光伏電站

簡介

　　太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常說的太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電，簡稱“光電”。光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

　　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。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。其中，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計算器輔助電源等。中國國產(chǎn)晶體硅電池效率在10至13％左右，國際上同類產(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。

　　光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地各種燈具等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達國家已經(jīng)大面積推廣實施。到2009年，中國并網(wǎng)發(fā)電還未開始全面推廣，不過，2008年北京奧運會部分用電是由太陽能發(fā)電和風力發(fā)電提供的。

　　據(jù)預測，太陽能光伏發(fā)電在21世紀會占據(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構中將占到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構中將占到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。

光伏發(fā)電系統(tǒng)

　　系統(tǒng)分類

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。獨立光伏電站包括邊遠地區(qū)的村莊供電系統(tǒng)，太陽能戶用電源系統(tǒng)，通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可調(diào)度性，可以根據(jù)需要并入或退出電網(wǎng)，還具有備用電源的功能，當電網(wǎng)因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備可調(diào)度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統(tǒng)上。

　　系統(tǒng)設備

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設備組成。其部分設備的作用是：

　　太陽能電池方陣

　　在有光照（無論是太陽光，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)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”。在光生伏打效應的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

　　蓄電池組

　　其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負載供電。太陽能電池發(fā)電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度范圍寬；g.價格低廉。

　　充放電控制器

　　是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由于蓄電池的循環(huán)充放電次數(shù)及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控制蓄電池組過充電或過放電的充放電控制器是必不可少的設備。

　　逆變器

　　是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

　　太陽跟蹤控制系統(tǒng)

　　由于相對于某一個固定地點的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時刻正對太陽，發(fā)電效率才會達到最佳狀態(tài)。目前世界上通用的太陽跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點的經(jīng)緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現(xiàn)跟蹤。采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設定，一旦安裝，就不便移動或裝拆，每次移動完就必須重新設定數(shù)據(jù)和調(diào)整各個參數(shù)；原理、電路、技術、設備復雜，非專業(yè)人士不能夠隨便操作。河北某太陽能光伏發(fā)電企業(yè)獨家研發(fā)出了具有世界領先水平、成本低廉、簡單易用、不用計算各地太陽位置數(shù)據(jù)、無軟件、可在移動設備上隨時隨地準確跟蹤太陽的智能太陽跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國內(nèi)首家完全不用電腦軟件的太陽空間定位跟蹤儀，具有國際領先水平，能夠不受地域和外部條件的限制，可以在-50℃至70℃環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常使用；跟蹤精度可以達到±0.001°，最大限度的提高太陽跟蹤精度，完美實現(xiàn)適時跟蹤，最大限度提高太陽光能利用率?？梢詮V泛的使用于各類設備的需要使用太陽跟蹤的地方，該自動太陽跟蹤儀價格實惠、性能穩(wěn)定、結構合理、跟蹤準確、方便易用。把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論系統(tǒng)向何方行駛、如何調(diào)頭、拐彎，智能太陽跟蹤儀都能保證設備的要求跟蹤部位正對太陽！

光伏發(fā)電的工作原理

　　光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限 制，因為陽光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設同期短的優(yōu)點。

　　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。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系 統(tǒng)和計算器輔助電源等。

　　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。目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中 繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這 在發(fā)達國家已經(jīng)大面積推廣實施。我國并網(wǎng)發(fā)電還未起步，不過，2008年北京奧運會部分用電將會由太陽能發(fā)電和風力發(fā)電提供。

　　江陰海虹有色金屬材料有限公司（簡稱：海虹鋁業(yè)）光伏科技部是一家專業(yè)從事光伏太陽能邊框型材等各類鋁型材精加工的現(xiàn)代化企業(yè)，公司建筑面積18萬平方米,年加工能力可達二百萬套。

光伏發(fā)電的優(yōu)缺點

　　與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

　　①無枯竭危險；②安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。

　　缺點：

　　①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

光伏發(fā)電的起源及發(fā)展

　　早在1839年，法國科學家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應”，簡稱“光伏效應”。1954年，美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發(fā)電技術。

　　20世紀70年代后，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出，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，同時全球約有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構，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。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉為電能，轉變率5%，每年發(fā)電量可達5.6×1012千瓦小時，相當于世界上能耗的40倍。正是由于太陽能的這些獨特優(yōu)勢，20世紀80年代后，太陽能電池的種類不斷增多、應用范圍日益廣闊、市場規(guī)模也逐步擴大。

　　20世紀90年代后，光伏發(fā)電快速發(fā)展，到2006年，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。

　　世界光伏組件在1990年——2005年年平均增長率約15%。20世紀90年代后期，發(fā)展更加迅速，1999年光伏組件生產(chǎn)達到200兆瓦。商品化電池效率從10%～13%提高到13%～15%，生產(chǎn)規(guī)模從1～5兆瓦/年發(fā)展到5～25兆瓦/年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦擴大。光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元/瓦以下。
　　2006年的光伏行業(yè)調(diào)查表明，到2010年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在30%以上。年銷售額將從2004年的70億美金增加到2010年的300億美金。許多老牌的光伏制造公司也從原來的虧本轉為盈利。

