中國分布式光伏發電100問答(1)—— 原理及意義篇

發布時間:2018/4/24

1.什么是光伏發電?什么是分布式光伏發電?

答:光伏發電是指利用太陽電池把太陽輻射能直接轉變成電能的發電方式。光伏發電是當今太陽光發電的主流,所以,現在人們通常說的太陽光發電主要是指太陽能光伏發電。

分布式光伏發電,是指在用戶所在場地附近建設、運行方式以用戶側自發自用為主、多余電量上網,且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。

分布式光伏發電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則,充分利用當地太陽能資源,替代和減少化石能源消費。

2.您知道光伏發電的歷史起源嗎?

答:

•1839年,19歲的法國貝克勒爾做物理實驗時,發現在導電液中的兩種金屬電極用光照射時,電流會加強,從而發現了“光生伏打效應”;

•1930年朗格首次提出用“光伏效應”制造“太陽電池”,是太陽能變成電能;

•1932年奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池;

•1941年,奧爾在硅上發現光伏效應;

•1954年5月美國貝爾實驗室恰賓、富勒和皮爾松開發出效率為6%的單晶硅太陽電池,這是世界上第一個有實用價值的太陽電池。同年,威克爾首次發現了砷化鎵有光伏效應,并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜,制成了太陽電池。太陽光能轉化為電能的實用光伏發電技術由此誕生并發展起來。

3.光伏電池是怎么發電的?

答:光伏電池是一種具有光‐電轉換特性的半導體器件,它直接將太陽輻射能轉換成直流電,是光伏發電的最基本單元。光伏電池特有的電特性是借助于在晶體硅中摻入某些元素(例如:磷或硼等),從而在材料的分子電荷里造成永久的不平衡,形成具有特殊電性能的半導體材料。在陽光照射下,具有特殊電性能的半導體內可以產生自由電荷,這些自由電荷定向移動并積累,從而在其兩端形成電動勢,當用導體將其兩端閉合時便產生電流。這種現象被稱為“光生伏打效應”,簡稱“光伏效應”。


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太陽能發電原理圖

4.光伏發電系統由哪些部件構成?

答:光伏發電系統由光伏方陣(光伏方陣由光伏組件串并聯而成)、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成。光伏發電系統的核心部件是光伏組件,而光伏組件又是由光伏電池串、并聯并封裝而成,它將太陽的光能直接轉化為電能。光伏組件產生的電為直流電,我們可以直接以直流電的形式應用,也可以用逆變器將其轉換成為交流電,加以應用。從另一個角度來看,對于光伏系統產生的電能我們可以即發即用,也可以用蓄電池等儲能裝置將電能存放起來,按照需要隨時釋放出來使用。其系統組成如下圖所示。

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5.什么是配電網?配電網與分布式光伏發電有什么關系?

答:配電網是從輸電網或地區發電廠接受電能,通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網,是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償電容、計量裝置以及一些附屬設施等組成的,一般采用閉環設計、開環運行,其結構呈輻射狀。

分布式電源接入配電網,使配電系統中發電與用電并存,配電網結構從放射狀結構變為多電源結構,短路電流大小、流向以及分布特性均發生改變。

6.為什么說光伏電力是綠色低碳能源?

答:光伏發電具有顯著的能源、環保和經濟效益,是最優質的綠色能源之一。在我國平均日照條件下,光伏發電系統全壽命周期內能量回報超過其能源消耗的15倍以上,光伏發電的碳排放量僅是燃煤發電的5%左右。歐盟已提出2030年光伏發電約占總發電量15%的宏偉愿景。世界發達國家已經將其作為戰略性新興產業,并在近20年中獲得了快速發展。我國面臨著更為嚴峻的能源和環境壓力,如參比歐盟相同的光伏占發電量15%的目標,則到2030年我國光伏總裝機容量將達到10.5億千瓦,按年發電1200小時計算,年發電量可達12600億千瓦時,相當于2012年全國總用電量的25%,可節約用煤4.08億噸標準煤,實現減排二氧化碳約9.9億噸,年減排二氧化硫、氮氧化物、粉塵分別達到914萬噸、184萬噸、23萬噸,同時可減少因燃煤發電帶來的固廢排放1.4億噸和用水31.75億噸。根據世界自然基金會(WWF)研究結果:從減排二氧化碳效果而言,安裝1平米太陽能光伏相當于植樹造林100平米,發展光伏發電等可再生能源將是根本上解決霧霾、酸雨等環境問題的有效手段。

7.如何看待有報道說“生產光伏電池組件時消耗大量能源”的消息?

答:太陽電池在其生產過程中確實要消耗一定的能量,特別是工業硅提純、高純多晶硅生產、單晶硅硅棒/多晶硅硅錠生產三個生產環節的能耗較高。但是太陽能電池在20‐25年的使用壽命期內能夠不斷產生能量。據測算,在我國平均日照條件下,光伏發電系統全壽命周期內能量回報超過其能源消耗的15倍以上。在北京以最佳傾角安裝的1kWp屋頂光伏并網系統的能量回收期1為1.5‐2年,遠低于光伏系統的使用壽命期20‐30年。也就是說,該光伏系統前1.5‐2年發出的電量是用來抵消其生產等過程消耗的能量,1.5‐2年之后發出的能量都是純產出的能量。所以應該從全生命周期的角度評價光伏電池的能耗。

8.我們有多少太陽光可以利用?它能夠成為未來主導能源嗎?

答:地球表面接受的太陽能輻射能夠滿足全球能源需求的1萬倍。地表每平方米平均每年接收到的輻射隨地域不同大約在1000‐2000kWh之間。國際能源署數據顯示,在全球4%的沙漠上安裝太陽能光伏系統,就足以滿足全球能源需求。太陽能光伏享有廣闊的發展空間(屋頂、建筑面、空地和沙漠等),其潛力十分巨大。

隨著我國經濟的高速發展,面臨著能源和環境的雙重壓力,從2007年開始我國已經成為世界二氧化碳第一排放國,且還將持續走高。據國際能源署統計,2012年我國二氧化碳排放新增量為3億噸,超過歐美當年減排2.5億噸的總減排量,我國承受的國際壓力越來越大。據預測,直到2030年,我國才會達到排放頂點;我國不僅是原油進口大國,也已成為原煤進口的第一大國,2012年凈進口原煤2.4億噸。原油的對外依存度高達56%,我國還是電力消費和電力裝機世界第一大國,可常規能源儲采比卻遠遠低于世界平均水平。如果不把光伏發電等可再生能源戰略性新興產業作為我國的百年大計,能源短缺和環境的持續惡化就不能得到根本的改善。大力發展光伏發電等可再生能源是我國能源和環境可持續發展的主要出路之一。隨著光伏發電的技術進步和規模化應用,其發電成本還將進一步降低,成為更加具有競爭力的能源供應方式,逐步從補充能源到替代能源并極有希望成為未來的主導能源。



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