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关键词 光伏发电;太阳能电池;前景
中图分类号:TM914 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)022-003-1
随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加,以石油、天然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗,能源危机成为世界各国共同面临的课题。与此同时,化石能源造成的环境污染和生态失衡等一系列问题也成为制约社会经济发展甚至威胁人类生存的严重障碍。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源是最丰富的可再生能源之一,它分布广泛,可再生,不污染环境,是国际上公认的理想替代能源。
1 太阳能光伏发电技术
1.1 太阳光伏发电技术原理
太阳能电池是太阳能光伏企业的核心设备,光伏发电利用太阳能电池将光能直接转换成电能。1839年Becquerel发现了光生伏打效应,为太阳能电池的产生奠定了基础。太阳能电池芯片的PN结被光照射后,高能状态下的电子吸收了光能,被激发成为自由电子,自由电子在晶体里移动,余下的空穴也围绕晶体移动,自由电子在N结聚集,空穴在P结聚集,由此PN结间形成电势差,从而可以作为电源使用。
1.2 太阳能电池
提高太阳能光伏发电技术的关键是提高太阳能电池的转化率。太阳能电池主要分为硅基太阳、化合物半导体电池。
1.2.1 硅基电池
电池和化学电池是目前商业化最成熟的太阳电池。硅基太阳电池分为晶体硅和非晶硅电池,晶体硅可分为多晶硅电池和单晶硅电池,单晶硅光伏电池虽然转换效率高,稳定性好但是成本也比较高,多晶硅电池虽然转换率低些,但是以其较高的性价比成为市场上最主要的光伏太阳能电池。晶硅光伏发电技术的发展的方向主要是硅薄膜光伏发电。硅薄膜太阳电池的是指将硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持衬底上制成的太阳能电池,相对传统的晶硅太阳能电池而言,生产硅薄太阳能膜电池所需的硅材料少,成本低,能耗小但是生产工艺比较复杂。
1.2.2 化合物半导体电池
半导体硅的价格比较贵,相对而言化合物半导体的成本就比较低了,化合物半导体电池主要有CdTe电池和CIGS电池。这些化合物半导的体能隙宽度可以方便的调节,从而与太阳光谱匹配,将更多的光能转换为电能。理论上CdTe电池的光电转换效率可达30%,而且性能稳定,原材料价格低廉。另外,金属镉Cd具有毒性,会严重的污染环境,根据有关研究结果,生产相同多的电量,CdTe与煤、石油和晶体硅电池相比,排放的镉等重金属的量是最低的。
1.3 太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池板、储电装备、控制器存和逆变器构成,包含了电能变换系统和发电系统。太阳能通过太阳能光伏电池板被转换为电能,并通过逆变器转换后可以提供给负载用户使用。
1.3.1 独立光伏发电系统
独立光伏发电系统是独立运行的发电系统,不与电网相连,一般建设在远离电力系统的边远地区或者作为野外移动式电源使用。独立光伏发电系统将白天生产的部分电能存储在蓄电池里,晚上释放出来使用,对没有条件接入电网的居民而言是很好的选择。但是在实际应用过程中,因为独立光伏发电系统供电不稳定,通常会建立一个普通电站辅助,这提高了光伏发电的成本,也与利用清洁能源发电的目的背道而驰。
1.3.2 并网光伏发电系统
并网光伏发电系统是指将光伏发电设备与电网连接在一起的发电系统。太阳能光伏发电设备与其他类型的发电站一样能为公共电网提供有功电能和无功电能。光伏电池在阳光照射下产生的是直流电,需要经过相关设备变换成与公共电网频率相同的交流电,之后再以电流源、电流源等方式把电能送入电网,所以并网系统不需要蓄电池,系统运行成本低于独立光伏发电系统。另外,并网光伏发电系统的转换率比独立光伏发电系统高很多,所以发电系统的供电比较稳定,是太阳能光伏发电产业的比较合理发展方向。
2 太阳能光伏发电技术发展前景
我国公布的相关规划提出,2015年的分布式光伏发电要达到一千万千瓦;英国,日本国家成为光伏产业新兴海外市场;股神巴菲特第三次投资光伏电站项目,一系列行动表明光伏产业正在缓慢回升。中国的光伏企业的市场主要是欧美等发达国家,但是随着我国出台了一系列光伏补贴政策,国内市场将逐渐被打开,光伏企业有望摆脱生产过剩的现状。国家已经明确提出鼓励在中东部地区建设和建筑相结合的分布式光伏发电系统,所以分布式光伏发电和建筑光伏一体化将是我国未来光伏产业的重要发展方向。由此,光伏产业可能从高端市场向下游市场延伸,专业从事诸如太阳能照明或者屋顶太阳能的企业可能得到大力发展,光伏企业需要更加重视相关技术的开发与研究,比如光伏并网电路的拓扑结构、分布式光伏发电系统的能量管理,对系统的显示和远程监控等,同时也应该提供安装维护等增值服务。
虽然晶硅太阳能板仍然是市场的主流,但是很多企业也将目光投向了薄膜太阳能板技术。薄膜太阳能板相对于晶硅太阳能板而言,更能适应高温潮湿的条件,在我国大多用于下游的建筑幕墙,生产成本低,在制造过程中使用的能源也在晶硅太阳能板的一半以下。全球经济衰退影响时,薄膜太阳能板市场仍然稳定增长,美国的FirstSolar公司也因此成为全球最大的太阳能板生产商之一。目前,MiaSole公司将CIGS薄膜的光能转化率提高到17%,改变了以往薄膜太阳能板转化率低的状况,对晶硅太阳能板提出了挑战。
3 结束语
我国幅员辽阔,可利用的太阳能多,太阳能光伏发电技术已经大大提高了转换率,因此光伏产业的发展前景看好。随着电价补贴和光伏发电的使用时间增加,未来太阳能发电成本有可能降到和常规电价相近的水平。另一方面我国石油、煤炭、天然气等不可再生能源不断减少,太阳能等清洁能源的开发利用是未来能源发展必然的方向。
参考文献
[1]马宁.太阳能光伏发电概述及发展前景[J].智能建筑电气技术,2012(02):25-26.
