| 词条 | 光伏发电 |
| 释义 | § 简介 光伏发电 太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。 光伏发电（Photovoltaic power generation）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。 与常规发电技术相比，光伏发电没有中间转换过程，发电形式简洁，发电过程不消耗资源，不排放温室气体、废气和废水；没有机械旋转部件，不存在机械磨损，无噪声，发电不用冷却水；发电设备既能在无水的荒漠地带安装，也可安装在城市的屋顶和墙面，不单独占地，模块化结构，规模大小随意，运行维护和管理简单，可实现无人值守，维护成本极低。 特别是太阳能取之不尽，用之不竭，光伏电池制造所需的硅资源在地壳中的含量高达26%，没有资源短缺和耗尽问题。 § 应用 光伏发电产品主要应用于三大方面： 一是为无电场合提供电源，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，这在发达国家已大面积推广实施。[1] § 发展历史 光伏发电 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年至2005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。2009年年底，全球光伏发电容量已超过2000万千瓦，光伏发电的竞争力不断提高，已成为全球最受重视的新能源发电技术。 § 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。并网光伏系统是太阳能光伏应用的主要形式。 独立光伏系统 由光伏方阵、控制器、蓄电池、逆变器、交流负载组成独立的供电系统；独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统，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。 并网光伏系统 由光伏方阵、控制器、并网逆变器组成并网发电系统，将电能直接输入公共电网。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。 § 系统组成 光伏发电 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： 太阳能电池方阵 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。 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。 充放电控制器 它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 它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。 § 优缺点 光伏发电 优点 与常用的火力发电系统相比，光伏发电的优点主要体现在： 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；例如，无电地区，以及地形复杂地区。 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产生的电力接入电网需要增加无功补偿设备； ④储能困难。 § 中国发展 光伏发电 发展优势 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。中国的太阳能资源理论储量达每年17000亿吨标准煤。 面临问题 有关专家指出，虽然中国光伏之路前景广阔，但在现实中还存在很多问题： 一是要想实现平价上网，还需要光伏发电达到市场化竞争程度。 但现在光伏发电的成本还是很高的，这就限制了光伏发电的商业化运行。光伏装机投资成本每千瓦约18000元左右，而常规火电的投资成本约每千瓦3000～4000元，光伏电价是常规火电电价的3倍以上，成本太高是光伏规模化发展的重大阻碍。 二是就中国光伏产品的市场现状来说，硅材料的源头在国外，硅材料95%依靠进口；主要市场也在国外，95%的光伏产品销往国外，国内市场与生产能力相比，十分狭小，大约仅为产能的5%。这种严重依赖进出口的模式加大了贸易风险。此外多晶硅产能有过剩的倾向，行业的调控和规范有待加强。 光伏发电 三是光伏技术研发投入有限，研发能力和技术创新能力薄弱。 新一代的薄膜太阳电池的商业化进程缓慢，聚光电池、新型太阳电池科研投入不足，比外国落后很多，后劲不足。缺乏自主创新能力是中国光伏产业发展滞后的根源，要想达到光伏生产方式的转变，掌握技术的主导权是相当重要的问题。 四是光伏技术的滞后使环保问题与高能耗问题凸显。 中国光伏产业能耗高，国际先进水平130～150kWh/kg，国内200～300 kWh/kg；另外光伏产品还存在环保问题，国内还不能达到全物料循环、清洁生产，如果不能妥善处理废弃物，势必会给脆弱的环境带来压力。 五是政策细化不到位。 光伏企业服务和监管滞后也是光伏产业存在的一大问题。 第一，光伏的振兴规划还没有公布；第二，上网电价还没有出台；第三，金太阳工程补贴资金不足，企业不赚钱；第四，电力公司的服务和监管严度差，企业出台的标准有很多和国际惯例不相匹配，而且给用户增加了很多负担。各个省没有光伏发电目标，各个大的光伏发电企业也没有一个有效的细化的规划目标，这就让国家在制定长远规划目标缺乏科学的依据。 前景规划 根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW（百万千瓦）。预计，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。[2] |
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