中國(guó)分布式光伏發(fā)電100問答(1)—— 原理及意義篇
發(fā)布時間:2018/4/241.什麼(me)是光伏發(fā)電?什麼(me)是分布式光伏發(fā)電?
答:光伏發(fā)電是指利用太陽電池把太陽輻射能(néng)直接轉變成(chéng)電能(néng)的發(fā)電方式。光伏發(fā)電是當今太陽光發(fā)電的主流,所以,現在人們通常說的太陽光發(fā)電主要是指太陽能(néng)光伏發(fā)電。
分布式光伏發(fā)電,是指在用戶所在場地附近建設、運行方式以用戶側自發(fā)自用爲主、多餘電量上網,且在配電系統平衡調節爲特征的光伏發(fā)電設施。
分布式光伏發(fā)電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就(jiù)近利用的原則,充分利用當地太陽能(néng)資源,替代和減少化石能(néng)源消費。
2.您知道(dào)光伏發(fā)電的曆史起(qǐ)源嗎?
答:
•1839年,19歲的法國(guó)貝克勒爾做物理實驗時,發(fā)現在導電液中的兩(liǎng)種(zhǒng)金屬電極用光照射時,電流會(huì)加強,從而發(fā)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(néng)變成(chéng)電能(néng);
•1932年奧杜博特和斯托拉制成(chéng)第一塊“硫化镉”太陽電池;
•1941年,奧爾在矽上發(fā)現光伏效應;
•1954年5月美國(guó)貝爾實驗室恰賓、富勒和皮爾松開(kāi)發(fā)出效率爲6%的單晶矽太陽電池,這(zhè)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(fā)現了砷化镓有光伏效應,并在玻璃上沉積硫化镉薄膜,制成(chéng)了太陽電池。太陽光能(néng)轉化爲電能(néng)的實用光伏發(fā)電技術由此誕生并發(fā)展起(qǐ)來。
3.光伏電池是怎麼(me)發(fā)電的?
答:光伏電池是一種(zhǒng)具有光‐電轉換特性的半導體器件,它直接將(jiāng)太陽輻射能(néng)轉換成(chéng)直流電,是光伏發(fā)電的最基本單元。光伏電池特有的電特性是借助于在晶體矽中摻入某些元素(例如:磷或硼等),從而在材料的分子電荷裡(lǐ)造成(chéng)永久的不平衡,形成(chéng)具有特殊電性能(néng)的半導體材料。在陽光照射下,具有特殊電性能(néng)的半導體内可以産生自由電荷,這(zhè)些自由電荷定向(xiàng)移動并積累,從而在其兩(liǎng)端形成(chéng)電動勢,當用導體將(jiāng)其兩(liǎng)端閉合時便産生電流。這(zhè)種(zhǒng)現象被(bèi)稱爲“光生伏打效應”,簡稱“光伏效應”。
太陽能(néng)發(fā)電原理圖
4.光伏發(fā)電系統由哪些部件構成(chéng)?
答:光伏發(fā)電系統由光伏方陣(光伏方陣由光伏組件串并聯而成(chéng))、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成(chéng)。光伏發(fā)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(chéng),它將(jiāng)太陽的光能(néng)直接轉化爲電能(néng)。光伏組件産生的電爲直流電,我們可以直接以直流電的形式應用,也可以用逆變器將(jiāng)其轉換成(chéng)爲交流電,加以應用。從另一個角度來看,對(duì)于光伏系統産生的電能(néng)我們可以即發(fā)即用,也可以用蓄電池等儲能(néng)裝置將(jiāng)電能(néng)存放起(qǐ)來,按照需要随時釋放出來使用。其系統組成(chéng)如下圖所示。
5.什麼(me)是配電網?配電網與分布式光伏發(fā)電有什麼(me)關系?
答:配電網是從輸電網或地區發(fā)電廠接受電能(néng),通過(guò)配電設施就(jiù)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、杆塔、配電變壓器、隔離開(kāi)關、無功補償電容、計量裝置以及一些附屬設施等組成(chéng)的,一般采用閉環設計、開(kāi)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(fā)電與用電并存,配電網結構從放射狀結構變爲多電源結構,短路電流大小、流向(xiàng)以及分布特性均發(fā)生改變。
6.爲什麼(me)說光伏電力是綠色低碳能(néng)源?