自2011年下半年起,由于国内产能过剩、欧洲市场需求下降与贸易壁垒等多重因素叠加,用进入“寒冬”来形容我国光伏行业毫不为过。期间最有代表性的事件即是在2013年3月,全球最大太阳能电池板生产商尚德电力宣布其在中国的主要子公司破产。无锡尚德的破产进一步暴露出全球太阳能行业的糟糕境遇。在此之前,西方太阳能行业发生一连串倒闭事件,包括德国的Q-Cells和美国Solyndra的破产事件。一连串企业倒闭尤其是大型企业倒闭,可以理解为行业见底的重要标志。遭受欧美“双反”(反倾销和反补贴)与国内产能严重过剩双重考验的中国光伏产业,是否还能迎来自己的第二个春天引人深思。
我国光伏产业发展现状
(一)产能高度集中于中游生产环节,关键技术设备需进口
一般而言,光伏产业链分为上游、中游和下游三大环节。其中,上游包括技术研发、硅材料和其他材料的提炼生产,中游包括硅片、电池片及组件的生产制造,下游则是指光伏系统安装建设及运营与维护。光伏产业链的各个环节对技术、投资与资本规模要求差异较大。资金与技术问题所产生的壁垒,使得硅材料提纯与光伏终端应用环节的价值量相对更高,而中游的太阳能电池生产与组件封装环节因进入门槛较低,导致其竞争激烈,产业价值量也最低。
我国光伏企业则恰恰集中在产业链中游低附加值、低利润回报率的电池和组件制造环节,而在产业链上游的多晶硅和产业链下游的光伏发电环节,发展还比较滞后。自2007年起,我国的太阳能电池产量便稳居世界第一位,是全球名副其实的光伏电池制造中心,如表1所示。低端产业链生产环节的重复建设,对产能扩张的盲目追求,使得产量严重过剩,为光伏产业的发展埋下了极大隐患。
表1 近年来我国光伏电池产量增长态势及与全球产量比较
年份 全球太阳能电池产量(MW) 中国太阳能电池产量(MW) 中国占比(%)
2000 287.00 3.00 1.05
2001 401.00 4.60 1.15
2002 560.00 6.00 1.07
2003 750.00 12.00 1.60
2004 1256.00 50.00 3.98
2005 1815.00 145.00 7.99
2006 2536.00 438.00 17.27
2007 4279.00 1088.00 25.43
2008 7911.00 3238.00 40.93
2009 12464.00 5851.00 46.94
2010 27381.00 7710.60 28.16
2011 37185.00 12983.88 34.92
数据来源:Wind资讯
虽然我国在太阳能电池产能与产量方面位居世界第一,但行业核心技术大多掌握在其他发达国家的手中,产业核心竞争力不强,许多关键技术和设备对外依存度很高,如薄膜电池生产线、四氯化硅闭环回收装置、自动电焊机等设备都主要依赖进口。这种技术设备方面的差距,导致光伏产业发展缺乏稳定的基础,直接致使我国光伏产品的生产成本偏高,市场竞争力不强。
此外,虽然与使用传统能源相比,使用太阳能产生的固体废物少、能源消耗低,作为绿色能源的代表其在应用环节具有无污染、无排放的环境友好型特征,但并非光伏产业链的每个环节都是无污染的。光伏电池的生产与制造环节是存在严重污染问题的,尤其是太阳能多晶硅的生产和铸锭、切片所需的能源消耗较大,环境影响也较大。对于我国光伏企业而言,集中于电池制造环节且尚未掌握产业清洁发展技术的现状,除了带来低端生产环节的重复建设与产能过剩外,也对生态环境产生了重大影响,有悖于绿色新能源应用的初衷。
(二)原材料高纯度多晶硅进口依存度高
多晶硅是光伏产业最主要的原材料。我国多晶硅工业起步于上世纪50年代,但早期发展并不景气。近年来随着光伏市场的不断发展,我国多晶硅产业获得迅速发展,产量也得到迅速扩张,从2005年到2013年,我国多晶硅产量从41吨迅速增至8.2万吨,如图1所示。
图1 我国2001年至2013年多晶硅产量
(编辑注:去掉纵坐标数据中的“,”)
数据来源:Wind资讯
我国硅矿尤其是优质石英硅矿储量丰富,可以为多晶硅的生产提供丰富的原材料,但生产高纯度多晶硅不仅对技术水平要求高,还需要大量的资金投入,所以存在着较高的技术壁垒和资金门槛。目前,生产多晶硅的主流技术是改良的西门子法,但是该法的核心技术主要集中在美国、德国、日本的几家大型厂商手中,国内除少数大型企业突破了技术限制外,大部分厂商是从国外引进技术。核心技术的缺乏,直接导致我国大部分厂商所生产的多晶硅产品质量较差,生产成本略高,因此每年仍需从国外进口大量高纯度多晶硅(见表2)。原材料的高度进口依存度,使得我国光伏产业发展风险大增,制约着整个行业的健康持续发展。
表2 2010―2013年我国高纯度多晶硅进口量与产量(单位:吨)
年份 2010年 2011年 2012年 2013年
进口量 47510 64614 82760 72104
生产量 52203 84801 71000 82000
数据来源:Wind资讯
(三)产品销售严重依赖国外市场
关键词:河北省;光伏农业;现代农业
中图分类号 F320.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2015)12-13-03
Study on Photovoltaic Agriculture in Hebei Province
Li Tiantian et al.
(College of Economics and Trade, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001,China)
Abstract:Recently there is a serious surplus in photovoltaic industry.It is in urgent need of transformation and upgrading from traditional agriculture to modern agriculture. The combination of photovoltaic power station and agriculture can achieve greater effect. Developing the photovoltaic agriculture is the inevitable choice to realize agricultural industry upgrading and sustainable way. This article introduced the photovoltaic agricultural development of YingLi Green Energy Holding Co.,Ltd in Baoding in recent years and analyzed the current situation of photovoltaic agricultural development in Hebei province, then put forward the corresponding suggestions and measures.
Key words:Hebei province; Photovoltaic agriculture; Modern agriculture
1 光伏农业的涵义
光伏农业是将太阳能发电广泛应用到现代农业种植、养殖、灌溉、病虫害防治以及农业机械动力提供等领域的一种新型农业[1]。光伏农业在为农业生产提供便利的同时,也提升了农业科技水平,改善了农民生活水平,推动了农村加快转型[2]。从目前的情况来说,光伏农业大体上主要有光伏养殖、光伏种植和光伏应用3类。光伏养殖的应用方式主要是太阳能光伏养殖场,它是传统养殖事业的一种变革和与时俱进,将光伏技术引进,在闲置的养殖场屋顶铺设光伏电站,为其养殖生产提供绿色能源,节能环保、低碳、无污染。光伏种植的应用方式主要是新型太阳能生态农业大棚(光伏大棚),又称农光互补。光伏种植是完全通过能源自给,带动绿色农业发展,实现真正的低碳、绿色和循环农业的现代农业。光伏应用在很多方面:主要有太阳能杀虫灯,农用太阳能照明灯,光伏节水农业,监控系统,光伏污水净化系统等。
2 光伏农业在河北现代农业发展中的前景分析
河北省国土面积为18.8万km2,全省年平均日照时数范围为2 400~3 077h,全省范围都属于日照条件较好的地区,具有利用太阳能、开发光伏产业的有利条件。河北一直以来都是农业大省,农业是国民经济发展的第一产业与基石。光伏农业是现代农业发展的创新模式,它将光伏电站与农业有机结合,发展光伏农业,可以实现产业升级,塑造低碳、绿色环保型农业[3]。河北省发展光伏农业具有很强的优势,且前景广阔。
2.1 光伏技术优势明显 实现光伏技术与农业的有效结合,首先要做的是寻找成熟的光伏技术的支撑单位或部门。总部设于河北省保定市的中国英利绿色能源控股有限公司是我国光伏产品生产规模最大和技术最成熟的公司,可以为河北省发展光伏农业提供强有力的技术支撑。如该公司近几年在河北、广西、江苏、广东、云南等地累计共有10个光伏农业项目,总装机容量257.6MW,占到了英利所有储备电站项目的近20%。其中,在河北省保定市曲阳县建设山地光伏电站,在保定市定州铺设平地光伏电站等。因此,河北省发展光伏农业具有先天的技术优势。
2.2 光伏农业资源丰富 河北是我国传统农业大省,其中主要农作物播种面积为874.92万hm2[4]。河北省每个地区都有适合种植的作物,适宜耕种的农作物的种类繁多,农业资源很丰富,且产量位居全国前列,如石家庄、唐山、保定、沧州、邯郸和邢台等地区的各个县都是作物高产区。河北省集中生产全国粮油,耕种面积超过600万hm2,在全国位居第4位。因此,河北省发展光伏农业具有十分丰富的资源。
2.3 项目开发初具雏形 目前河北省大部分光伏农业项目都在筹建当中,部分项目竣工并在整合试验期,其余项目仍在准备期。英利集团非常重视现代农业开发与发展,积极探索光伏与农业相结合的项目,其旗下的秋收农业有限公司是专门从事光伏农业开发的公司。2009年7月22日,英利“国香养猪场”在河北省定州市落地。2014年英利光伏农业一体化30MW并网发电项目落户河北安国市,将光伏农业与安国中草药项目相结合。除此之外,河北省其他光伏农业也处于建设高涨期,初具雏形,如2015年3月12日山东德州皇明太阳能电力工程有限公司在邱县投资2.9亿元建设集光伏发电、大棚种植、休闲观光与一体新能源光伏大棚。因此,河北省发展光伏农业在项目开发方面已初具规模,为今后光伏农业的快速发展与推广起到了重要的推动作用。
3 河北省光伏农业发展现状
目前,河北省光伏农业的发展还处于起步阶段,一些项目开发与设备还不是很完善。保定英利绿色能源控股有限公司一直都是光伏产业的领头羊,本文主要以保定英利绿色能源控股有限公司近几年在河北省发展光伏农业现状为例加以阐述。
2009年7月22日,由英利在在河北省定州市建立国香养猪场,这种新型养殖方式既能完成传统的养殖,又能在房顶发电节约地面面积,提供清洁能源解决猪舍的用电与用水,如使用地源热泵或加温和散热设备为猪提供更舒适的生长环境,剩余电量并入国家电网获取政府补贴与一定的收益。总计在养殖场闲置屋顶安装了46 569块太阳能电池组件,安装容量为10MW,目前已正式并网发电,年可发电1 200万kWh,在20a经营期内,该设备累计发电量约2.4亿kWh,可节约燃煤约8万t,减少二氧化碳排放约21万t,总减排效益达8 715万元[5],实现了真正意义上的节能减排农业。
