中国分布式光伏发电100问答—— 原理及意义篇

发布时间:2018/4/24

1.什么是光伏发电?什么是分布式光伏发电?

答:光伏发电是指利用太阳电池把太阳辐射能直接转变成电能的发电方式。光伏发电是当今太阳光发电的主流,所以,现在人们通常说的太阳光发电主要是指太阳能光伏发电。

分布式光伏发电,是指在用户所在场地附近建设、运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网,且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。

分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则,充分利用当地太阳能资源,替代和减少化石能源消费。

2.您知道光伏发电的历史起源吗?

答:

•1839年,19岁的法国贝克勒尔做物理实验时,发现在导电液中的两种金属电极用光照射时,电流会加强,从而发现了“光生伏打效应”;

•1930年朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”,是太阳能变成电能;

•1932年奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池;

•1941年,奥尔在硅上发现光伏效应;

•1954年5月美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的单晶硅太阳电池,这是世界上第一个有实用价值的太阳电池。同年,威克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成了太阳电池。太阳光能转化为电能的实用光伏发电技术由此诞生并发展起来。

3.光伏电池是怎么发电的?

答:光伏电池是一种具有光‐电转换特性的半导体器件,它直接将太阳辐射能转换成直流电,是光伏发电的最基本单元。光伏电池特有的电特性是借助于在晶体硅中掺入某些元素(例如:磷或硼等),从而在材料的分子电荷里造成永久的不平衡,形成具有特殊电性能的半导体材料。在阳光照射下,具有特殊电性能的半导体内可以产生自由电荷,这些自由电荷定向移动并积累,从而在其两端形成电动势,当用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。

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太阳能发电原理图

4.光伏发电系统由哪些部件构成?

答:光伏发电系统由光伏方阵(光伏方阵由光伏组件串并联而成)、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。光伏发电系统的核心部件是光伏组件,而光伏组件又是由光伏电池串、并联并封装而成,它将太阳的光能直接转化为电能。光伏组件产生的电为直流电,我们可以直接以直流电的形式应用,也可以用逆变器将其转换成为交流电,加以应用。从另一个角度来看,对于光伏系统产生的电能我们可以即发即用,也可以用蓄电池等储能装置将电能存放起来,按照需要随时释放出来使用。其系统组成如下图所示。

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5.什么是配电网?配电网与分布式光伏发电有什么关系?

答:配电网是从输电网或地区发电厂接受电能,通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网,是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容、计量装置以及一些附属设施等组成的,一般采用闭环设计、开环运行,其结构呈辐射状。

分布式电源接入配电网,使配电系统中发电与用电并存,配电网结构从放射状结构变为多电源结构,短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变。

6.为什么说光伏电力是绿色低碳能源?

答:光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益,是最优质的绿色能源之一。在我国平均日照条件下,光伏发电系统全寿命周期内能量回报超过其能源消耗的15倍以上,光伏发电的碳排放量仅是燃煤发电的5%左右。欧盟已提出2030年光伏发电约占总发电量15%的宏伟愿景。世界发达国家已经将其作为战略性新兴产业,并在近20年中获得了快速发展。我国面临着更为严峻的能源和环境压力,如参比欧盟相同的光伏占发电量15%的目标,则到2030年我国光伏总装机容量将达到10.5亿千瓦,按年发电1200小时计算,年发电量可达12600亿千瓦时,相当于2012年全国总用电量的25%,可节约用煤4.08亿吨标准煤,实现减排二氧化碳约9.9亿吨,年减排二氧化硫、氮氧化物、粉尘分别达到914万吨、184万吨、23万吨,同时可减少因燃煤发电带来的固废排放1.4亿吨和用水31.75亿吨。根据世界自然基金会(WWF)研究结果:从减排二氧化碳效果而言,安装1平米太阳能光伏相当于植树造林100平米,发展光伏发电等可再生能源将是根本上解决雾霾、酸雨等环境问题的有效手段。

7.如何看待有报道说“生产光伏电池组件时消耗大量能源”的消息?

答:太阳电池在其生产过程中确实要消耗一定的能量,特别是工业硅提纯、高纯多晶硅生产、单晶硅硅棒/多晶硅硅锭生产三个生产环节的能耗较高。但是太阳能电池在20‐25年的使用寿命期内能够不断产生能量。据测算,在我国平均日照条件下,光伏发电系统全寿命周期内能量回报超过其能源消耗的15倍以上。在北京以最佳倾角安装的1kWp屋顶光伏并网系统的能量回收期1为1.5‐2年,远低于光伏系统的使用寿命期20‐30年。也就是说,该光伏系统前1.5‐2年发出的电量是用来抵消其生产等过程消耗的能量,1.5‐2年之后发出的能量都是纯产出的能量。所以应该从全生命周期的角度评价光伏电池的能耗。

8.我们有多少太阳光可以利用?它能够成为未来主导能源吗?

答:地球表面接受的太阳能辐射能够满足全球能源需求的1万倍。地表每平方米平均每年接收到的辐射随地域不同大约在1000‐2000kWh之间。国际能源署数据显示,在全球4%的沙漠上安装太阳能光伏系统,就足以满足全球能源需求。太阳能光伏享有广阔的发展空间(屋顶、建筑面、空地和沙漠等),其潜力十分巨大。

随着我国经济的高速发展,面临着能源和环境的双重压力,从2007年开始我国已经成为世界二氧化碳第一排放国,且还将持续走高。据国际能源署统计,2012年我国二氧化碳排放新增量为3亿吨,超过欧美当年减排2.5亿吨的总减排量,我国承受的国际压力越来越大。据预测,直到2030年,我国才会达到排放顶点;我国不仅是原油进口大国,也已成为原煤进口的第一大国,2012年净进口原煤2.4亿吨。原油的对外依存度高达56%,我国还是电力消费和电力装机世界第一大国,可常规能源储采比却远远低于世界平均水平。如果不把光伏发电等可再生能源战略性新兴产业作为我国的百年大计,能源短缺和环境的持续恶化就不能得到根本的改善。大力发展光伏发电等可再生能源是我国能源和环境可持续发展的主要出路之一。随着光伏发电的技术进步和规模化应用,其发电成本还将进一步降低,成为更加具有竞争力的能源供应方式,逐步从补充能源到替代能源并极有希望成为未来的主导能源。



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