答:光伏發(fā)電具有顯著的能(néng)源、環保和經(jīng)濟效益,是最優質的綠色能(néng)源之一。在我國(guó)平均日照條件下,光伏發(fā)電系統全壽命周期内能(néng)量回報超過(guò)其能(néng)源消耗的15倍以上,光伏發(fā)電的碳排放量僅是燃煤發(fā)電的5%左右。歐盟已提出2030年光伏發(fā)電約占總發(fā)電量15%的宏偉願景。世界發(fā)達國(guó)家已經(jīng)將(jiāng)其作爲戰略性新興産業,并在近20年中獲得了快速發(fā)展。我國(guó)面(miàn)臨著(zhe)更爲嚴峻的能(néng)源和環境壓力,如參比歐盟相同的光伏占發(fā)電量15%的目标,則到2030年我國(guó)光伏總裝機容量將(jiāng)達到10.5億千瓦,按年發(fā)電1200小時計算,年發(fā)電量可達12600億千瓦時,相當于2012年全國(guó)總用電量的25%,可節約用煤4.08億噸标準煤,實現減排二氧化碳約9.9億噸,年減排二氧化硫、氮氧化物、粉塵分别達到914萬噸、184萬噸、23萬噸,同時可減少因燃煤發(fā)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(huì)(WWF)研究結果:從減排二氧化碳效果而言,安裝1平米太陽能(néng)光伏相當于植樹造林100平米,發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能(néng)源將(jiāng)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(dào)說“生産光伏電池組件時消耗大量能(néng)源”的消息?
答:太陽電池在其生産過(guò)程中确實要消耗一定的能(néng)量,特别是工業矽提純、高純多晶矽生産、單晶矽矽棒/多晶矽矽錠生産三個生産環節的能(néng)耗較高。但是太陽能(néng)電池在20‐25年的使用壽命期内能(néng)夠不斷産生能(néng)量。據測算,在我國(guó)平均日照條件下,光伏發(fā)電系統全壽命周期内能(néng)量回報超過(guò)其能(néng)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(néng)量回收期1爲1.5‐2年,遠低于光伏系統的使用壽命期20‐30年。也就(jiù)是說,該光伏系統前1.5‐2年發(fā)出的電量是用來抵消其生産等過(guò)程消耗的能(néng)量,1.5‐2年之後(hòu)發(fā)出的能(néng)量都(dōu)是純産出的能(néng)量。所以應該從全生命周期的角度評價光伏電池的能(néng)耗。
8.我們有多少太陽光可以利用?它能(néng)夠成(chéng)爲未來主導能(néng)源嗎?
答:地球表面(miàn)接受的太陽能(néng)輻射能(néng)夠滿足全球能(néng)源需求的1萬倍。地表每平方米平均每年接收到的輻射随地域不同大約在1000‐2000kWh之間。國(guó)際能(néng)源署數據顯示,在全球4%的沙漠上安裝太陽能(néng)光伏系統,就(jiù)足以滿足全球能(néng)源需求。太陽能(néng)光伏享有廣闊的發(fā)展空間(屋頂、建築面(miàn)、空地和沙漠等),其潛力十分巨大。
随著(zhe)我國(guó)經(jīng)濟的高速發(fā)展,面(miàn)臨著(zhe)能(néng)源和環境的雙重壓力,從2007年開(kāi)始我國(guó)已經(jīng)成(chéng)爲世界二氧化碳第一排放國(guó),且還(hái)將(jiāng)持續走高。據國(guó)際能(néng)源署統計,2012年我國(guó)二氧化碳排放新增量爲3億噸,超過(guò)歐美當年減排2.5億噸的總減排量,我國(guó)承受的國(guó)際壓力越來越大。據預測,直到2030年,我國(guó)才會(huì)達到排放頂點;我國(guó)不僅是原油進(jìn)口大國(guó),也已成(chéng)爲原煤進(jìn)口的第一大國(guó),2012年淨進(jìn)口原煤2.4億噸。原油的對(duì)外依存度高達56%,我國(guó)還(hái)是電力消費和電力裝機世界第一大國(guó),可常規能(néng)源儲采比卻遠遠低于世界平均水平。如果不把光伏發(fā)電等可再生能(néng)源戰略性新興産業作爲我國(guó)的百年大計,能(néng)源短缺和環境的持續惡化就(jiù)不能(néng)得到根本的改善。大力發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能(néng)源是我國(guó)能(néng)源和環境可持續發(fā)展的主要出路之一。随著(zhe)光伏發(fā)電的技術進(jìn)步和規模化應用,其發(fā)電成(chéng)本還(hái)將(jiāng)進(jìn)一步降低,成(chéng)爲更加具有競争力的能(néng)源供應方式,逐步從補充能(néng)源到替代能(néng)源并極有希望成(chéng)爲未來的主導能(néng)源。
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