2014年英利光伏农业一体化30MW并网发电项目落户河北安国,将光伏农业与安国中草药相结合,在农业生产方式上这是一个创新,带动了当地绿色农业的发展。即使中草药收益不可观,每年通过屋顶光伏发电,剩余电量并入国家电网获取一部分固定收益,并且国家对光伏发电补贴政策,1kWh电可补贴0.4元,促进了安国地区性经济的可持续发展。
由英利绿色能源控股有限公司投资建设的玻璃屋(光伏温室大棚示范项目)总装机容量3MW,年发电量331万kWh,全年可节约标准煤1 390.4t,可减少二氧化碳排放量3 415t,减少二氧化硫排放28.9t,减少氮氧化合物排放12.7t[6]。棚顶发的电除可为生态农业区棚内作物生长提供通风、采暖、滴灌(如太阳能光伏节水农业的应用)、照明(如太阳能杀虫灯的使用)、农药喷洒以及棚内环境各项指标监测等农用需求之外,剩余电量可并入国家电网。实现了真正的绿色环保和低碳循环的农业发展模式[7]。
除此之外,近2a来河北省在支持光伏产业发展方面作了充足准备,从2014年17个备案光伏项目到2015年123个光伏发电项目,以2015年为基期在数量上增长86.18%,2014年只有1个光伏农业项目,项目申报规模为4万kW,到2015年增长到17个,项目申报规模总数达64万kW。
4 存在问题
河北省光伏农业发展尚处在起步阶段,在各个环节都需要不断完善,改善漏洞与不足。如政策、技术集成创新、光伏农业发展理论支持、光伏领域与农业领域的如何融合的问题、光伏农业发展的重点领域问题以及光伏农业企业经营模式问题等很多方面有待完善。
4.1 理论界定标准不明确 目前光伏农业存在着界定标准问题,政策法规不健全。虽然国家非常支持光伏+农业的项目,但是光伏农业并没有严格的界定标准,也没有配套的政策和法规,光伏农业项目在推进过程中只能享受光伏发电站和相应的农业政策,这不利于光伏农业项目的推广。
4.2 光伏农业板块模式不成熟 河北省农业开发资源尽管很丰富,但是将光伏与农业相结合是一种全新模式,各个方面都在不断探索之中,而且受河北省地域面积较为宽广的影响,农业涉及的内容广泛,什么时间、什么地点种植什么品种的作物能达到效益最大化是特别重要的问题。因此,如何因地制宜地将农业经济效益达到最大化,需要从多方面多角度进行不断地探索和反复实践。将光伏技术与农业相结合,光伏产业提供的是技术,而农业需要在原有基础上不断推陈出新,搞好种植与运营是光伏农业发展过程中的首要任务。
4.3 政府的支持力度不够 地方政府对于光伏农业项目的认知程度低,没有与光伏农业相匹配的业务流程,光伏农业项目审批过程不够顺畅;电网并网接入并没有完全放开,在部分地区存在附加条件,对于规模小的光伏农业项目会降低项目收益,甚至导致项目没有投资价值,需要电网公司给与技术支持;光伏农业项目中的一些技术问题遇到瓶颈,如不同地区光伏板的透光率大小不相同,计算复杂耗时,延缓了项目的开发进程。
4.4 光伏发电不够稳定 由于技术的不成熟,在光伏农业起始阶段出现了发电质量不过关的问题,并网对电网造成了影响,国家为此付出了额外的成本。由于天气状况、日照长度与强度以及不同的光伏板所安装的位置不一样、受光不同等因素的影响,光伏发的电量会出现不规律,不稳定的状况,因此光伏电站输出功率不稳定,并入电网会对电网造成一定的损害[8]。
5 进一步完善光伏农业发展的对策建议
5.1 完善配套政策法规 国家虽然大力支持发展光伏产业,但是“光伏农业”这一说法还没有在目前国家的正式文件中提到,现在急需的是理论支持与市场发展的步伐相协调。光伏农业的投资额较大,成本回收周期较长,需要国家配套政策的大力支持才能健康发展。因此,相关部门应进一步完善配套政策法规,将光伏农业正式写进国家相关光伏政策,制定一套属于光伏农业的优惠政策与法规,使光伏企业在发展光伏农业同时能够享受国家相应的优惠政策与补贴。
5.2 解决农业板块模式 光伏与农业相结合,需要做到光伏技术模块与农业模块相协调,平衡处理好两者之间的关系。河北省依托英利集团在光伏技术方面提供先进技术指导,解决了光伏技术模块问题,目前主要是加强农业模块的探索与实践,在作物品种的选择问题上要整体规划,选准品种,稳步推进[9]。不同地区选取作物品种在效益最大化基础上,还要充分发挥河北省作物独具的特色。除此之外,在分布式光伏发电地域应充分利用空间,发电板下边以及板与板的间隙可以种植花生或马齿菜等,根据当地适宜种植的品种去选择种植。
5.3 制定相应扶持措施 光伏农业是对传统农业的变革与创新,迈出历史的第一步必然会遇到好多阻碍与困难,同时,由于光伏农业前期投资很大,成本收回周期也特别长,并不是一个企业可以单独负担的,单凭企业的发展与创新是远远不够的。因此,这就要地方政府出台一些扶持光伏农业发展的措施,如在资金方面给予大力支持、采取一定的经济、行政措施加以推动。建议地方政府成立独立的部门专门负责光伏农业的推广与实施,同时协调多部门进行配合与协助,在物质、资金、人才和技术等方面给予大力支持。
5.4 稳步提高发电质量 不仅要做到有电剩余,将剩余电量并入国家电网,还需要提高发电质量,推动科技创新,向电网公司寻求技术支持,确保光伏农业项目余电直接稳定地并入国家电网,不产生其他副作用。减少不合格电量对国家电网的伤害,不论天气、气温如何变化,做到电量稳定、可靠,让老百姓放心用电。
参考文献
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[5]北极星太阳能光伏网.河北定州国香建起全国首个光伏屋顶“养猪场”[EB/OL].[2013-03-26]http://.cn/news/20 130326/424979.shtml.
[6]经济观察网.世界首座光伏发电五星级酒店花落保定[EB/OL].http://.cn/2011/0427/199958.shtml,[2011-04-27].
[7]阮晓东.光伏农业:绿色新路[J].新经济导刊,2014(03):30-33.
[8]杜容熠.太阳能光伏发电在农业温室补光系统中直流电的直接应用[J].现代农业科技,2010(22):234-236,239.
关键词:分布式光伏发电;关键技术;发展前景
中图分类号:TM615 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2014) 04-0000-01
随着能源短缺与能源需求的矛盾日益突出,能源价格会不断升高,严重阻碍了社会发展的步伐,寻找可再生能源,走可持续发展道路迫在眉睫。太阳能作为一种最常见的可再生能源,不仅分布广,无污染,而且可再生,被国际上认为是最好的化石能源替代品[1]。
太阳能光伏产业作为可再生能源产业,引起了各国政府的重视和大力支持。很多国家正积极研究光伏发电技术,并出台分布式光伏发电的财政补贴等政策,以促进光伏产业的快速发展,来应对能源短缺现象[2]。
光伏发电技术是一项优化未来能源构成的高新发电技术,分布式光伏电站的快速发展将加速远程监控系统的开发和推进相关技术的市场需求。随着计算机网络技术和通信技术的快速发展,远程监控系统将成为一种重要的手段。
一、分布式光伏电站简介
分布式光伏发电特指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。
二、分布式光伏发电特点
分布式光伏发电是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式,它倡导就近发电,就近使用,就近转换,就近并网的原则,以满足特定用户的需求,可以有效提高同等规模光伏电站的发电量,还可以降低电力在升压及长途运输中的损耗。具有以下特点:
一是输出功率相对较小,一般而言,一个分布式光伏发电项目的容量控制在数千瓦以内但小型光伏系统相比大型的投资收益率并不会降低;
二是污染相对很小,没有噪声,也不会对空气和水产生污染,环保效益突出;
三是可以在一定程度上改善当地的用电状况,但是分布式光伏发电的能量密度相对较低,并不能从根本上解决用电紧张问题,而且具有间歇性;
此外,还有安全可靠性高,抗灾能力强,非常适合于远离大电网的边远农村、牧区、山区供电,不需要远距离输送电力,成本低、效率高[3]。
三、分布式光伏电站监控体系结构
分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池阵列、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,分布式光伏发电系统的太阳能电池阵列组件将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。
四、分布式光伏电站监控系统技术
分布式光伏发电倡导尽可能就地消纳,通过配电网接入电力系统,配电自动化系统需要对光伏发电进行监控和管理,以保证电网的安全可靠运行。分布式光伏发电一般在农村、牧区、山区,发展中的大、中、小城市或商业区附近建造,通常建在工业厂房、公共建筑以及居民屋顶上。这给分布式光伏电站的监控和管理都带来了挑战,我们可以通过远程监控来解决这一难题。
(一)通讯技术。分布式光伏发电系统的通信方式有多种类型。主要取决于城市中心、市区、郊区、农电等不同的地理位置。通信介质也分多种,包括:光纤、电力线载波、无线等方式。光纤通信具有容量大、传输距离远、抗电磁干扰、无辐射等特点,是市区配电网自动化首选的一种通信方式。随着光纤通信技术的不断普及和发展,其性价比也比较适中。无线方式通信实施比较方便,而且布置灵活,但容易受干扰。电力线载波通信方式比较适合农电及远距离线路,价格也相对便宜。
(二)监测系统的构成。由数据采集系统、数据传输系统、数据中心组成。数据采集系统应至少包括环境监测设备,电参数监测设备等。
1.数据采集。数据采集是指从传感器和其它待测设备等被测单元中采集需要的数据,送到上位机中进行分析、处理的行为。电压传感器用于采集光伏阵列的输出电压、蓄电池电压、逆变器输入电压、直流负载的输入电压。电流传感器用于采集光伏阵列的输出电流、蓄电池电流、逆变器输入电流、直流负载的输入电流。智能传感器用于采集逆变器的输出电压、电流、功率、功率因数。温度传感器和调理板用于采集室外、光伏组件和蓄电池的温度。辐照仪用于测量水平面的太阳总辐照度和光伏阵列表面的辐照度。
2.数据传输系统。电站数据监测系统中监测装置与数据采集装置之间、数据采集装置与数据中心之间的数据传输。根据分布式光伏电站、电力部门的不同情况选择相应的通讯方式进行数据传输,并确保数据传输的方便和安全。
3.数据中心。通过实现统一的数据定义与命名规范,集中多个光伏电站数据的环境。软件部分是整个监测系统的核心,从传感器采集得到的信息量将全部送至该部分进行数据处理和显示。提供了强大的图形界面,显示画面生动,一目了然。
五、我国分布式光伏电站发展现状与前景
中国光伏产业的发展曾过度依赖国外市场,尤其是欧洲市场,受欧债危机、欧盟及美国“双反”等事件的影响,国外市场持续低迷,中国光伏产业的持续发展也因此呼吁国内光伏市场的快速启动。
目前分布式光伏发电已被广泛应用在家庭供电、道路照明、景观照明、交通监控、大型广告牌、发电站,市场规模逐步扩大,呈现出广阔的市场前景。2012年12月19日,国务院召开常务会议提出要着力推进分布式光伏发电,鼓励单位、社区和家庭安装和使用分布式光伏发电系统。在《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》文件中,将在每个省建设500MW分布式光伏的规模化应用示范区[4],这是国内启动的至今最大的光伏项目,这些政策极大鼓舞了国内分布式光伏产业的发展,我国分布式光伏产业迎来了重大的挑战和机遇。
参考文献:
[1]陈晨,陈明明.太阳能光伏发电现状分析及发展方向[J].动力与电气工程,2013.
