太阳能光伏发电系统简介

发布时间:15-01-07 17:03分类:技术文章 标签:太阳能光伏
太阳能光伏发电的几个关键问题
发展太阳能光伏发电产业的关键问题包括光伏电池技术、光伏发电成本、光伏发电政策以及光伏电网的接入等。
–光伏电池技术
光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心部件。光伏电池大规模应用需要解决2大难题:
提高光电转换效率和降低生产成本。太阳能光伏电池通常用晶体硅或薄膜材料制造,前者由切割、铸锭或者锻造的方法获得,后者是一层薄膜附着在低价的衬背上。晶体硅仍是当前太阳能光伏电池的主流。晶体硅电池包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。单晶硅电池的实验室*高转换效率可达24.7%,商业化电池效率为16%~20%。多晶硅太阳能电池的实验室*高效率也超过了20%,商业化电池效率为15%~18%。除效率外,电池的厚度也很重要。降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施。硅片的平均厚度已从2003年的0.23mm减小到2007年的0.18mm。下表为2003—2007年各类太阳能产量MW
太阳能电池主要有六种:单晶硅、多晶硅、HIT(HIT太阳能电池为三洋电机采用特殊结构、结合结晶型及薄膜型特点研发而成的太阳能电池)、非晶硅、铜铟镓硒和碲化镉电池。在对能量产出要求比较均衡的情况下,单晶硅、HIT组件在太阳辐射较高时性能*优,适合在太阳辐射强、多晴天的地区使用;在太阳辐射量较高、少云或多云地区,碲化镉有优势;多晶硅和铜铟稼硒受太阳辐照影响较大,不适合在太阳辐射变化大、四季分明的地区使用;非晶硅在太阳辐射较低、多阴雨地区才能显现优势。
–光伏发电成本
光伏发电何时达到平价上网(即光伏发电的成本达到常规能源发电电价的水平)是一个备受关注的问题。*发改委能源研究所提出,所谓平价上网有2个概念,即输电侧上网和配电侧上网。配电侧上网也即自发自用,可以与电网销售电价比较(我国销售电价为0.5~1元/(kW·h)
),这表明光伏发电自用更容易实现“平价上网”。但如果是输电侧中高压并网,因我国常规电力上网电价一般仅为0.3元/
(kW·h),要在这个水平上达到平价上网还有相当的难度。光伏发电系统成本的60%以上来自太阳能电池。2006年,并网光伏发电系统成本约为5万元/kW,系统各部分成本比例见下表。
–光伏发电政策
政府的政策导向将决定光伏产业的发展水准和市场需求。由于原材料硅的价格下跌导致光伏发电价格从2008年10月快速下降,但目前光伏市场仍然是由政府和政策驱动的。下面介绍一下各国光伏发电主要扶持政策以及2008年后所做出的调整。
德国在*后实施“一千屋顶计划”和“十万屋顶”计划基础上,于2000年1月颁布实施了与“全网平摊”相配套的《可再生能源上网电价法》,对光伏发电实施0.99马克/(kW·h)的上网电价。
日本于1974年开始执行阳光计划,把光伏发电作为*电力未来的重要组成部分。2008年6月,日本又开始讨论重新启动对光伏系统进行补贴,7月即公布了《低碳社会行动方案》。同年11月又发布了《推广太阳能发电行动方案》。光伏业界普遍看好日本2009年后的光伏市场。
西班牙于2004年后对太阳能等可再生能源电力实施了高补贴电价政策,极大地刺激了西班牙光伏市场的迅速增长。2008年西班牙成为光伏市场发展*快的*,累计容量排名第2。在达到政府规定的市场容量后,西班牙政府于2008年9月对电价水平进行调整,直接对本国新增市场规模进行控制。
美国政府早在20世纪90年代提出“百万屋顶”计划刺激本国光伏发电市场。美国光伏市场的发展主要得益于5类经济政策的共同作用,即净电表制、生产税返还、投资税抵扣、配额制和税收优惠。这些经济政策的刺激加速了美国光伏产业的发展,2008年美国在全球新增光伏市场中以400MW排名第3,装机总容量达到1410MW。目前新的联邦投资抵扣税政策和《2009经济刺激法案》出台,但美国国内仍对是否使用财政资金大规模发展光伏发电存在争议,美国光伏市场前景存在不确定性。
中国的太阳能光伏市场总体发展速度比较缓慢。“六五”和“七五”期间,*对光伏市场的发展给予支持。近期中国政府推出一系列的光伏发电刺激政策。2009年3月,财政部联合住房和城乡建设部发布了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》、《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》,支持开展光电建筑应用示范,实施“太阳能屋顶计划”;6月发布的《新能源产业振兴规划征求意见稿》提出2020年建成30
GW的光伏发厂;7月,财政部、科技部、*能源局联合宣布在我国正式启动金太阳示范工程。政府的大力支持使得各方普遍看好中国光伏市场的前景。
–电网接入问题
随着光伏发电的快速发展,如何接入电网成了一个关键的问题。对于光伏电站的并网要求,国际上已经有了很多标准,中国的标准分散在一些传统标准之中,大多只是对电压和电流的谐波、电压和频率偏差、电压波动和闪变、直流分量和功率因数的要求。在光伏电站容量较小时,这些参数要求基本适用。但是,当光伏电站的规模越来越大(几十甚至上百兆瓦)时,*必须考虑光伏电站接受电网调度以及参与电网管理等方面的因素,具体包括低电压穿越、无功补偿、有功功率降额等。

