光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電系統(tǒng)01定義分類優(yōu)缺點(diǎn)歷史構(gòu)成應(yīng)用場景目錄030502040607光伏建筑一體化政策扶持世界光伏發(fā)電動態(tài)目錄0908基本信息光伏發(fā)電系統(tǒng)（photovoltaicgenerationsystem）,簡稱光伏（photovoltaic）,是指利用光伏電池的光生伏特效應(yīng),將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。定義定義光伏,即光伏發(fā)電系統(tǒng),是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng),將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量來源于取之不盡、用之不竭的太陽能,是一種清潔、安全和可再生的能源。光伏發(fā)電過程不污染環(huán)境,不破壞生態(tài)。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)和并光伏系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)等設(shè)備組成。歷史歷史海因里希?赫茲于1887年首次發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),阿爾伯特?愛因斯坦在1905年解釋了這一現(xiàn)象。光伏(PV)系統(tǒng)正是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng),直接將光轉(zhuǎn)換為電能。半導(dǎo)體的成分和光伏設(shè)備接收的有效太陽輻射的強(qiáng)度和波長都會影響光伏設(shè)備的發(fā)電量(赫茲,1887；愛因斯坦,1905)。1954年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的3位研究人員研制出首個實(shí)用的“太陽能電池”。該電池可將6％的入射太陽能轉(zhuǎn)換為電能(Pedin,2004)。隨著研發(fā)不斷取得進(jìn)展,光伏裝置的轉(zhuǎn)換效率也隨之提高。分類并獨(dú)立分類獨(dú)立獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏陣列、蓄電池組、充電控制器、電力電子變換器(逆變器)、負(fù)載等組成。其工作原理是,太陽輻射能量經(jīng)過光伏陣列首先被轉(zhuǎn)換成電能,然后由電力電子變換器變換后給負(fù)載供電。同時將多余的電能經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲存在儲能裝置中。這樣在日照不足時,儲存在電池中的能量就可經(jīng)過電力電子逆變器、濾波和工頻變壓器升壓后變成交流220V、50Hz的電能供交流負(fù)載使用。太陽能發(fā)電的特點(diǎn)是白天發(fā)電,而負(fù)載往往卻是全天候用電,因此在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能元件必不可少,工程上使用的儲能元件主要是蓄電池。并并光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、高頻DC/DC升壓電路、電力電子變換器(逆變器)和系統(tǒng)監(jiān)控部分組成。其工作原理是,太陽輻射能量經(jīng)過光伏陣列轉(zhuǎn)換后,再經(jīng)高頻直流變換后變成高壓直流電,然后經(jīng)過電力電子逆變器逆變后向電輸出與電電壓相頻一致的正弦交流電流。以上兩種光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大區(qū)別就在于,并光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電相連接,因而光伏陣列的電量盈余與并聯(lián)電可以實(shí)行互補(bǔ),省去了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必需的蓄電池等儲能元件,不僅降低了系統(tǒng)成本,而且保證了系統(tǒng)的可靠性。同時,夏天太陽輻射強(qiáng)度大,光伏系統(tǒng)發(fā)電量多,可以對夏天電的峰荷起到調(diào)節(jié)作用。隨著近年來太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用以及太陽能電池組件價格的迅速下降,并系統(tǒng)無疑將得到更為廣泛的應(yīng)用。構(gòu)成太陽能電池陣列電力電子變換器（逆變器）太陽能蓄電池構(gòu)成太陽能電池陣列用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元是太陽能電池單體。