[2]王斯珍.我国已成为全球主要太阳能电池生产国[J].四川水利发电.2008(124):14-15.
【关键词】光伏材料;专利分析
前言
光伏产业因其资源丰富、无污染等优势,有较大的发展潜力,随着能源危机和环境污染问题的日益加剧,越来越多的国家开始加强对光伏的开发利用。光伏的应用领域非常广泛,最终可归结为光伏热利用和电利用两方面。当前,美国、日本等国都将光伏列为未来的主要重点开发能源,其研发重点在于太阳能电池,在这一领域发达国家已取得了很大进展。与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,我国光伏技术相对落后,多数跨国公司通过申请大量的高质量专利,抢占我国该领域的制高点,对光伏技术领域关键技术进行层层部署,意图垄断未来的光伏产业市场,针对现状我国光伏企业应根据各自的实际情况量身定做个人的专利布局,迎接国际市场的挑战。
1、光伏领域技术国内外现状
1.1国外现状
在全球太阳能专利技术领域中,日本、美国、德国等为太阳能技术及应用大国,非常重视太阳能光电利用技术的研发与保护,以日本为例,日本经济产业省运用各种措施,发展本国的光伏产业,相关资料显示,日本经济产业省在1993年开始实施“新阳光工程”,布局建立日本本土的太阳能光伏产业和太阳能市场。通过一系列的政府资助和相关研究、开发、示范,在太阳能电池制造技术和降低成本方面取得了长足进步。
1.2国内现状
根据国家知识产权局公布的数据显示,在中国申请的太阳能核心技术专利统计中,外国公司排名明显靠前,特别是日本公司。一个国家、一个产业知识产权的强弱,主要看它的发明专利,我国光伏发明专利市场主要为国外人占领,而光伏实用新型专利则为我国企业所占据,从而出现技术水平普遍较低、专利保护较弱,处于产业链下游的现状。国内企业技术的投入的周期循环总是慢人一步,使得我们的企业技术常常处于“微笑曲线”的底部。
1.3光伏产业的前景
预计到2030年,全世界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。到2020年,我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),光伏发电装机将占到5%。未来十几年,我国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。
2、国内专利分析
2.1总体趋势分析
通过整体趋势可以看出,1987年-2005年属于技术起步阶段,国内光伏材料专利申请量较低,每年申请量都在20件以下。从2006年起,专利数量逐年递增,增长幅度不断加大。从分布来看专利主要分布在广东、江苏、上海、北京等省市。这些地区集中了较多的与光伏材料相关的大型企业及科研院所,起步基础高于其他省市,排名前五位的城市除北京外都为南方地区,说明南方地区在接受新的技术上要强于北方地区。整体趋势表明,随着国家对环保、节能和可持续性发展能源技术的进一步推广以及外来技术的引进,该技术领域的专利的增长趋势还将进一步持续,光伏材料相关技术在日后将进入高速发展期。
同时,日本、韩国等国家也在中国申请了光伏材料方面的专利,一方面可能是与中国企业的技术合作;另一方面也可能是为了占领中国广大的市场所做的技术铺垫,这部分专利尤其要引起我们的注意。
2.2申请人分析
通过前10位申请人的综合比较发现,申请人的专利申请量差距明显,除李毅外相对活动年期较短,专利平均专利年龄较低,不少申请人为近几年申请的;其中李毅申报专利较早,活动年期为10年,说明该创益科技公司(李毅)对该领域较为重视投入的精力相对较多、较早,但是专利平均年龄偏低,经检索后得知该公司虽然申报较早但是专利数量偏低,大部分的专利都是2007年申请的,所以造成平均年龄偏低;多数申请人也是在近3年专注专利申报的,相对平均年龄较低,说明企业都逐渐重视专利保护。
2.3技术领域分析
根据各个IPC号对应的专利数量的多少,进行统计分析,研究发明创造活动最为活跃的技术领域,发现技术分布,通过分析发现,国内在光伏材料技术领域的发展重点方向主要集中在以下几个方面:
一是H01L31将光能转化为电能的半导体器件,占总数的63%;二是C01B33光伏产片的材料,占总数的13%;三是C30B29光伏产片的材料占总数的8%。
从IPC申请人构成可以发现,大部分申请人在H01L31领域内都有专利申请,李毅在该领域内申请较为突出,说明东南大学在频率选择方面的研究处于领先地位;通过整体来看除李毅外,其他的公司申请专利的技术领域主要为C30B领域即光伏材料的加工与生产,而李毅主要的技术点分布于生产光伏材料的设备上。
透过技术趋势分析,可以发现我国光伏技术的热点:
1、太阳能电池表面工艺与材质的构成为近几年专利申请的热点,专利数量较为集中;2、光伏材料中的硅片、晶硅的深层次的开发利用正在形成下一个发展趋势,专利的数量在不断的集中;3、新兴技术晶硅薄膜正在受到大家的重视,但是专利分布的较为分散,还没有形成领域,这部分技术可能为下步发展的重点。
3、国外专利分析
3.1趋势分析
从趋势来看,国外在光伏材料领域的专利申请量虽然存在一定的波动,但整体上处于上升的趋势,说明光伏材料相关技术在国外还处于发展期,该技术领域的专利申请数量在一定时期内还将处于上升的趋势,总体来说国外在专利申请增长上较为稳定。
3.2申请人分析
由趋势可以发现前十位专利申请人都为日本和美国的企业,其研发具有延续性与可持续性,专利申请步步为营,每年都会形成一批专利,其中2003年日本企业KYOCERA CORP申请量突增至55件,2004年日本企业SHARP CORP在申请突然增至73件,经检索两家企业申请的主要专利都集中在:将太阳能转为电能的转换器件的电压、电流发生器;说明日本的企业2003-2004年已经感觉到太阳能利用为以后新能源发展的主要方向,都在努力争取该市场的份额,尤其是针对如何将太阳能转换为电能的电子材料与设备,而国内还是将生产太阳能板的材料作为发展的重点。
通过对排名前10位的申请人分下可以看出,日本的申请人占据绝大多数,SHARP CORP和KYOCERA CORP从事研发的人员数量较多,研发实力强;日本企业申请的专利平均年限都为5年左右,活动年期为9年左右,说明日本企业早在10年前就关注该领域的发展,在现有技术的基础上正在在该领域内不断延伸,而且近期申请量正在不断增加,以上公司都是该领域强有力的竞争对手,需要对其密切跟踪、分析。
3.3技术趋势
国外在光伏材料技术领域的发展重点方向主要集中在以下几个方面:一是H01L31(对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射,或微粒辐射敏感的,并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的,或者专门适用于通过这样的辐射进行电能控制的半导体器件;专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或设备;其零部件)占总领域的67%。二是H01M14(电化学电流或者电压发生器)。三是H01Q1/28(专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备)。由此可见国外的重点在光伏材料生产设备与光电转换材料和设备上面。
4、光伏材料专利的现状
通过分析得知,当前竞争日益加剧,进入规模、成本、质量、技术竞争时期。总体来说光伏专利分布为:上游由国外厂商居多,国内企业处于中下游位置。只在最简单的环节发展迅速,其它方面都受制于发达国家,整个产业的竞争能力还有待大力提高。
1、在国外太阳能专利技术领域中,日本、美国、德国等太阳能技术大国,非常重视太阳能光电利用技术的研发、专利申请与保护
2009年在全球前十名光伏专利持有公司中,日本公司占据了9位,目前日本已不满足早期的传统光伏技术,而是把更多注意力放在新一代光伏技术(如聚光发电技术等)方面,保持技术领先。通过分析发现这些国家的太阳能专利均有一半以上集中在制备太阳能光伏材料的设备中,这表明太阳能光伏应用技术与市场紧密结合,为其赢得了先发优势,不失为我市企业学习借鉴的对象。
2、2003年之后薄膜电池的各类专利申请均呈现增长趋势