对于屋顶光伏电站的电能质量和安全,北京京东方能源科技有限公司刘敬伟说,电网及用户侧的安全性主要体现在供电设备(光伏电站)输出的电能质量和供电设备在电网异常时候的响应特性。对于屋顶光伏电站大多采用用户侧低压并网,输出电能直接供用户侧使用,因此电站输出电能质量以及电站的安全性显得更为重要。合格的电能质量是在正常工作情况下不影响或干扰用户使用电力情况的物理特性,其衡量指标主要包括谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等指标。光伏电站在电网异常时的响应特性直接决定了用户侧用电及维护的安全性,其响应特性主要包括孤岛保护、低电压穿越等。

为加快启动国内太阳能光电建筑应用市场,支持太阳能光电在城乡建设领域应用的示范推广,2009年3月,财政部会同住房和城乡建设部推出了促进光电建筑BIPV(光伏建筑一体化)和光伏屋顶应用的国家光伏补贴计划,该计划被视为中国光伏市场的转折点。从2009年开始住房和城乡建设部每年都组织申报“太阳能光电建筑应用示范项目”,对核准并建成的项目给与定额补贴。截至2011支持项目316个,共计301.2MW。今年将继续支持约150~200MW的项目,而且光电建筑应用支持政策将向绿色生态城区倾斜,向一体化程度高的项目倾斜。在西部大规模荒漠电站电力输送通道受阻的现实情况下,政府、企业、投资商把注意力转向东部经济发达地区的这种分布式屋顶用户侧并网太阳能发电。

◇11月财政部、科技部、住房城乡建设部和国家能源局联合印发《关于组织申报金太阳和光电建筑应用示范项目的通知》,对光伏发电入社区、入家庭项目,根据投资成本情况,在金太阳和太阳能光电建筑应用示范项目补助标准基础上予以适当增加。

近几年,我国太阳能光伏发电产业发展迅速。
2011年,光伏系统安装量达到2.7GWp,并网发电2.2GWp;光伏组件达到21GWp,占全球的60%以上。我国太阳电池及组件产量已连续5年位居全球第一,是继意大利和德国之后的第三大光伏系统安装国。今日中国已成为欧洲之外的最大光伏市场。

◇4月科技部印发《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》,提出“十二五”期间,初步实现用户侧并网光伏系统平价上网,公用电网侧并网光伏系统上网电价低于0.8元/kWh,基本掌握多种光伏微网系统关键部件及设计集成技术,实现示范应用。

迎接平价消费时代

加紧产业开拓

太阳能发电与建筑一体化是分布式用户侧并网太阳能发电的典型模式。“光伏建筑一体化不单是指屋顶光伏电站。”山东烟台鼎城新能源光伏有限公司余国光表示,光伏建筑一体化是一个系统工程。它不是把荒漠电站简单地搬到屋顶上,也不是平铺在屋顶上,不会带来散热难和积尘问题。要实现光伏建筑一体化必须首先作到光伏设计与建筑设计的一体化,屋顶电站设计与建筑设计同步进行。

中国是太阳能资源相当丰富的国家,总辐射量大致在930~2330千瓦时/平方米/年之间。太阳能光伏发电产业在我国已具有强大生命力和广阔的发展前景。记者日前了解到,2008年,我国并网光伏装机增量仅为45MV,而到2011年,这一数字增加到2200MV,中国正不断地从光伏发电大国向产业强国转变,我国能源结构体系也在发生变化。

中国可再生能源学会副理事长、光电专业委员会主任赵玉文介绍现状时说,我国光伏发电系统安装量近几年发展迅速,这得益于2009年3月国家财政部、科技部等颁布实施的《金太阳示范工程》以及2011
年发改委颁布实施《上网电价政策》。中国是一个能源生产和消费大国,中国政府看到,随着经济高速发展,中国能源消耗增长速度居世界首位,加剧了中国能源替代形势的严重性和紧迫性。

