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光伏电站

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光伏电站,是指一种利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系,与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。光伏电站是目前属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目。
可以分为带蓄电池的独立发电系统和不带蓄电池的并网发电系统。太阳能发电分为光热发电光伏发电。现时期进入商业化的太阳能电能,指的就是太阳能光伏发电
光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源;二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等;三是并网发电,这在发达国家已经大面积推广实施。到2009年,中国并网发电还未开始全面推广,不过,2008年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。

2013年12月4日,位于青海省共和县光伏发电园区内的世界最大规模水光互补光伏电站——龙羊峡水光互补320兆瓦并网光伏电站正式启动并网运行,利用水光互补性发电,从电源端解决了光伏发电稳定性差的问题。

起源发展

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早在1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”,简称“光伏效应”。1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。
20世纪70年代后,随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展,这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达5.6×1012千瓦小时,相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势,20世纪80年代后,太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。
20世纪90年代后,光伏发电快速发展,到2006年,世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统,6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划,到2003年日本光伏组件生产占世界的50%,世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价,大大推动了光伏市场和产业发展,使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国,也纷纷制定光伏发展计划,并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。
世界光伏组件在1990年——2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期,发展更加迅速,1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%,生产规模从1~5兆瓦/年发展到5~25兆瓦/年,并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。
2006年的光伏行业调查表明,到2010年,光伏产业的年发展速度将保持在30%以上。年销售额将从2004年的70亿美金增加到2010年的300亿美金。许多老牌的光伏制造公司也从原来的亏本转为盈利。
据预测,太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,可再生能源将占总能耗的50%以上,太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末,可再生能源在能源结构中将占到80%以上,太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
2015年7月初,浙江省东阳市横店东磁20.7兆瓦屋顶光伏电站项目通过了国家发改委的验收,作为温室气体自愿减排项目予以备案,今后可参与温室气体排放量的交易。
位于陕西科技大学教学楼顶的屋顶光伏电站,是目前国内高校装机容量最大的屋顶光伏电站,自2012年11月起开始建设至2013年2月正式并网发电,迄今已累计发电150多万度,累计减排二氧化碳1500多吨,年均发电量60多万度。
2015年12月2日,联合光伏公布,将收购总装机容量约20兆瓦的两个光伏电站项目,这两个光伏电站分别来自新疆维吾尔自治区五家渠市和河北省唐山市,预期分别于12月底及2016年第一季实现并网并投产。总金额不超过3.56亿人民币,将以内部资源及外部融资拨付。

太阳能发电

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系统分类

光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统。独立光伏电站包括边远地
光伏电站光伏电站
区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统,通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能,当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑;不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能,一般安装在较大型的系统上。
系统设备
光伏发电系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,逆变器,交流配电柜,太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分设备的作用是:

光伏电池

在有光照(无论是太阳光,还是其它发光体产生的光照)情况下,电池吸收光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种  。

蓄电池组

其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是:a.自放电率低;b.使用寿命长;c.深放电能力强;d.充电效率高;e.少维护或免维护;f.工作温度范围宽;g.价格低廉。

控制设备

是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素,因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。

逆变器

是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,而负载是交流负载时,逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单,造价低,但谐波分量大,一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高,但可以适用于各种负载。

跟踪系统

由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统,一年春夏秋冬四季、每天日升日落,太阳的光照角度时时刻刻都在变化,如果太阳能电池板能够时刻正对太阳,发电效率才会达到最佳状态。世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度,将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中,也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论,需要地球经纬度地区的的数据和设定,一旦安装,就不便移动或装拆,每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数;原理、电路、技术、设备复杂,非专业人士不能够随便操作。河北某太阳能光伏发电企业独家研发出了具有世界领先水平、成本低廉、简单易用、不用计算各地太阳位置数据、无软件、可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的智能太阳跟踪系统。该系统是国内首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪,具有国际领先水平,能够不受地域和外部条件的限制,可以在-50℃至70℃环境温度范围内正常使用;跟踪精度可以达到±0.001°,最大限度的提高太阳跟踪精度,完美实现适时跟踪,最大限度提高太阳光能利用率。可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方,该自动太阳跟踪仪价格实惠、性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车,以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上,不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯,智能太阳跟踪仪都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳!

工作原理

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光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
太阳能光伏组件将直射太阳光转化为直流电,光伏组串通过直流汇流箱并联接入直流配电柜,汇流后接入逆变器直流输入端,将直流电转变为交流电,逆变器交流输出端接入交流配电柜,经交流配电柜直接并入用户侧。
光伏电站示意图光伏电站示意图
国产晶体硅电池效率在10至13%左右(应该是14%至17%左右),国外同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池 片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源,主要为广大无电地区居民生活生产提供电力,还有微波中 继电源、通讯电源等,另外,还包括一些移动电源和备用电源;二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等;三是并网发电,这 在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电还未起步,不过,2008年北京奥运会部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。
理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。中国国产晶体硅电池效率在10至13%左右,国际上同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。