国内对于薄膜电池的专利申请虽然活跃,情况不容乐观,以硅基薄膜太阳电池为例,20世纪70年代末我国开始对其展开研究,80年代末,小面积电池效率达到11.2%,大面积电池效率超过8%,均达到国际同期先进水平,但在产业化进程中却远远落后国外,那时国内没有一条具有自主知识产权的硅基薄膜电池生产线。
3、薄膜电池产业核心技术专利仍然掌握在国外企业手里
最明显的表现特征是:以美国、日本、德国和韩国为代表的国家对于薄膜电池专利的申请量开始逐年增加,这些国家的太阳能专利一半以上集中在太阳能薄膜电池领域中,而我国专利在相关技术领域只占到三分之一,其中在华专利申请量中,日本又占据优势,中国薄膜企业则相对落后。一个产业的诸多产业链环节出现技术与市场寡断的局面,这很让人感到尴尬,同时也制约着国内薄膜电池的发展。
4、相比薄膜电池,晶硅电池的局面显然要好些,但对于相关核心技术专利不多,国内呈现专利数量多但质量不高的现状
根据报告,目前晶硅领域的专利申请分三类:一类为太阳电池及其组件制作工艺等技术的专利,其申请数量占一定比例;第二类为光伏系统、并网发电、光伏屋顶等太阳电池主要产业应用领域,占一定量的专利申请;第三类是一系列技术门槛较低、实用性强的太阳能应用产品,如太阳能庭院灯、草坪灯、交通标志、广告牌灯,此类专利有大量的申请数量。
5、国内本土实用新型专利占实用新型专利申请总量的95%以上,国外实用新型专利仅有几件
在中国申请的太阳能核心技术专利统计中,外国公司排名靠前,特别是日本的公司,如佳能株式会社、夏普株式会社、三洋电机株式会社等。当前的情况是,我国光伏发明专利市场主要为国外人占领,而光伏实用新型专利则为我国企业所占据,我国企业的技术水平普遍较低、专利保护较弱,处于产业链下游。
5、针对光伏材料现状的两点建议
技术不是一蹴而就,但需要一个积极的氛围,比如国家重视,提供必要的研发条件与资金,比如国内大企业间进行技术攀比,甚至先模仿后超越等,这些主动的、进攻的方式在处于落后状态的情况下都可以倡导。以下提出几点建议以供参考:
1、根据企业不同需求,采用不同专利策略
第一、国内光伏产业的主力军上市企业,其具有自主品牌、一定规模、长期发展计划,这类企业都应重视专利技术与知识产权的获得和保护,根据自己的核心技术建立起技术专利池,同时加大产学研合作交流,做好技术转型机遇的准备。
第二,国有企业,具有资金雄厚、产品性能与质量欠佳、各项建设处于起步阶段的现状;国有企业有条件且有必要申请专利,目前此类企业多拥有自己的实验室与技术中心,同时与国外之间存在合作的专利技术项目。
第三,国内的私营企业,可以通过申请专利来获得专利技术,进而获得丰厚的垄断利润。部分中小型企业在缺乏研发条件时,根据需求可寻找适合的专利技术发明人,进行专利转让、许可、购买等方式。
2、国内太阳能企业应逐步建立专利联盟
与跨国公司主导的各种国际专利联盟相比,我国太阳能企业的专利无论在数量上还是质量上都处于起步阶段,需要大力倡导与发展。我国太阳能企业实施专利战略应考虑企业的实力,不同企业由于其技术领域的实力差距在实施专利时也不尽相同。具有较强实力、在技术上处于领先地位的企业可以采用进攻型专利战略,其方法主要是采取专利技术垄断,通过专利技术许可、专利申请等方式,以获取最佳的收益;经济实力较弱、技术落后的企业,通常采用防御型专利联盟战略,即利用对专利技术的二次开发、技术引进等方式开拓自己的市场。
参考文献
[1]2010-2015年光伏太阳能行业发展前景分析及投资风险预测报告
关键词:太阳能;光伏发电;应用;技术
中图分类号:S214文献标识码: A
1 光伏发电系统的基本特征
光伏发电系统是由光伏电池板、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。太阳光辐射能量经由光伏电池板直接转换为电能,并通过电缆、控制器、储能等环节予以储存和转换,提供负载使用。
光伏发电系统按与电力系统关系分类,通常分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。
独立光伏发电系统是不与常规电力系统相连而孤立运行的发电系统,通常建设在远离电网的边远地区或做为野外移动式便携电源,其建设的主要目的是解决无电问题。由于太阳能发电的特点是白天发电,而负荷用电特性往往是全天的,因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少。一般而言,系统在白天把太阳光转化为电能,通过充电器和蓄电池将电能储存起来,晚上再通过放电器把储存在蓄电池里的电能释放出来适当使用。尽管其供电可靠性受气象环境、负荷等因素影响很大,供电稳定性也相对较差,但对地处边远地区的居民而言,他们往往没有条件连接公共电网,用电设备也多为低功率级别,独立光伏发电系统因而成为当地安全、可靠的电力供给方式。
并网光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统,像其他类型发电站一样,可为电力系统提供有功和无功电能。光伏电池所发的直流电能经变换器变换成与电网相同频率的交流电能,以电压源或电流源的方式送入电力系统。控制器一般由单片机或数字信号处理芯片作为核心器件构成,用以实现光伏电池最大功率点跟踪及控制逆变器并网电流的频率、波形和功率,使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能平衡。变换器主要是由电力电子开关器件连接电感或电容构成,以脉宽调制方式形成所需电量形式向电网送电。容量可以视为无穷大的公共电网在这里扮演着储能环节的角色。因此并网系统不需要额外的蓄电池,降低了系统运行成本,提高了系统运行和供电稳定性。光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统,成为光伏发电的最合理发展方向。
2 光伏发电技术的现状分析
2.1 环境污染严重
太阳能属于绿色能源,但是太阳能的上游组件以及硅原料加工却能产生很严重的污染。生产太阳能薄膜电池时,会产生四氯化硅、氯化氢及氢气等废气。尤其是四氯化硅,假如不处理,可能会变成盐酸等酸性物质从而污染土壤。许多欧洲国家都无力承担太阳能制造引起的消极影响,因此,中国才会成为世界太阳能电池的制造中心。
2.2 产业化产品长时间出口
中国太阳能的光伏发电业里的众企业多数自顾自发展、不够团结,往往不能齐心对外。太阳能光伏发电行业之前并没着力于各企业间的协作,面临反倾销危机的时候,合作很重要。可是,中国太阳能的光伏发电行业缺少一个大家都认可的组织或者协调机制去调和大厂与大厂、大厂与小厂之间的利益纠葛,单凭为数不多的光伏产业协会可以发挥的功用十分微弱。
3 太阳能光伏发电技术的应用
3.1 太阳能电池的功能、种类与结构
太阳能光伏技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。通常所说的光伏技术也可以说是太阳能电池技术。太阳能光伏系统主要包括:太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器、照明负载等。当照明负载为直流时,则不用逆变器。
太阳能电池根据所用材料的不同,还可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池,其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。常用太阳电池按其材料可以分为:晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。
太阳能电池重量轻,无活动部件,使用安全。单位质量输出功率大,既可作小型电源,又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业,走向千家万户,太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能自行车、太阳能飞机都相继问世。然而对人类最有吸引力的是太空太阳能电站,它的建立无疑将彻底改善世界的能源状况,人类都期待这一天的到来。
3.2 光伏发电的产品用途及太阳能电池的应用