国家发改委能源研究所研究员王斯成表示,随着技术进步和产业发展,光伏发电成本有了明显下降,晶体硅光伏组件的售价从2007年的36元/Wp下降到现在的5元左右,系统价格从6年前的60元/Wp
下降到2012年的10元。2012年中国西部的合理光伏电价大约为1元/kWh(年满发1500小时),中国东部的合理电价大约为1.3元/kWh(年满发1100小时)。中国东部平均白天工商业用电价格在0.925元,如果光伏成本再下降30%,即可以达到平价消费的水平。他说,在欧洲,电网对居民的零售电价大约在0.2~0.25欧元/kWh,而光伏发电的合理电价大约在0.10~0.15欧元/kWh,用光伏发的电比用电网的电还要便宜,达到了平价消费的水平。中国虽然目前还没有达到光伏平价消费的阶段,但在今后2~3年内就有可能在工商业用户建筑上实现光伏的平价消费,因此研究制订中国光伏平价消费政策是很有必要的。

2011年,我国太阳能电池总产量达到
21.157GWp,占世界产量约56.16%。其中晶硅电池20.592GWp,占世界晶硅电池总量的62.2%;硅基薄膜电池0.565GWp,占我国电池总量的2.67%,占世界硅基薄膜总量1.647GWp的34.3%。据统计显示,我国排名前11家太阳电池厂商的电池产量均为晶硅电池,占全国晶硅电池总量的61.3%。2011年全国共计生产21.265GWp光伏组件(其中薄膜组件0.565GWp),占世界总光伏组件总量34.788GWp
的61.1%。排名前11家厂商生产了12.467GWp组件,占全国组件总量的58.63%,占全国晶硅组件的60.2%。大厂商是我国光伏制造业的主力,PV制造业已经形成规模化的格局。

澳门新蒲京娱乐诚,于是中国把大力发展光伏发电作为能源安全的重要战略措施之一。计划“十二五”及2020年光伏发电规划发展目标为累计安装量分别达到21GWp和50GWp,并推广与建筑结合的并网光伏发电系统,鼓励在有条件的城镇公共设施、商业建筑以及产业园内安装光伏发电系统。

太阳能是“取之不尽,用之不竭”的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05*10^18千瓦时,相当于1.3*10^6亿吨标准煤,大约为全世界目前一年耗能的1万多倍。各国将大量科研经费、人才力量投向太阳能领域,希望光伏发电成为未来可以替代化石能源的一种发电方式。2011年,全球新增并网光伏装机已经达到29.7GW,累计并网光伏装机容量达到69.7GW,各国不断提速本国太阳能光伏发电产业的发展。

◇3月财政部印发《可再生能源电价附加补助资金管理暂行办法》,对接入电网系统的可再生能源发电项目,实行按距离远近和上网电量给予补贴。

光电建筑是未来重要的一个发展方向。2011
年,全球屋顶光伏电站装机容量约占光伏总装机容量的70%。一直以来,欧美等国家始终将扶持的重点放在屋顶光伏电站项目上,德国和意大利总装机容量的
80%来自屋顶电站;日本政府近年来推出了“太阳能屋顶计划”,其2011年屋顶电站装机量达70%;而这一比例在法国更是达到了90%;美国政府通过
2010年的“千万太阳能屋顶”计划,不断扩大其屋顶光伏电站的市场规模,预计2030年其屋顶光伏电站安装量将达到200GW。

◇8
月国家发改委发布《可再生能源发展“十二五”规划》,明确规定可再生能源发电在电力体系中将上升为重要电源,2015年我国太阳能发电将达到2100万千瓦,较原规划的1000万千瓦增加一倍多。目前我国太阳能发电装机容量不过200万千瓦左右。◇9月国家能源局印发《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》,特别强调国家对示范区的光伏发电项目实行单位电量定额补贴政策,对自发自用电量和多余上网电量实行统一补贴标准。这意味着分布式发电补贴模式发生了巨大变化。

对于平价消费,美国斯坦福大学MAP基金会可持续能源研究员沈玫表示,“目前影响我国太阳能光伏发电市场发展的很重要的问题就是经济可行性。加强国家对分布式太阳能光伏发电方面的补贴政策,除了补贴大中型示范工程项目以外,对小型光伏发电项目的补贴力度也要加大。”她说,目前中国的太阳能光伏发电市场主要还集中在大规模光伏发电厂,而对可安装于工业园区、住宅小区、城区写字楼等的中小型规模的分布式太阳能光伏发电系统,其在中国的发展还存在很多问题亟待解决。

“自2002年以来,我国光伏制造业产品连续多年以100%以上的年增长率快速发展,2007年~2010年连续4年产量居世界第一,2010年产量为8000兆瓦,占世界总产量的50%。”中国科学院电工研究所研究员许洪华说,我国光伏产业规模迅速扩大,光伏生产设备已经从过去全部引进达到70%的国产化率;光伏利用技术与国外差距缩小,发电侧并网光伏电站和用户侧并网系统正开始商业化推广,大功率逆变器已经实现产业化,光伏微网技术研究正在起步。