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技術前景兩相宜 看光伏今昔對比
來源:網絡來源 日期:2011-12-8 作者:全球電池網 點擊:

太陽能是取之不盡用之不竭的可再生能源,也是清潔能源,不產生任何環境污染。在太陽能的有效利用中,太陽能發電是近年來發展最快、最具活力的研究領域,因而深受人們的青睞。

一般來說,太陽能發電可分為光熱發電和光伏發電。通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電,簡稱“光電”。光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯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電裝置。

太陽能光伏發電系統主要由太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器和用戶負載等組成。其中,太陽能電池組件和蓄電池為電源系統,控制器和逆變器為控制保護系統,用戶負載為系統終端。

從上世紀70年代中期開始地面用太陽電池商品化以來,晶體硅就作為基本的電池材料占據著統治地位。以晶體硅材料制備的太陽能電池主要包括:單晶硅太陽電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池和薄膜晶體硅電池。單晶硅電池具有電池轉換效率高,穩定性好,但是成本較高;非晶硅太陽電池具有生產效率高,成本低廉,但是轉換效率較低,而且效率衰減得比較快;多晶硅太陽能電池則具有穩定的轉換效率。而且性能價格比最高;薄膜晶體硅太陽能電池近年有了快速發展,但現在還占不到光伏發電的6%。從目前來看,薄膜電池雖有很好的發展潛質,但單晶硅與多晶硅電池仍是較長時間內的主流產品。太陽能光伏發電技術日新月異,企業轉換率已達17%,實驗室轉換率已達24.7%,每年的平均增長速度超過0.2%以上。

光伏發電產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;三是并網發電,這在發達國家已經大面積推廣實施。

由于太陽能光伏發電具有安全可靠、無噪聲、無污染、能量隨處可得、無機械轉動部件、故障率低、維護簡便、無人值守、建站周期短、規模大小隨意和無需架設輸電線路、方便與建筑物結合等特點,它已成為太陽能發電最基本、最普遍和最有前景的應用形式。

理論上講,光伏發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和計算器輔助電源等。中國國產晶體硅電池效率在15至19%左右,國際上同類產品效率約16至21%。

據預測,太陽能光伏發電在21世紀會占據世界能源消費的重要席位,不但要替代部分常規能源,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,太陽能發電將占到60%以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。

光伏發電系統

系統分類

光伏發電系統分為獨立光伏系統和并網光伏系統。獨立光伏電站包括邊遠地區的村莊供電系統,太陽能戶用電源系統,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電系統。

并網光伏發電系統是與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統。可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網發電系統。帶有蓄電池的并網發電系統具有可調度性,可以根據需要并入或退出電網,還具有備用電源的功能,當電網因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網發電系統常常安裝在居民建筑;不帶蓄電池的并網發電系統不具備可調度性和備用電源的功能,一般安裝在較大型的系統上。

系統設備

光伏發電系統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,還是其它發光體產生的光照)情況下,電池吸收光能,電池兩端出現異號電荷的積累,即產生“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出的電能并可隨時向負載供電。太陽能電池發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。由于蓄電池的循環充放電次數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逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統,為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發電系統。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。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

由于相對于某一個固定地點的太陽能光伏發電系統,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,發電效率才會達到最佳狀態。目前世界上通用的太陽跟蹤控制系統都需要根據安放點的經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跟蹤。采用的是電腦數據理論,需要地球經緯度地區的的數據和設定,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據和調整各個參數;原理、電路、技術、設備復雜,非專業人士不能夠隨便操作。河北某太陽能光伏發電企業獨家研發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據、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。該系統是國內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℃環境溫度范圍內正常使用;跟蹤精度可以達到±0.001°,最大限度的提高太陽跟蹤精度,完美實現適時跟蹤,最大限度提高太陽光能利用率。可以廣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電系統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,不論系統向何方行駛、如何調頭、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!

光伏發電的工作原理

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯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電裝置。光伏發電的優點是較少受地域限 制,因為陽光普照大地;光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設同期短的優點。

光伏發電是根據光生伏特效應原理,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 網發電,光伏發電系統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,光伏發電設備極為精 煉,可靠穩定壽命長、安裝維護簡便。理論上講,光伏發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 統和計算器輔助電源等。

光伏發電的優缺點與常用的火力發電系統相比,光伏發電的優點主要體現在: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勢;④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電;⑤能源質量高;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。

光伏發電的起源及發展

早在1839年,法國科學家貝克雷爾(Becqurel)就發現,光照能使半導體材料的不同部位之間產生電位差。這種現象后來被稱為“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電技術。

20世紀70年代后,隨著現代工業的發展,全球能源危機和大氣污染問題日益突出,傳統的燃料能源正在一天天減少,對環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人類的能源結構,維持長遠的可持續發展,這之中太陽能以其獨有的優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、市場規模也逐步擴大。