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,光伏电源可以无处不在。目前,光伏发电产品主要用于三方面: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,以及微波中继电源等,另外,还包括一些移动电源和备用电源;太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和草坪灯等;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“绿色奥运”部分用电由太阳能发电和风力发电提供。
我国太阳能电池应用领域在不断扩大,已涉及农业、牧业、林业、交通运输、通讯、气象、石油管道、文化教育及家庭电源等诸多方面,光伏发电在解决偏僻边远无电地区供电及许多特殊场合用电上已起到引人注目的作用。但从总体的应用技术水平和规模上看,与工业发达国家相比还有很大的差距,主要问题是光伏系统造价偏高、系统配套工程装备没有产业化、应用示范不够和公众对太阳电池应用的巨大潜力缺乏了解,以及系统应用仅限于独立运行,还没有并网运行和与建筑业结合。因此,有必要加强太阳能电池应用技术研究和示范,推进产业化,拓宽应用领域和市场。
4 光伏发电技术在我国的发展
我国首次研究太阳能电池是1958――在1971年,第一次成功的将其应用于东方红二号卫星的发射,1973年以后,太阳能电池逐渐被用于地面工程。20世纪80年代初,我国的光伏工业刚刚起,太阳能电池的年产量基本低于10kW,且价格不便宜。20世纪80年代以来,国家开始关注光伏工业及光伏市场的发展状――中央和地方政府都在光伏领域有一些资金投入,这让我国渺小的太阳能电池工业有机会发展同时在众多应用领域成立了典范,例如微波中继站、部队的通信系统及水闸与石油管道的保护系统等等。
目前,我国致力于光伏发电技术的研究开发,相继进行了晶体硅高效电池、非晶体硅薄膜电池与碲化镉及铜铟硒薄膜电池的应用系统的主要技术的研究。尤其是“十五”期间,国家利用科技攻关与863计划大力支持了一系列提高现有装备的生产能力的工程,使得光伏发电技术得到很大发展,产业水平也相应提高,也使得我国光伏发电制造业水平与国际水平的差距减小。就应用技术而言,国家“十五”期间计划并实施了屋顶的并网发电技术以及高压并网发电技术的科技攻关,建设了一系列10~50kW的屋顶系统,替我国2010年及2020年屋顶光伏的并网发电技术以及沙漠电站技术的成批发展奠定了基础。对于产业化,现在国内光伏发电最常用的产品是晶硅电池和少数的非晶硅电池。到2006年年,我国已经建立了10余个相当规模的、专门的光伏电池生产厂,每年生产的光伏电池组件多于200MW。特别是它可以增强晶体硅光伏电池组件的封装水平,年生产能力在10MW及以上的光伏电池的封装技术和它的配套设备已变成商业化的工业设备。
5 结束语
太阳能光伏发电是一种绿色能源,近年来随着太阳能电池板单晶硅原材料成本的大幅下降,光伏行业被越来越多的人认识。太阳能电池光伏发电在不远的将来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。
参考文献
[1]王晏,甘贵林.太阳能路灯在城市中的应用探讨[J].青海科技,2008,(04).
1.1浙江省居民家庭光伏发电基本情况
截止2012年8月底,浙江省已并网发电的光伏发电项目共65个,总容量13.47万kW,已并网的光伏发电项目从并网起累计发电量达4941万kWh,上网电量达1225万kWh。浙江省已并网发电的居民家庭光伏发电项目共12个,总容量97.5kW,分别占全省光伏已并网光伏项目个数的18%和总容量的0.07%。已并网的居民家庭光伏发电项目累计发电量17054kWh,累计上网电量13392kWh。由此可见,浙江省居民家庭光伏项目仍处于起步阶段,居民投资家庭光伏的意愿不强。
1.2浙江省光伏发电相关政策情况
浙江省人民政府近期出台《关于进一步加快光伏应用促进产业健康发展的实施意见》,明确了浙江光伏产业发展的总体思路和主要目标,给出了扶持光伏产业发展的相关政策,提出推行光伏产业发展“百园千项万户”计划,即在百个产业园区推进光伏应用,组织千项兆瓦级光伏发电示范项目,推广万户家庭光伏发电项目。“百园千项万户”计划对推广浙江居民家庭光伏发电具有重要的意义。按照相关规定,浙江省能源主管部门已将居民家庭光伏发电等容量较小的光伏电站项目备案职能下放至市(县)级,光伏发电项目的行政审批程序有所简化,时间周期缩短。在光伏发电项目并网方面,按照《光伏电站项目管理暂行办法》规定,光伏电站配套电力送出工程应与光伏电站建设协调进行,电网企业负责投资建设项目厂址外配套电力送出工程。国家电网公司也出台一系列服务光伏项目接入的举措,按国家规定停止收取系统备用容量费。目前,光伏发电项目并网时间大幅缩短,并网难问题已不再成为制约光伏发电快速发展的主要因素。
1.3浙江省居民光伏发电电价补贴情况
按照国家及浙江省政府相关政策,浙江省分布式光伏发电项目上网电价为0.977元/kWh。但是,针对居民家庭光伏发电项目,浙江省物价部门还未对其上网电价予以明确,各地也均未出台相关财政补贴政策。以金华兰溪的钟晓峰居民光伏项目为例,只能按照燃煤机组脱硫标杆电价进行结算,政府的支持力度显然远不及大部分中型光伏发电企业。此外,居民家庭光伏发电电量具体的计量方法和结算价格以及用户售电给电网公司的合同格式等内容均有待明确,光伏发电电量上网电费的结算方式也未确定,许多居民家庭光伏发电项目由于无法开具发票而致使电网企业无法对其上网电费进行支付。
2浙江省发展居民家庭光伏的必要性
2.1浙江省能源现状
浙江省正处于工业化、城市化高速发展的时期,能源的刚性需量持续增长。浙江是耗能大省,但能源资源短缺,几乎没有煤、油、气等一次能源,能源对外依存度极高。持续增长的能源需求给浙江的经济发展和生态环境带来极大的压力,因此必须寻求新的能源利用方式来代替化石类能源的消费。
2.2浙江省发展光伏发电的必要性
2013年,浙江省统调电力最高负荷达5463万kW,同比增长5.6%,全省累计参与错避峰用户90.6万户次,最大移峰负荷457.6万kW,累计少供电量6.23亿kWh,电力紧缺严重。为了应对电源性缺电,发展可再生能源发电势在必行。在众多可再生能源中,浙江的水能开发利用率已达95%以上,基本已没有开发利用的空间;浙江的风能资源也不丰富,可利用的地区基本集中在山区和沿海一带,且需要电网配备一定的调峰容量;地热能、生物质能和潮汐能尚不能广泛开发利用。因此,目前在浙江能够较为广泛利用的可再生能源只有太阳能。浙江电网统调负荷率偏低,平均在83%左右,在华东区域处于最低水平。浙江统调负荷最高峰出现在10:00~13:30时间段,这个时段正是光伏发电的高峰时段。因此,光伏发电具有良好的顶峰能力,可以有效缓解浙江负荷高峰时段的缺电现状。
2.3浙江省发展居民家庭光伏发电的必要性
过去几年中,浙江省的光伏应用基本属于厂房屋顶集中式发电项目,一般采用“他建、他发”的合同能源管理模式,主要由项目业主租用电力用户的厂房建设光伏发电站进行经营管理,存在涉及双方利益分配和安全责任分解等问题,且项目申报后具体合作事宜谈判周期长,不确定因素多,在发展中容易遇到电网接入滞后、光伏投资企业融资困难、企业屋顶产权不稳定等问题。居民家庭光伏发电则基本不存在上述问题。目前,国家提倡的是分布式光伏发电,以自发自用为主,多余电量上网。与规模型厂房屋顶光伏发电相比,居民家庭光伏发电更靠近用户侧,开发更加分散化,更加利于电能消纳,可有效节省电力输送、配置所消耗的资源,有利于提高能源利用效率,对电网的影响和污染也相对较小。因此,推进居民家庭光伏发电应是浙江省光伏产业发展的必行之路。
3浙江省发展居民家庭光伏的可行性
3.1浙江省居民家庭光伏发电效能估算
浙江省年均气温适中,属于国家太阳光照第四类区域,光伏发电的年利用小时数在1000h左右。目前,每平方米光伏板的发电容量为100~150W,以农村居民为例,如一户居民拥有屋顶面积100m2,则可建造10~15kW光伏发电设备,按年利用1000h计算,年可发电量在1万~1.5万kWh。浙江约有乡镇居民1000万户,如果其中10%的居民投资家庭光伏,容量可达500万~1000万kW,顶峰发电能力超过500万kW。浙江省城乡居民家庭作坊式工业较为发达,完全有能力就地消纳光伏发电电量,可以充分发挥光伏发电建设快速、布局分散、就地消纳的特点和顶峰发电、缓解电力紧缺的作用。
3.2浙江省居民家庭光伏发电投资成本及收益分析
