太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)及發(fā)展前景

傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對(duì)環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球還有15億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個(gè)時(shí)候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟?lèi)的能源結(jié)構(gòu)，維持長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展，太陽(yáng)直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可以再生，不污染環(huán)境，是國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源。 
　　石油石化天然氣能源是目前全球消耗的最主要能源，2012年全球消耗的能源中化石能源占比高達(dá)87.9%，我國(guó)的比例高達(dá)93.8%。但隨著人類(lèi)的不斷開(kāi)采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世紀(jì)將被開(kāi)采殆盡。從另一方面看，由于化石能源的使用過(guò)程中會(huì)新增大量溫室氣體CO2，同時(shí)可能產(chǎn)能一些有污染的煙氣，威脅全球生態(tài)。因而，開(kāi)發(fā)更清潔的可再生能源是今后發(fā)展的方向。太陽(yáng)能是一種干凈的可再生的新能源，越來(lái)越受到人們的親睞，在人們生活、工作中有廣泛的作用，其中之一就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，太陽(yáng)能電池就是利用太陽(yáng)能工作的。它的優(yōu)勢(shì)是不受地區(qū)、海拔等要素的限制，能夠大量的將熱能轉(zhuǎn)化為電能。通過(guò)太陽(yáng)能電池方陣將太陽(yáng)能輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電站稱為太陽(yáng)能光伏電站。太陽(yáng)能光伏電站按照運(yùn)行方式可分為獨(dú)立太陽(yáng)能光伏電站和并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站。未與公共電網(wǎng)相聯(lián)接獨(dú)立供電的太陽(yáng)能光伏電站稱為離網(wǎng)光伏電站。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無(wú)電地區(qū)和一些特殊場(chǎng)所，如太陽(yáng)能光伏電站為邊遠(yuǎn)偏僻農(nóng)村、牧區(qū)、海島、高原、沙漠的農(nóng)牧漁民提供照明、看電視、聽(tīng)廣播等基本的生活用電，為通信中繼站、沿海與內(nèi)河航標(biāo)、輸油輸氣管道陰極保護(hù)、氣象電站、公路道班以及邊防哨所等特殊處所提供電源。獨(dú)立系統(tǒng)由太陽(yáng)電池方陣、系統(tǒng)控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等組成。

與公共電網(wǎng)相聯(lián)接且共同承擔(dān)供電任務(wù)的太陽(yáng)能光伏電站稱為并網(wǎng)光伏電站。它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)電階段、成為電力工業(yè)組成部分的重要發(fā)展方向，是當(dāng)今世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。并網(wǎng)系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池方陣、系統(tǒng)控制器、并網(wǎng)逆變器等組成。
    太陽(yáng)能光伏發(fā)電的過(guò)程沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件也不消耗燃料，并且不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)，具有無(wú)噪聲、無(wú)污染的特點(diǎn)；太陽(yáng)能資源沒(méi)有地域限制，分布廣泛且取之不盡，用之不竭。因此，與其它新型發(fā)電技術(shù)(風(fēng)力發(fā)電與生物質(zhì)能發(fā)電等)相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種具可持續(xù)發(fā)展理想特征（最豐富的資源和最潔凈的發(fā)電過(guò)程）的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