20世紀90年代后,光伏發電快速發展,到2006年,世界上已經建成了10多座兆瓦級光伏發電系統,6個兆瓦級的聯網光伏電站。美國是最早制定光伏發電的發展規劃的國家。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定了光伏發電上網電價,大大推動了光伏市場和產業發展,使德國成為繼日本之后世界光伏發電發展最快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國,也紛紛制定光伏發展計劃,并投巨資進行技術開發和加速工業化進程。

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,發展更加迅速,1999年光伏組件生產達到200兆瓦。商品化電池效率從10%~13%提高到13%~15%,生產規模從1~5兆瓦/年發展到5~25兆瓦/年,并正在向50兆瓦甚至100兆瓦擴大。光伏組件的生產成本降到3美元/瓦以下。

2006年的光伏行業調查表明,到2010年,光伏產業的年發展速度將保持在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。
然而,全球光伏設施在2009年呈V字型增長達到最低點。2010年,全球光伏市場安裝量達到18.2GW,相較于去年增幅139%。以產值來看,2010年光伏產業全球營收達到820億美金,相較于2009年營收400億美金增幅105%。從產量來看,2010年全球太陽能電池產量達到20.5GW,較2009年9.86GW有顯著增長,其中薄膜電池產量占據總產量13.5%份額。

2010年開始,由財政部、科技部、住建部、國家能源局聯合發布文件,對“金太陽示范工程和太陽能光電建筑應用示范工程”的有關政策進行了大幅調整,涉及設備招標、項目調整、補貼標準、項目并網等多個關鍵環節。2010年新增了272MW的項目。此外,宣布在全國建立13個光伏發電集中應用示范園區,以此為依托推動中國光伏產業的的應用。并公開表示力爭2012年以后每年國內應用規模不低于1000MW。2010年8月,國家能源局舉行了280MW并網光伏發電項目特許權招標,最終中標價格分布在0.7288元/度至0.9907元/度之間,遠低于業內預期。中國政府的一系列光伏激勵政策促進了中國光伏市場的快速增長。2009年中國年度光伏新增裝機量達到160MW,超過了截至2008年底的累計安裝總量。2010年實際新增裝機量超過500MW。

2010年,中國光伏電池產量已超過全球總產量的50%。目前已有數十家光伏公司分別在海內外上市,據估算,行業年產值超過3000億元人民幣,直接從業人數超過30萬人。中國光伏產業走上了快速發展之路,已經掌握了包括太陽能電池制造、多晶硅生產等關鍵工藝技術,設備及主要原材料逐步實現國產化,產業規模快速擴張,產業鏈不斷完善,制造成本持續下降,具備較強的國際競爭能力。

前景規劃根據2007年《可再生能源中長期發展規劃》,到2020年,中國力爭使太陽能發電裝機容量達到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。

至2010年,我國相繼出臺了《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行方法》和《關于實施金太陽示范工程的通知》等政策,并先后啟動了兩批總計290MW的光伏電站特許權招標項目。截止2010年,我國累計光伏裝機量達到800MW,當年新增裝機容量達到500MW,同比增長166%。

最新政策 標桿電價出臺

2011年8月1日,國家發展和改革委員會網站發布《國家發展改革委關于完善太陽能光伏發電上網電價政策的通知》稱,今年7月前核準建設、年底前建成投產且尚未定價的光伏項目,上網電價為1.15元人民幣/千瓦時;7月及以后核準的,及7月之前核準但截至年底仍未建成投產的太陽能光伏發電項目,除西藏仍執行每千瓦時1.15元的上網電價外,其余省上網電價均按每千瓦時1元執行。我國的光伏上網電價正式出臺。標桿上網電價雖然低于各地標準,但這標志著國內市場真正啟動,利好光伏產業發展。

十二五規劃目標

2011年9月,根據《可再生能源發展“十二五”規劃》征求意見稿中數據,太陽能光伏“十二五”裝機目標上調為10GW,到2020年的太陽能光伏裝機大幅上調至50GW。而去年我國裝機容量尚不足500MW。這意味著在今后的幾年中,我國每年新增光伏裝機容量將達到2GW。國內太陽能光伏市場有望在“十二五”期間大規模啟動,太陽能光伏產業也有望借此迎來其黃金發展期。

《規劃》并提出我國政府將集中支持骨干光伏企業,提供資金、貸款等方面扶持,將在2015年形成1~2家5萬噸級多晶硅企業,2~4家萬噸級多晶硅企業;1~2家5G W級太陽能電池企業,8~10家G W級太陽能電池企業;3~4家年銷售收入過10億元的光伏專用設備企業;培育1~2家年銷售收入過千億元的光伏企業,3~5家年銷售收入過500億元的光伏企業。

2011年11月,據有關部門透露,即將出臺的《可再生能源發展“十二五”規劃》有望將“十二五”期間太陽能發電裝機目標上調至1500萬千瓦,其中光伏發電目標為1400萬千瓦。而此前備受業界關注的可再生能源電價附加,也有望近期提高至8厘/千瓦時。一系列政策動向都彈奏出國內光伏市場即將大規模啟動的強音。

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