按照目前10元/kW左右的投资成本测算,每个居民家庭光伏发电项目的投资一般不超过10万元,如在农居点建设、旧城改造拆迁等项目初期就统筹规划则成本将会进一步降低,以浙江居民的经济能力完全可以承受一次性投资。如果参照普通分布式光伏发电项目的电价补贴,居民家庭光伏发电可以在10a左右收回投资成本。目前光伏发电设备的利用年限是25a,因此投资居民家庭光伏发电具有较好的回报率。
3.3光伏发电技术发展情况
目前,光伏发电技术发展日新月异,光伏发电设备投入运行约2.5a即可收回其生产制造过程中的能耗。国产光伏发电的逆变装置制造趋于成熟,均已经能够实现防孤岛功能,再加上智能微电网技术的不断进步,光伏发电对电网带来的安全隐患及输出功率不稳、无功平衡困难等污染已经越来越小,大面积多点的分布式光伏发电并入电网在技术上已基本成熟。
4浙江省推进居民家庭光伏发展的政策建议
从根本上说,光伏发电市场仍然是一个政策驱动的市场。在居民家庭光伏市场形成的初期,必须出台相关政策,充分考虑政策目标群体的利益,争取居民的支持,鼓励居民投资光伏发电产业,由消费需求转变为投资需求,充分利用居民屋顶资源,将大力发展居民家庭光伏发电项目尽快提上日程。
4.1完善居民家庭光伏支持政策和补助政策
投资收益偏低、成本回收期过长是影响居民投资家庭光伏的主要因素。在我国的居民生活电价远远低于工商业电价的现状下,必须推行合理的上网优惠电价和自用电补贴。经测算,如将居民家庭光伏发电电价定在1.3元/kWh(不考虑自用或上网),投资者可在7~8a收回投资成本,因此可以极大地激发居民的投资热情。此外,财政、税务主管部门应尽快研究出台免收居民家庭光伏发电税费政策和解决居民家庭电费结算过程中如何开具发票的问题,以规范电网企业与用户间的电能交易。
4.2简化居民家庭光伏项目的备案管理流程
居民家庭光伏发电项目普遍较小,政府相关部门可考虑在项目申报备案时开辟绿色通道,简化相关流程,取消环评、能评等项目,为居民家庭光伏发电项目提供便利,加快居民家庭光伏发电项目的建设进度。
4.3加大宣传,形成合力
针对居民目前对光伏发电认知度和关注度尚且不高的现状,应加大可再生能源和光伏发电的宣传,普及光伏发电知识,使广大居民充分了解家庭光伏发电的优越性和投资回报,提高其投资的积极性和主动性。光伏制造、经营企业应大力开拓居民用户市场,不断提高服务水平,构建销售—安装—运行维护一体的产销一条龙服务体系。供电企业应做好光伏项目并网及咨询服务工作,各方合力,共同推进浙江省居民家庭光伏发电项目应用。
5结论
【关键词】光伏;发电;应用
随着全球人口的增长、能耗的增加、环境问题的严峻和化石能源步入枯竭的形势,可再生能源的开发利用正在加速发展。太阳能由于其突出的优势而被定为最具前景的未来能源。
一、 光伏发电的应用的优点
1、保护环境,减少温室气体排放
曹妃甸作为河北省和唐山市的“一号工程”,不仅直接关系到唐山、河北的改革发展大局,而且对环渤海地区乃至全国生产力布局的调整都具有巨大带动作用和深远影响,是我国对外的重要窗口,城市的形象和环境保护的力度直接关系到我国在国际上的形象和地位,城市环境的状况,以及可再生能源的开发利用,将是举世瞩目的。根据目前唐山市的能源结构,纯煤电的电力系统,燃煤产生大量的CO2、SO2、NOx、烟尘、灰渣等,对环境和生态造成不利的影响。为提高环境质量,创造良好的城市形象和国际影响力,在对煤电进行改造和减排的同时,积极开发利用太阳能等清洁可再生能源是十分必要的。
2、优化能源结构
随着2000年9月1日开始实施《中华人民共和国大气污染防治法》,对新建、扩建火电厂的污染物排放标准或总量控制的力度逐步加大,新建和改建火电厂成本将大大增加,必将制约火力发电的建设和发展。因此,积极开发利用可再生能源,替代部分煤电,适当减轻能源对外依靠的压力,对改善电源结构和走能源可持续发展的道路是十分必要的。
3、推广太阳能利用、推进光伏产业发展
我国太阳能光伏技术开始于20世纪70年代,开始时主要用于空间技术,而后逐渐扩大到地面并形成了中国的光伏产业。目前,我国已安装光伏电站约5万千瓦,主要为边远地区居民供电,累计总投资40多亿元人民币。目前国际上对太阳能资源已经十分重视,20世纪70年代以来,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。20世纪80年代,美国建成抛物面槽太阳能发电站,俄罗斯、澳大利亚、瑞士也相继建立了太阳能发电厂,1992年日本太阳能发电系统和电力公司电网联网,2000年有7万家庭安装了太阳能家庭发电设备,预计到2010年日本国内安装太阳能组件容量将达482GW,到2030年累计安装太阳电池组件容量将达1000GW届时,预计日本所有住宅所消耗的电力中的半数将来自太阳能。截止2004年底德国太阳能总装机达30万千瓦,日本为28万千瓦,美国9万千瓦。
综上所述,本项目符合我国21世纪可持续发展能源战略规划;也是发展循环经济模式,建设和谐社会的具体体现;同时对推进太阳能利用及光伏电池组件产业的发展进程具有非常大的意义,其社会政治、经济、环保等效益显著。
二、 光伏发电的应用的效果
1、节能效益分析
唐山市曹妃甸工业区装备制造配套工业厂房太阳能光伏发电站工程装机容量为1618kWp,年平均上网电量约为180.5万kWh,与相同发电量的火电厂相比,每年可为电网节约标准煤约644.36吨(火电煤耗按2007年全国平均值357g/kWh计算)。由此可见,光伏发电场有明显的节能效益。从以上分析可知,光伏电场的建设具有明显的节能和环境效益。
2、环境效益影响及评价
2、1对大气、水源的影响
太阳能光伏发电是将太阳能转换为电能,在转换过程中没有废气排放。与相同容量的燃煤电厂相比,可节约煤炭资源和减少废气排放。本工程装机容量为1.56MW,年平均上网发电量180.5万kW.h,与相同发电量的火电相比,每年可为电网节约标煤约644.49t(火电煤耗按357g/kW.h计),同时相应每年可减少燃煤所造成的多种有害气体的排放,其中二氧化硫(SO2)13.1t,氮氧化合物(NOx)5.6t,烟尘103.53t,减排温室效应性气体二氧化碳(CO2)1664.7t。此外还可节约用水580.7t,减少相应的水力排灰废水和温排水等对水环境的污染。由此可见,风电场有明显的环境效益和节能效益。
太阳能光伏发电在电能产生过程中不需要水资源,为了使设备发挥应有的效率,在设备运行期内会定期对设备浮土进行水冲洗,这部分水除悬浮物较高外,没有增加其它污染物。废水经屋顶落水管道排入工业园区地下管道,最终排入园区边上的河流内。本工程定期维护的用水没有污染物质,对河流水体水质不会产生影响。由于本工程新增工作人员的生活设施也布置于工业园内,生活用水经工业园下水道接入当地排水管网并进入污水处理厂处理后排放,对当地的水环境不会产生影响。
2、2噪声影响
太阳能光伏发电本身没有机械传动机构或运动部件,没有噪声产生,因此不会居民产生任何影响。
2、3通信和电视信号影响
电站周边没有大型单位和通信设施,场地上空无微波类信号传输通道。因此,电站设备运行对通信和电视信号不会有电磁影响。
2、4光影响
太阳能光伏发电板是吸收太阳能,并不反射太阳光线,而且电站范围内无居民居住,不会对周围居民产生光污染。
2、5景观与候鸟飞行的影响
太阳能光伏发电场位于建筑物的屋顶,电池板又是连排布置,从远处观看设备排列整齐,可以为曹妃甸工业园内增添一道美丽的风景。本太阳能光伏电场没有占用鸟类迁徙的通道和鸟类中途休息的场所,因此不会对迁徙的鸟类产生影响。
综上所述,光伏电站环境影响评价分析显示,光伏电站的建设既不会对周围环境产生负面影响,又能增添新的旅游景点;既能大量节约常规能源(平均每年节约燃煤644.49吨标准煤),又不污染环境,是一项百利而无一害的基础建设工程。
3、社会效益影响及评价
随着我国经济突飞猛进的发展,能源供应紧张问题日益突出,过度开发化石能源,势必造成对环境的破坏。目前,我国SO2排放量占世界的15.1%,为世界第一;CO2排放量占世界的13.6%,列世界第二。因煤炭燃烧而排放的SO2、CO2、NOx和烟尘分别占全国相应排放量的87%、71%、67%和60%,因此备受世界关注。所以充分利用可再生能源,是保证我国经济可持续发展的需要。曹妃甸太阳能光伏电站的建设,就是为了充分利用太阳能,发展太阳能光伏发电产业,带动相关产业设备制造水平和安装工艺的提升。同时有利于增加可再生能源的比例,改善唐山市的能源结构,能缓解地区部分电力供需矛盾,改善当地居民用电状况和生产生活条件,同时可为当地提供一些就业机会,带动相关产业,促进区域经济发展。