它的尺寸為4~100cm2，工作電壓為0.45~0.50V，工作電流為20~25mA/cm2，因而不能單獨(dú)作為電源使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，需要將太陽能電池單體進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)和封裝，形成太陽能電池組件。它的功率可以從幾瓦到幾百瓦，可以單獨(dú)作為電源使用。太陽能電池陣列則是將太陽能電池組件經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)后并裝在支架上，它可以輸出幾百瓦、幾千瓦甚至更大的功率，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能產(chǎn)生器。太陽能電池方陣的框架應(yīng)該盡量堅固，要有足夠的硬度。同時重量要輕。安裝太陽能電池方陣時要使用具有一定強(qiáng)度且有利于固定和支撐的金屬支架，在沙漠、沿海、極地、高山、風(fēng)口等一些地理環(huán)境比較惡劣或氣候條件比較復(fù)雜的地區(qū)，太陽能電池方陣的支架要采用一些附加措施使其能夠承受大風(fēng)和冰雪堆積物的附加重量，避免因?yàn)樽匀坏摹⑷藶榈暮鸵恍┐髣游锏钠茐亩?。一般來說，太陽能電池方陣的安裝形式有以下三種:安裝在地面上、安裝在柱上、安裝在屋頂上。具體采用哪一種安裝形式又要受到一些具體因素影響，諸如可利用空間大小、方陣尺寸、采光條件、風(fēng)負(fù)載、視覺效果及安裝難度、破壞和盜竊問題等。在上述幾種安裝形式中，首選的是安裝在地面上，因?yàn)樗哂泻唵我仔械奶攸c(diǎn)。而安裝在柱子上面的難度受電池板離地面高度的影響。而安裝在屋頂上的難度則由屋頂是否陡峭而定，在比較陡的屋頂上工作不僅耗時費(fèi)力，而且非常危險。在安裝過程中，尤其要避免對電池板電氣性能造成損傷，為此太陽能電池板的表面應(yīng)該覆蓋，減小損傷的概率。還可以在光伏電站周圍修建圍墻，使動物無法靠近設(shè)備．以此保證系統(tǒng)安全。同時，安裝的太陽能電池板應(yīng)該面向中午的太陽，而不要對著指南針的方向，這一點(diǎn)在相關(guān)資料中都有說明。太陽能蓄電池獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是依靠蓄電池來儲存多余的電能,因此蓄電池在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中占有重要地位。隨著太陽能電池組件售價的下降,蓄電池的費(fèi)用在系統(tǒng)總投資中所占比重將會逐漸增加。另外,在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中,由于蓄電池故障而影響系統(tǒng)正常工作的情況更會占有很大比例。所以,在系統(tǒng)設(shè)計時,選擇適當(dāng)?shù)男铍姵仡愋?確定合適的蓄電池容量,精確地實(shí)施安裝、操作,精心維護(hù),對于獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行十分重要。目前光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池種類很多,其中應(yīng)用廣泛的主要有普通鉛酸蓄電池、堿性鎳鉻蓄電池和鉛酸免維護(hù)蓄電池三種。普通鉛酸蓄電池因?qū)Νh(huán)境污染較大且要求有一定的維護(hù),主要用在一些有維護(hù)能力的低檔場合使用。堿性鎳鉻蓄電池的待點(diǎn)是有較好的低溫、過充及過放性能,但缺點(diǎn)是價格較髙,一般用于較為特殊的場合。國內(nèi)現(xiàn)階段使用最多的蓄電池為鉛酸免維護(hù)蓄電池,它的免維護(hù)特性使得其維護(hù)保養(yǎng)簡單方便、性能可靠,同時對環(huán)境污染較少,很適合用于對性能可靠性要求很高的太陽能發(fā)電系統(tǒng),如無人值守的工作站等場合。電力電子變換器（逆變器）太陽能電池陣列在陽光照射下產(chǎn)生的是直流電,然而日常生活中的常用負(fù)載大多需要以交流電源供電,如日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇、空調(diào)等,絕大多數(shù)動力機(jī)械也是如此。因此需要一種把直流轉(zhuǎn)換為交流的裝置,這就是逆變器。光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器是一種變流電路,其作用是把太陽能電池陣列所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為各種不同要求頻率和電壓值的交流電。逆變具體又可分為無源和有源兩種,無源逆變是指直流電經(jīng)過逆變將能量直接供給負(fù)載使用,有源逆變則是指直流電經(jīng)過逆變向交流電源供電。直流變交流的必要性還體現(xiàn)在當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高或降低電壓時,交流系統(tǒng)只需加一個變壓器即可,而在直流系統(tǒng)中技術(shù)與裝置就要復(fù)雜得多。因此,除特殊用戶外,在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。