(fā)、克服技術(shù)瓶頸,制定符合國(guó)情的光伏發(fā)電的鼓勵(lì)政策,簡(jiǎn)化光伏發(fā)電審批手續(xù),以促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電快速健康的開(kāi)展。謝辭感謝指導(dǎo)老師的幫助，感謝同學(xué)的大力支持，感謝在予寫作期間給與一切幫助的親人們……參考文獻(xiàn):[1]趙爭(zhēng)鳴,劉建政.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005[2]王長(zhǎng)貴，崔榮強(qiáng)，周皇主編.新能源發(fā)電技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2003.[3]國(guó)家能源領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電受制于技術(shù)瓶頸[N/OL],2006[4]太陽(yáng)電池及其應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985.[5]許洪華.西藏4KW風(fēng)/光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),1998[6]中國(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)主編.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)特刊.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1999.[7]趙爭(zhēng)鳴,劉建政.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005[8]〔日〕田中君六著，王榮光等譯.太陽(yáng)能供冷與供暖.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982.[9]王長(zhǎng)貴