4、经济效益(财务)评价
按满足资本金基准收益率8%的要求测算,平均上网电价为3.8861元/kWh(未含增值税),平均投资利润率为3.64%,平均投资利税率为5.76%,平均资本金利润率为12.14%,所得税前的全部投资财务内部收益率为7.99%,全部投资财务净现值为1767万元,投资回收期为10.4年,资本金的财务内部收益率为8.0%。
结语:光伏发电的应用是落实科学发展观、改善能源结构、促进我国新能源开发利用的示范性项目,符合国家的产业政策和优化能源结构、保护环境、减少温室气体排放、节约能源的要求。对促进我国太阳能光伏发电技术的开发与利用,推进光伏产业发展具有非常重要的意义。
【参考文献】
[1] 沈国良,赵旭升. 太阳能光伏发电系统的原理及其发展[J]. 科技创新导报. 2008(01)
[关键词] 电荒 光伏发电 现状 前景
0.引言
目前我国正处于工业化和城镇化的快速发展阶段,能源需求持续较快增长,常规化石能源的供应存在很大的缺口。而我国很多地区的供电仍主要依靠火电,一次能源的不足导致电力供应不足,出现了严重的电荒现象。尤其在“十二五”期间,经济的快速稳定增长仍需要电力这个先行行业的大力支撑。所以应用一些广泛清洁的可再生能源来发电成为了“十二五”发展的重中之重。在新能源发电之中太阳能光伏发电是一种适合大面积推广使用的发电方式。
1.太阳能光伏发电的优点
1.1资源本身的优势
太阳是一个巨大、久远的能量源,每秒辐射到地球上的能量相当于500万吨标准煤,每年相当于130万亿吨煤,可以说太阳能是当今世界上可以开发的最大能源。并且太阳光照射大地时没有地域的限制,可以直接开发和免费使用,不用开采和运输。随着化石燃料(煤、石油和天然气)的不断开采和消耗,能源的供应越来越紧张,太阳能的开发和利用就显得越来越重要和紧迫。
1.2地理优势
我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。我国地处北半球,南北距离和东西距离都在5000公里以上。在我国广阔的土地上,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,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。
1.3 其他优势
光伏发电在提供大量电力供应的同时,避免占用更多的土地。光伏发电可以安装在任何有光的地方,这意味着在公共、私人和工业建筑的屋顶和墙面上都有广泛的安装潜力。同时在运行中,光伏发电系统还可以降低建筑的受热,增加通风。光伏还可以作为隔声板装在公路两侧。
光伏发电能够提供很广泛的的就业机会。目前我国光伏技术及产业的就业总人数近万。到2020年将达到10万人左右。按照中国电力专家的研究,2050年,光伏发电行业将达到装机容量10亿KWp,年生产和安装1亿KWp,就业人口将超过500万人。
2.我国太阳能光伏发电的发展及应用现状
我国太阳电池的研究始于1958年,光伏发电产业起步于20世纪70年代。20世纪90年代中后期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。
我国光伏产业的发展有2次跳跃,第一次是在20世纪80年代末,中国的改革开放正处于蓬勃发展时期,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宇翔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。
十一五(2005-2010)期间,我国太阳能组件产量年增长率超过100%。2010年全国总产量达到10GW,约占全球产量的一半。然而,超过90%的产品都出口到欧洲和美国。产业对海外市场的强烈依赖,促使业内专家呼吁中国政府可以提供更多的激励措施来扩大国内市场。
2009年我国推出了太阳能屋顶计划和金太阳示范工程,对国内光伏电站投资提供补贴。太阳能屋顶计划是对太阳能建筑进行补贴,标准为20元/Wp。据测算,该补贴标准大约可以覆盖相关企业生产成本的30%-50%,大大降低了太阳能光伏发电成本。金太阳示范工程提出对并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助,偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。受太阳能屋顶计划和金太阳示范工程的推动,截至2009年底,全国光伏装机容量已达300兆瓦。
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的出台。2010年1月,已建成并网的大型光伏电站就有保利协鑫徐州20兆瓦项目、浙江正泰光伏的宁夏10兆瓦项目等。
2011年8月初,国家发改委了《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》,明确规定今年7月1日前后核准的光伏发电项目的上网电价分别定为1.15元/每千瓦时和1元/每千瓦时。这给光伏行业带来新的契机,但各地光照资源条件存在差异,采用“一刀切”的光伏上网电价,会造成未来一段时间西部地区光伏发电装机容量的增速明显超过东部地区的现象。
3.发展前景
国际能源组织对太阳能产业的发展前景进行预测,认为2010-2020年间太阳能光伏发电发展速度复合增长率达到35%,预计2020年太阳能光伏发电量将达到280TWh以上,占当年总发电量的1%,2040年占总发电量的20%,未来太阳能产业的发展前景光明。
我国是世界上人均能源消耗比较低的国家,虽然一次能源消费总量居世界第二位,但人均能耗水平很低,1997年商品能源人均消费量1150kgce,仅为世界平均值的55%,是OECD国家的六分之一。当前我国正处于工业化的起飞阶段,随着国民经济的高速增长,能源需求也将有较大的增长。根据中国社科院数量经济研究所进行的长期能源需求预测,到2050年,我国一次能源需求将达3440Mtce~4150Mtce,煤炭占一次能源消费量的比重,将由1990年的76.2%下降到2050年的51.9%,以太阳能、风能等为主要构成的新能源和非水电可再生能源的比重上升到5.5%,新能源发电将占国产能源供应能力的12.8%。我国能源需求总量的增长和能源结构的改善为太阳能光伏发电提供了广阔的发展前景。
我国地域广大、人口众多,至今尚有7000万人生活在无电地区,这些偏僻边远地区人口密度低,远离大电网,长距离分散输电成本高,是太阳能光伏发电的主要消费市场。随着国家西部大开发战略的实施,我国广大中西部地区和边远地区人民生活水平将会得到明显改善,对能源消费需求也将出现快速增长,这些地区所拥有的丰富的太阳能资源和特殊的地理环境将会有力地牵引太阳能光伏发电市场。
各种太阳能电池是太阳能光伏发电的基本组件,预计到2010年全世界各种太阳能电池安装销售量可达630MW。太阳能电池的应用在我国具有十分广泛的前景,近几年来,许多重大工程,如在西北光缆干线中,大约一半线路的中继站上使用了太阳能电池;在现在开通的高速公路上的各种显示、信号及通信设施等,也都广泛采用了太阳能电池。我国目前各种太阳能电池需要量8MW,而自己生产的各种光伏电池只有1.5MW,预计到2005年,我国太阳能电池的市场年需求量约为20MW,总销售额可达到15亿元,到2010年预计年市场需要量为200MW。
根据我国《可再生能源中长期发展规划》,到2015年国内光伏装机要达500万千瓦;到2020年,光伏装机达2000万千瓦,因此我国太阳能光伏市场空间巨大。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。
太阳能光伏业是一个有潜力的行业,虽然目前还有很多的障碍,包括成本过高、海外市场的萎靡和缺乏相关的法律法规来监督行业,但是依然是未来的发展趋势。
参考文献:
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[4]葛旭波.关于“十二五”电力发展前景的研究情况,国网能源研究院,2010.5.
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