此外,逆變器還具有自動調(diào)壓或手動調(diào)壓功能,可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。顯而易見,逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)、運(yùn)行可靠:即使在惡劣的環(huán)境和氣候條件下也可正常供電。、壽命長:晶體硅組件壽命通常在25年以上，非晶硅組件壽命通常在20年以上。、維護(hù)費(fèi)用低:建成后只需少量工作人員，對系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，相比較而言，常規(guī)發(fā)電站維護(hù)費(fèi)用很大。、天然能源:能源是取之不盡、用之不竭的太陽能，無需能源費(fèi)用。、無噪聲污染:整個系統(tǒng)無機(jī)械運(yùn)動部件，不產(chǎn)生噪聲。、模塊化:根據(jù)需要選擇系統(tǒng)容量，安裝靈活、方便，擴(kuò)容很簡便。、安全:系統(tǒng)內(nèi)無易燃物品，安全性能高。、自主供電:可離運(yùn)行，獨(dú)立供電，可不受公用電的影響。、分布式發(fā)電:可建設(shè)分散的光伏電站，減少對公用電的影響及危害。、高海拔性:在海拔高、日照強(qiáng)的地區(qū)，更能增加系統(tǒng)的輸出功率。（相比光伏發(fā)電高海拔地區(qū)，由于氣壓低，柴油發(fā)電機(jī)效率降低，輸出功率減少。缺點(diǎn)、初投資費(fèi)用高:由于初投資高，需進(jìn)行單個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評估及多種方案比較。如果初投資減少，常規(guī)燃料成本上升，則光伏系統(tǒng)將更具有競爭力。、日照不穩(wěn)定:天氣對任何太陽能系統(tǒng)的功率輸出都有很大影響。氣候或場地條件變化時，系統(tǒng)設(shè)計也要隨之改變。、需儲能裝置（獨(dú)立系統(tǒng)）:光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)夜晚時，沒有陽光不能發(fā)電，需增加蓄電池儲能設(shè)備，從而增加了系統(tǒng)規(guī)模、成本及維護(hù)工作量。、效率有待改進(jìn):從投資的有效性出發(fā)，要求高效率的使用光伏系統(tǒng)資源。用戶須使用高效率的負(fù)載設(shè)備。、需技術(shù)培訓(xùn):光伏系統(tǒng)使用了很多人們不熟悉的新技術(shù)，因此，用戶在運(yùn)行光伏系統(tǒng)前，都需要經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)。應(yīng)用場景應(yīng)用場景除了傳統(tǒng)思維中的太陽能電廠和分布式屋頂光伏,光伏還可以應(yīng)用于多種多樣的場景,比如建筑、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、公共設(shè)施、景觀建設(shè)等。這些復(fù)合和跨界模式一方面使得光伏建設(shè)項目在清潔發(fā)電的同時能夠兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)；另一方面,這種對空間高效集約利用的模式有助于新能源開發(fā)項目獲得建設(shè)所需的土地資源。在中國仲巴縣,這個縣城里所有的供熱都是由太陽能來提供的。圖中左側(cè)黑色的那部分就是太陽能集熱器（Solarcollector）,面積有3.5萬平方米,就像我們平常用到的熱水器那樣,能夠把太陽能變成熱能。它收集了熱以后,儲存在圖中那個彩色的罐子里。這個罐子可以24小時發(fā)熱,供給縣城的采暖。這是百分之百的太陽能,完全零碳?！肮夥恋厣鷳B(tài)修復(fù)”據(jù)《聯(lián)合國防治荒漠化公約》統(tǒng)計,全球處于超干旱以及干旱的土地面積約為平方千米,占全球陸地表面的17.2%。而且,每年沙漠的面積還在不斷擴(kuò)大。土地退化中和（LandDegradationNeutrality,LDN）和退化土地生態(tài)修復(fù)一直以來都是地球面臨的重要課題。荒漠化土地雖然有待修復(fù),但也提供了大量的土地資源,因此,將荒漠化土地生態(tài)修復(fù)與光伏建設(shè)相結(jié)合將帶來多方面的收益?；哪系奶柲苊姘宀粌H可以供電,還可以減少地面受到的日照輻射和水分蒸發(fā)量。清洗電池板時噴灑的水分,提高了土壤表層的含水量,促進(jìn)了植被的生長和恢復(fù)。光伏建筑一體化光伏建筑一體化在20世紀(jì)80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨(dú)用戶、聯(lián)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識的日益增強(qiáng)，一些國家紛紛開始實(shí)施、推廣光伏建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)。