中國光伏發(fā)電的發(fā)展

　　發(fā)展優(yōu)勢

　　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。中國地處北半球，南北距離和東西距離都在5000公里以上。在中國廣闊的土地上，有著豐富的太陽能資源。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，西藏日輻射量最高達每平米7千瓦時。年日照時數(shù)大于2000小時。與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能。

　　發(fā)展歷程

　　中國太陽電池的研究始于1958年，1959年研制成功第1個有實用價值的太陽電池。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀70年代起步，1971年3月首次成功地應用于我國第2顆衛(wèi)星上，1973年太陽電池開始在地面應用，1979年開始生產(chǎn)單晶硅太陽電池。20世紀90年代中期后光伏發(fā)電進入穩(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，21世紀初迎來了快速發(fā)展的新階段。

　　中國的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有2次跳躍，第一次是在20世紀80年代末，中國的改革開放正處于蓬勃發(fā)展時期，國內(nèi)先后引進了多條太陽電池生產(chǎn)線，使中國的太陽電池生產(chǎn)能力由原來的3個小廠的幾百千瓦一下子上升到6個廠的4.5兆瓦，引進的太陽電池生產(chǎn)設備和生產(chǎn)線的投資主要來自中央政府、地方政府、國家工業(yè)部委和國家大型企業(yè)。第二次光伏產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展在2000年以后，主要是受到國際大環(huán)境的影響、國際項目/政府項目的啟動和市場的拉動。2002年由國家法改委負責實施的“光明工程”先導項目和“送電到鄉(xiāng)”工程以及2006年實施的送電到村工程均采用了太陽能光伏發(fā)電技術。在這些措施的有力拉動下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的勢頭日漸明朗。

　　到2007年年底，中國光伏系統(tǒng)的累計裝機容量達到10萬千瓦（100MW），從事太陽能電池生產(chǎn)的企業(yè)達到50余家，太陽能電池生產(chǎn)能力達到290萬千瓦（2900MW），太陽能電池年產(chǎn)量達到1188MW，超過日本和歐洲，并已初步建立起從原材料生產(chǎn)到光伏系統(tǒng)建設等多個環(huán)節(jié)組成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，特別是多晶硅材料生產(chǎn)取得了重大進展，突破了年產(chǎn)千噸大關，沖破了太陽能電池原材料生產(chǎn)的瓶頸制約，為中國光伏發(fā)電的規(guī)模化發(fā)展奠定了基礎。2007年是中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一年。受益于太陽能產(chǎn)業(yè)的長期利好，整個光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了前所未有的投資熱潮，但也存在諸如投資盲目、惡性競爭、創(chuàng)新不足等問題。

　　2009年6月，由中廣核能源開發(fā)有限責任公司、江蘇百世德太陽能高科技有限公司和比利時Enfinity公司組建的聯(lián)合體以1.0928元/度的價格，競標成功我國首個光伏發(fā)電示范項目——甘肅敦煌10兆瓦并網(wǎng)光伏發(fā)電場項目，1.09元/千瓦時電價的落定，標志著該上網(wǎng)電價不僅將成為國內(nèi)后續(xù)并網(wǎng)光伏電站的重要基準參考價，同時亦是國內(nèi)光伏發(fā)電補貼政策出臺、國家大規(guī)模推廣并網(wǎng)光伏發(fā)電的重要依據(jù)。

　　前景規(guī)劃

　　根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國力爭使太陽能發(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%。預計2030年之前，中國太陽能裝機容量的復合增長率將高達25%以上。

　　最新政策：

　　二〇〇九年七月十六日國家三部委財政部、科技部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《關于實施金太陽示范工程的通知》，隨后又公布了具體的《金太陽示范工程財政補助資金管理暫行辦法》決定綜合采取財政補助、科技支持和市場拉動方式，加快國內(nèi)光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展，并計劃在2－3年內(nèi)，采取財政補助方式支持不低于500兆瓦的光伏發(fā)電示范項目；各種利好都給中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)注入了強勁的生命活力！希望在不遠的將來，我國的光伏發(fā)電整體競爭力能夠達到國際領先水平，光伏發(fā)電電力供應量在國內(nèi)總電力供應中的占比能夠達到更高水平，從而更加有力的推動我國經(jīng)濟結構轉型和能源結構優(yōu)化！

光伏發(fā)電的經(jīng)濟及環(huán)境特征

　　光伏發(fā)電目前的成本仍然在1.4-2元/千瓦時，如果仍然堅持目前的價格不符合市場發(fā)展的規(guī)律。

　　光伏發(fā)電可以減少污染氣體排放。

　　光伏發(fā)電技術　將太陽能直接轉換為電能的技術稱為光伏發(fā)電技術。在國際上，光伏發(fā)電技術的研究已有100多年的歷史。目前這一能源高端產(chǎn)品已經(jīng)成熟。我國于1958年開始研究太陽電池，1971年首次成功地應用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星上。1973年開始將太陽電池用于地面。2002年，國家有關部門啟動“送電到鄉(xiāng)工程”，在西部七省區(qū)的近800個無電鄉(xiāng)所在地安裝光伏電站，該項目拉動了我國光伏工業(yè)快速發(fā)展。截止到2004年底，我國太陽電池的累計裝機已經(jīng)達到6.5萬千瓦。

　　光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限制，因為陽光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設同期短的優(yōu)點。

　　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。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和銅銦鎵硒薄膜電池等。