优缺点

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优点

①无枯竭危险;
②安全可靠,无噪声,无污染排放外,绝对干净(无公害);
③不受资源分布地域的限制,可利用建筑屋面的优势;
④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电;
⑤能源质量高;
⑥使用者从感情上容易接受;
⑦建设周期短,获取能源花费的时间短。

缺点

①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;
②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关;
③给电网带来波动性;
④大量电力电子元件的接入,带来谐波污染,需要去谐波装置。

环境特征

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光伏发电的成本仍然在1.4-2元/千瓦时,如果仍然坚持这个价格是不符合市场发展规划的。光伏发电可以减少污染气体排放。光伏发电将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术。在国际上,光伏发电技术的研究已有100多年的历史。这一能源高端产品已经成熟。我国于1958年开始研究太阳电池,1971年首次成功地应用于我国发射的东方红二号卫星上。1973年开始将太阳电池用于地面。2002年,国家有关部门启动“送电到乡工程”,在西部七省区的近800个无电乡所在地安装光伏电站,该项目拉动了我国光伏工业快速发展。截止到2004年底,我国太阳电池的累计装机已经达到6.5万千瓦。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。
光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和铜铟镓硒薄膜电池等。

国内的发展

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发展优势

中国太阳能资源非常丰富,理论储量达每年17000亿吨标准煤,太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国地处北半球,南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上,有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上,西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比,与美国相近,比欧洲、日本优越得多,因而有巨大的开发潜能。

发展历程

中国太阳电池的研究始于1958年,1959年研制成功第1个有实用价值的
光伏电站光伏电站
太阳电池。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步,1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上,1973年太阳电池开始在地面应用 ,1979年开始生产单晶硅太阳电池。20世纪90年代中期后光伏发电进入稳步发展时期,太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力,21世纪初迎来了快速发展的新阶段。
中国的光伏产业的发展有2次跳跃,第一次是在 20世纪80年代末,中国的改革开放
光伏电站光伏电站
正处于蓬勃发展时期,国内先后引进了多条太阳电池生产线,使中国的太阳电池生产能力由原来的3个小厂的几百千瓦一下子上升到6个厂的4.5兆瓦,引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在 2000年以后,主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家发改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下,中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗。
到2007年年底,中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦(100MW),从事太阳能电池生产的企业达到50余家,太阳能电池生产能力达到290万千瓦(2900MW),太阳能电池年产量达到1188MW,超过日本和欧洲,并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链,特别是多晶硅材料生产取得了重大进展,突破了年产千吨大关,冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约,为中国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好,整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮,但也存在诸如投资盲目、恶性竞争、创新不足等问题。
2009年6月,由中广核能源开发有限责任公司、江苏百世德太阳能高科技有限公司和比利时Enfinity公司组建的联合体以1.0928元/度的价格,竞标成功我国首个光伏发电示范项目——甘肃敦煌10兆瓦并网光伏发电场项目,1.09元/千瓦时电价的落定,标志着该上网电价不仅将成为国内后续并网光伏电站的重要基准参考价,同时亦是国内光伏发电补贴政策出台、国家大规模推广并网光伏发电的重要依据。
2013年9月27日中国建材集团与乌克兰绿色科技能源公司日前签署了1吉瓦(相当于1000兆瓦)的光伏电站框架协议。
2013年12月4日,龙羊峡水光互补320兆瓦并网光伏电站开始启动试运行,这是目前全球最大的单体并网光伏电站,于2013年3月25日在共和光伏发电园区开工建设。
龙羊峡水光互补光伏电站
龙羊峡水光互补光伏电站(3张)
据悉,此项目占地约9.16平方公里,生产运行期为25年。工程建成投运后,年平均上网电量约为4.83亿千瓦时,对于承担西北电网第一调频调峰的龙羊峡水电站来说,水光互补项目将打破多年已形成的整个梯级联合调度格局。
2015年7月9日水电三局顺利中标云南昭通宁边20兆瓦光伏电站施工项目,项目合同额为1862.87万元。当日,该项目道路修建工程顺利开工。
此次云南省昭通市昭阳区宁边20兆瓦光伏电站工程建筑安装工程共分为3个标段,分别为:光伏场区土建及设备安装工程(Ⅰ包)、开关站土建及电气安装工程(Ⅱ包)、送出工程(Ⅲ包)等均由水电三局进行施工。
云南香格里拉300MW光伏电站计划2016年开工,该项目主要建设内容为:项目总占地面积为7800亩,拟装机容量为300MW,建成后年产值约为3.6亿,项目总投资为270000万元。
甘肃省3522巉晖线(110千伏巉口变至明晖光伏电站)及明晖定西光伏电站全站设备近日启动成功,开始24小时试运行,该电站是甘肃省定西电网内首座投运的光伏电站。
2016年2月上旬,湖北省首座漂浮式光伏电站——枣阳熊河水库漂浮光伏电站成功并网发电,标志着湖北省水面光伏发电试验取得圆满成功。
2016年2月,陕西省40兆瓦生态农业光伏电站成功并网并正式供电,源源不断的清洁电力通过110千伏升压站输送到国家电网。
2016年我国累计光伏装机量达到4318万千瓦,首次超过德国,跃居世界第一。这是我国在新能源领域继风电装机跃居全球第一之后的又一次飞跃。