中國人口眾多，人口密度大，BIPV系統(tǒng)將建筑與光伏系統(tǒng)或光伏組件相結(jié)合，不僅可以節(jié)省光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積，而且可以降低其成本，符合中國的國情，因此在中國有很廣闊的發(fā)展空間。2021年6月，國家能源局綜合司下發(fā)《關(guān)于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)方案的通知》（以下簡稱《通知》）指出，中國建筑屋頂資源豐富、分布廣泛，開發(fā)建設(shè)屋頂分布式光伏潛力巨大。開展整縣（市、區(qū)）推進(jìn)屋頂分布式光伏建設(shè)，有利于整合資源實(shí)現(xiàn)集約開發(fā)，有利于削減電力尖峰負(fù)荷，有利于節(jié)約優(yōu)化配電投資，有利于引導(dǎo)居民綠色能源消費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”與鄉(xiāng)村振興兩大國家重大戰(zhàn)略的重要措施。其中，項目申報試點(diǎn)縣（市、區(qū)）的黨政機(jī)關(guān)建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于50%。以光伏建筑一體化為核心的光伏并發(fā)電應(yīng)用占據(jù)了目前大部分的光伏市場份額。光伏建筑一體化有以下一些優(yōu)點(diǎn):建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要另占土地；能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)、省去輸電費(fèi)用；光伏陣列可代替常規(guī)建筑材料，節(jié)省材料費(fèi)用；安裝與建筑施工結(jié)合，節(jié)省安裝成本；分散發(fā)電，避免傳輸和分電損失(5％～10％)，降低輸電、分電投資和維修成本；使建筑物的外觀更有魅力。此外，在經(jīng)常為斷電而煩惱的地方，建筑物的光電系統(tǒng)可以成為一個可靠的電源。世界光伏發(fā)電動態(tài)世界光伏發(fā)電動態(tài)伴隨著可持續(xù)發(fā)展意識在世界各地深入人心,全世界光伏發(fā)電綜合利用經(jīng)營規(guī)模快速擴(kuò)張,技術(shù)不斷發(fā)展,成本明顯降低,呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景,很多國家將光伏發(fā)電做為關(guān)鍵的新型產(chǎn)業(yè),光伏發(fā)電獲得更為廣泛應(yīng)用。在2001～2017年間,光伏產(chǎn)業(yè)以令人驚訝的速度發(fā)展。全世界總裝機(jī)自1.250GW升至304.300GW,年復(fù)合增長率達(dá)到40.98%。中國光伏產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)史無前例的發(fā)展魅力,在全世界20個以上國家或地區(qū)辦廠,產(chǎn)品出口至近200個國家和地區(qū),成為中具備國際核心競爭力的戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)。英國是最早開始研究與應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)的國家,英國光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新與政府部門鼓勵賠償現(xiàn)行政策的雙向刺激下,保持高速發(fā)展趨勢。太陽能發(fā)電裝機(jī)在國外光伏產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位,其發(fā)展速度和趨勢決定了整個光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。日本是最早制訂光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)行政策的國家,2011～2017年年均復(fù)合增長率達(dá)到54%,2017年以42.75GW的總裝機(jī)量穩(wěn)居世界第二,現(xiàn)階段發(fā)展以居民用電站為主導(dǎo)。作為東南亞地區(qū)最火爆的光伏市場之一,越南已達(dá)到每年10%的能源供應(yīng)增長速度,再加其自身發(fā)展趨勢和光伏電力能源的優(yōu)點(diǎn),吸引著世界各國光伏企業(yè)前往投資。光伏發(fā)電現(xiàn)階段已全方位進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢環(huán)節(jié),中國、歐州、英國、日本等傳統(tǒng)光伏發(fā)電銷售市場保持持續(xù)增長,東南亞地區(qū)、南美洲、中東地區(qū)和非州等地區(qū)新興經(jīng)濟(jì)體光伏發(fā)電也開始快速發(fā)展。受益于技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、開放的市場競爭和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,光