1)、太陽(yáng)能資源取之不盡，用之不竭，照耀到地球上的太陽(yáng)能要比人類(lèi)當(dāng)前耗費(fèi)的能量大6000倍。并且太陽(yáng)能在地球上散布普遍，只需有光照的當(dāng)?shù)鼐涂梢赃\(yùn)用光伏發(fā)電系統(tǒng)，不受地區(qū)、海拔等要素的限制。
    2)、太陽(yáng)能資源到處可得，可就近供電。不用長(zhǎng)間隔保送，防止了長(zhǎng)間隔輸電線路所形成的電能損掉，還也節(jié)流了輸電成本。這還也為家用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在輸電不方便的西部大規(guī)劃運(yùn)用供應(yīng)了前提。
    3)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換進(jìn)程簡(jiǎn)略，是直接從光子到電子的轉(zhuǎn)換，沒(méi)有中心進(jìn)程(如熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能等)和機(jī)械活動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。依據(jù)熱力學(xué)剖析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá)80%以上，技術(shù)開(kāi)拓潛力宏大。
    4)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電自身不運(yùn)用燃料，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在內(nèi)的任何物質(zhì)，不污染空氣，不發(fā)生噪聲，對(duì)情況友愛(ài)，不會(huì)蒙受能源危機(jī)或燃料市場(chǎng)不不變而形成的沖擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。
    5)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電進(jìn)程無(wú)需冷卻水，可以裝置在沒(méi)有水的荒涼沙漠上。光伏發(fā)電還可以很便利地與修建物連系，組成光伏修建一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需求獨(dú)自占地，可節(jié)流珍貴的地盤(pán)資源。
    6)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件，操作、維護(hù)簡(jiǎn)略，運(yùn)轉(zhuǎn)不變牢靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只需有太陽(yáng)能電池組件就能發(fā)電，加之主動(dòng)節(jié)制技術(shù)的普遍采用，根本上可完成無(wú)人值守，維護(hù)成本低。
    7)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電任務(wù)功能不變牢靠，運(yùn)用壽命(30年以上)。晶體硅太陽(yáng)能電池壽命可達(dá)20~35年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只需設(shè)計(jì)合理、造型恰當(dāng)，蓄電池的壽命也可長(zhǎng)達(dá)10~15年。
    8)、太陽(yáng)能電池組件構(gòu)造簡(jiǎn)略，體積小，分量輕，便于運(yùn)輸和裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)建立周期短，而用依據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，便利靈敏，極易組合、擴(kuò)容。
陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹與分析。 
　　1. 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀 
　　2011年7月24日，發(fā)改委頒布了《關(guān)于完善太陽(yáng)能光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》，出臺(tái)了太陽(yáng)能光伏發(fā)電的標(biāo)桿電價(jià)，在2011年7月前核準(zhǔn)建設(shè)的、在當(dāng)年年底前建成投產(chǎn)的項(xiàng)目，執(zhí)行1.15元/千瓦時(shí)電價(jià)，7月1日以后核準(zhǔn)，以及在年底前未投產(chǎn)項(xiàng)目，則按照1.00元/千瓦時(shí)電價(jià)執(zhí)行。此外，發(fā)改委將可根據(jù)投資成本變化、技術(shù)進(jìn)步等因素適時(shí)調(diào)整上網(wǎng)電價(jià)。近10年全球太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)年均增長(zhǎng)41.3%，近5年為49.5%。中國(guó)已經(jīng)為世界上最大的光伏電池組件生產(chǎn)國(guó)，2008年產(chǎn)量達(dá)到了2540.7MW，2009年產(chǎn)量約4000MW，約占世界產(chǎn)量的40%。 
　　2013年3月26日頒布光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助政策、7月26日頒布 “金太陽(yáng)示范工程”政策，敦煌10MW光伏項(xiàng)目成功招標(biāo)，將大力推動(dòng)建筑光電和大規(guī)模光伏電站的建設(shè)。初步預(yù)計(jì)，到2015年中國(guó)光伏發(fā)電的裝機(jī)總量將達(dá)到500萬(wàn)千瓦，2020年到2000萬(wàn)千瓦。 
　　2. 光伏發(fā)電的基本工作原理 
　　光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源無(wú)處不在。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽(yáng)能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。由一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池片組成的太陽(yáng)能電池板稱為光伏組件。 
　　3. 陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) 
　　與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：①無(wú)枯竭危險(xiǎn)；②安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對(duì)干凈（無(wú)公害）；③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)；④無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。 
　　缺點(diǎn)：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。 
　　4. 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用前景 
　　所謂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)就是太陽(yáng)能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電這后直接接入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式大型并網(wǎng)光伏電站一般都是國(guó)家級(jí)電站，主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。但這種電站投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占地面積大，目前還沒(méi)有太大發(fā)展。而分散式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設(shè)快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點(diǎn)，是目前并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。 
　　我國(guó)利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電的產(chǎn)業(yè)每年正以年增長(zhǎng)率為30%的速度增長(zhǎng)，最近幾年，全世界太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量增長(zhǎng)比率高達(dá)49.8%。如果我們按日本的新能源計(jì)劃、歐盟可再生能源白皮書(shū)、美國(guó)光伏計(jì)劃等推算，到2030年全世界利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到300GW，那么到2040年太陽(yáng)能光伏發(fā)電將達(dá)到全世界發(fā)電總量的15%--20%。照此推算到2040年光伏行業(yè)的復(fù)合增長(zhǎng)率將會(huì)達(dá)到25%以上。 
　　5. 陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)市場(chǎng)化中存在的問(wèn)題 
　　長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，太陽(yáng)能發(fā)電在2030年后具備成為戰(zhàn)略能源的資源、技術(shù)、成本和環(huán)境優(yōu)勢(shì)，2050年后可能成為重要的能源供應(yīng)來(lái)源。 當(dāng)光伏發(fā)電在電網(wǎng)電源中的比例達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，必須考慮其對(duì)電網(wǎng)電壓頻率控制的影響，必須對(duì)光伏電站進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度運(yùn)行控制。 
　　“集中開(kāi)發(fā)、高壓送出”模式開(kāi)發(fā)的大規(guī)模光伏電站多集中在西北、華北等日照資源豐富的荒漠/半荒漠地區(qū)，光伏電站的電力需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。隨著光伏電站數(shù)量和規(guī)模的不斷加大，光照短期波動(dòng)和周期性變化引起的線路電壓超限現(xiàn)象將逐步出現(xiàn)，長(zhǎng)距離輸電的電壓穩(wěn)定性問(wèn)題將成為制約光伏電站建設(shè)開(kāi)發(fā)的主要因數(shù)之一。 
　　與常規(guī)發(fā)電機(jī)組不同，光伏發(fā)電的運(yùn)行控制特性完全由電力電子逆變器決定，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼特性，控制功能靈活。光伏發(fā)電的大規(guī)模接入增加了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制難度，如何利用光伏發(fā)電并網(wǎng)智能化技術(shù)提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平是突破的重點(diǎn)之一。