最新政策

二〇〇九年七月十六日国家三部委财政部、科技部、国家能源局联合印发了《关于实施金太阳示范工程的通知》,随后又公布了具体的《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》决定综合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式,加快国内光伏发电的产业化和规模化发展,并计划在2-3年内,采取财政补助方式支持不低于500兆瓦的光伏发电示范项目;各种利好都给中国光伏发电产业注入了强劲的生命活力!希望在不远的将来,我国的光伏发电整体竞争力能够达到国际领先水平,光伏发电电力供应量在国内总电力供应中的占比能够达到更高水平,从而更加有力的推动我国经济结构转型和能源结构优化!
2013年7月15日出台的《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》提出了有序推进光伏电站建设,特别明确“对光伏电站,由电网企业按照国家规定或招标确定的光伏发电上网电价与发电企业按月全额结算”。从责任主体、结算方式的确认一举化解了光伏电站开发过程中的最大障碍。随后,财政部发布《关于分布式光伏发电实行按照电量补贴政策等有关问题的通知》,其明确,国家对分布式光伏发电项目按电量给予补贴,补贴资金通过电网企业转付给分布式光伏发电项目单位。
国家能源局于2013年11月26日发布有效期为3年的《光伏发电运营监管暂行办法》,规定电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目的上网电量,明确了能源主管部门及其派出机构对于光伏发电并网运营的各项监管责任,光伏发电项目运营主体和电网企业应当承担的责任,从而推进光伏发电并网有序进行。正文如下:
第一章 总则
第一条 为加强监管,切实保障光伏发电系统有效运行,优化能源供应方式,促进节能减排,根据《中华人民共和国可再生能源法》、《电力监管条例》等法律法规和国家有关规定,制定本办法。
第二条 本办法适用于并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目。
第三条 国务院能源主管部门及其派出机构依照本办法对光伏发电项目的并网、运行、交易、信息披露等进行监管。
任何单位和个人发现违反本办法和国家有关规定的行为,可以向国务院能源主管部门及其派出机构投诉和举报,国务院能源主管部门及其派出机构应依法处理。
第四条 光伏发电项目运营主体和电网企业应当遵守电力业务许可制度,依法开展光伏发电相关业务,并接受国务院能源主管部门及其派出机构的监管。
第二章 监管内容
第五条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电项目运营主体和电网企业电力许可制度执行情况实施监管。
除按规定实施电力业务许可豁免的光伏发电项目外,其他并网光伏发电项目运营主体应当申领电力业务许可证。持证经营主体应当保持许可条件,许可事项或登记事项发生变化的,应当按规定办理变更手续。
第六条 国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定对光伏发电电能质量情况实施监管。
光伏发电并网点的电能质量应符合国家标准,确保电网可靠运行。
第七条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电配套电网建设情况实施监管。
接入公共电网的光伏发电项目,接入系统工程以及接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。接入用户侧的光伏发电项目,接入系统工程由项目运营主体投资建设,接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。
第八条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网服务情况实施监管。
电网企业应当按照积极服务、简洁高效的原则,建立和完善光伏电站项目接网服务流程,并提供并网办理流程说明、相关政策解释、并网工作进度查询以及配合并网调试和验收等服务。
电网企业应当为分布式光伏发电接入提供便利条件,在并网申请受理、接入系统方案制订、合同和协议签署、并网验收和并网调试全过程服务中,按照“一口对外”的原则,简化办理程序。
电网企业对分布式光伏发电项目免收系统备用容量费和相关服务费用。
第九条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网环节的时限情况实施监管。
光伏电站项目并网环节时限按照国家能源局有关规定执行。
分布式光伏发电项目,电网企业自受理并网申请之日起25个工作日内向项目业主提供接入系统方案;自项目业主确认接入系统方案起5个工作日内,提供接入电网意见函,项目业主据此开展项目备案和工程设计等后续工作;自受理并网验收及并网调试申请起10个工作日内完成关口电能计量装置安装服务,并与项目业主按照要求签署购售电合同和并网协议;自关口电能计量装置安装完成后10个工作日内组织并网验收及并网调试,向项目业主提供验收意见,调试通过后直接转入并网运行,验收标准按国家有关规定执行。若验收不合格,电网企业应向项目业主提出解决方案。
第十条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电项目购售电合同和并网协议签订、执行和备案情况实施监管。
电网企业应与光伏电站项目运营主体签订购售电合同和并网调度协议,合同和协议签订应当符合国家有关规定,并在合同和协议签订10个工作日内向国务院能源主管部门派出机构备案。光伏电站购售电合同和并网调度协议范本,国务院能源主管部门将会同国家工商行政管理部门另行制定。
电网企业应按照有关规定及时与分布式光伏发电项目运营主体签订并网协议和购售电合同。
第十一条 国务院能源主管部门及其派出机构对电力调度机构优先调度光伏发电的情况实施监管。