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太阳能作为一种可持续利用的清洁能源,是理想的可再生能源选择。利用太阳能光伏发电,有助于解决我国农村及偏远地区的用电问题。为此,主要介绍了我国农村及偏远地区光伏发电的应用现状及所存在的问题。
关键词:
太阳能;光伏发电;农村及偏远地区
中图分类号:
TB
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2014)24-0213-01
0 前言
太阳能光伏发电直接将太阳光能转换成电能,是一种没有污染、不需要燃料,可以直接获取电能的高新技术,是太阳能利用方式中最具有应用前景的技术之一。为了实现能源、环境的可持续发展,世界各国均将光伏发电作为发展的重要项目之一。根据国际能源权威部门所的数据显示,全球常规能源可开采量已经屈指可数,其中太阳能的储存量远远超过了煤、石油、天然气等的储量,从长远方面来看,太阳能将是人类未来能源的主要来源,其在能源供应中的作用显得尤其重要。现在所广泛使用的独立太阳能光伏发电系统,具有很多其他供电方式所不可比拟的优势,在今后的几十年时间里,太阳能源时代的行将来临,对我国现代化来说是千载难逢的机遇。本文介绍了太阳能光伏发电在农村发展的应用现状及所存在的问题,并提出了建议及其展望。
1 在农村发展太阳能光伏发电的必要性
在我国的西部,部分地区能源极其频乏,一些农村和偏远山区,其供电量严重不足。多数农村供电用户都远离电网,交通不便,住户分散居住,而高压输电的建设费用每公里10-13万元,导致架设供电线路的成本很高。由于农村地域大,地形复杂,使农电工管理起来相当的困难,并且供电网络的维修维护费用很高,加上供电线路较长,电网负荷密度小,造成电网资源的有效利用率很低,从而导致有的农村电力网8-20kV配电线路,平均每公里每年的送电量却只有城市电力网的1/25左右。农村供电主要用来满足农村的居民生活和生产用电,其中最主要的是照明,小型家电,以及农用灌溉。农村电力网由于供电自然功率因数低,而且用电季节性强,所以在农村进行常规电网延伸很不现实也很不经济。这也是农村供电成本一直居高不下的本质原因。
农村电网线损严重。首先,农村电力网络以10kV配电网络为主,10kV配电网络的三相负荷很容易分配不均,增大中性线的电流,导致供电传输出现比较大的损耗。农村电网中多数为低压线路,没有足够的功率补偿功能。其次,在设计上,农村电网存在很多问题,变压器选择不合理、线路利用率不高、电网建设中使用劣质产品等导致供电系统中出现严重的漏电问题。
通过上述我们可以看到,在我国农村及一些偏远地区,依靠电网延伸将“光明”输送到农民家中已经变得不现实也不经济,寻找更加经济和快捷的供电方式才是重中之重。
2 在农村发展太阳能的优越性
我们以太阳能光伏发电技术中的太阳能照明为例,来说明光伏发电在农村实施的优越性。首先,在安装设计方面。太阳能电池可以选择最佳的安装倾角,使一年中接收到尽可能多的太阳辐射能,农村没有高楼林立,可以大面积的吸收太阳能。光源的选择对太阳能灯来说也很重要,要考虑价格、光效、寿命、可靠性、功率等多个因素,目前市场上广泛使用的是节能灯LED,它的光效可达到30~50 Lm/W,比传统的高压钠灯更省电,高压钠灯的驱动有电感式和电子式,电感式效率小于60%,电子式效率小于80%,属于热电源,能把热量辐射出去,而LED的驱动可轻松做到90%以上,且电路稳定。LED路灯的工作电压在安全电压范围内,不需要做电气保护接地。
其次,在造价与效益方面。太阳能路灯系统采用的是太阳能发电,无耗电成本费用。设备更新费用主要集中在灯具更新费用上,虽然LED比高压钠灯成本高,但高压钠灯与LED灯的寿命比约为1∶10,高压钠灯更换10次,LED灯只需更换1次,对于偏远的农村来说,使用后期的维修、维护变得很容易简单,在第一个使用周期内,太阳能路灯系统就已经显现出了经济上的优势。
最后,在铺设费用和耗电方面,太阳能LED路灯不需要铺设电缆、消耗电能,并且区域越大,布置安装的数量就越多。不但减轻了区域内的能源负担,同时也减少了煤的使用和CO2的排放,对环境和社会都产生了巨大的效益,实现真正的无污染绿色照明。
国际能源部门预测,到2020年,在世界电力生产中,太阳能光伏发电所占的比例将达到1%,2050年可以达到约25%。由此可以断言,光伏发电将逐步成为电力能源结构中重要的一部分组成。在当今时代,掌握了太阳能发电技术,就将未来发展的主动权紧紧掌握了。因此,我们必须高度重视我国广大农村光伏市场的开拓、培育,促进我国太阳能光伏产业稳步健康的发展。
3 太阳能发电在我国农村的应用现状及所存在的问题
我国从20世纪80年代起,开始对太阳能光伏电池进行开发生产,同时也在西部无电地区进行离网光伏系统的大力推广,其中“光明工程”和“乡乡通”等工程的成功实施,使我国光伏技术得到提高,并对光伏产业的发展带来了积极的影响。国家在“973”和“863”等重大项目中也将太阳能电池的发展放到了首要位置。
目前光伏发电主要应用于通信系统以及无电地区,其中具有代表性的工程有:1998年10月,建成了那曲安多县光伏电站,这是我国最大的光伏电站;1998年,建成兰―西―拉光缆干线工程,这是中国通信史上难度最大的工程;1996年建成了塔中4―轮南输油输气管道应急保护光伏电源系统;1995年63个国家重点项目:广播电视发射接收工程,采用光伏电池供电,共建成了216套卫视接收站。
从目前的发展趋势来看,“送电到乡”工程解决了无电乡的供电问题,从2006至2010五年的时间里,大约有一万多个无电村和一百多万无电用户的用电问题得到了妥善解决。截止到2011年为止,我国已经建成了多座兆瓦级的光
伏发电站,并且起到了良好的示范效应,预计在未来10年时间里,荒漠电站的装机量将达到13GW。展望未来,光伏发电将在我国的能源家族中起着越来越大的作用。
然而在农村推广光伏系统时,由于自身能力和设施所限,人们认为太阳能发电是一种高新技术产品,价格昂贵并且难操作,尤其在安全方面,缺乏常识和自我保护意识,从而认为光伏发电系统不好用,甚至认为该系统会对人有一定的危险,大大阻碍了光伏系统的推广及其使用。还因为太阳能光伏发电初期投资大、控制成本高、太阳能转化效率比较低,很容易受天气等多重因素的影响,进一步阻碍了光伏发电的普及。我国政府己经制定了部分法律、法规及相关的政策来鼓励太阳能发电行业,但对新能源的规划,包括战略规划,没有实质性的政府补贴和上网政策,虽然颁布了可再生能源法,但配套政策和措施、行业的发展规划及标准没有落实,制约着整个行业的发展。
4 展望及建议
一些省区政府正在积极部署,实施大型的光伏发电项目。青海省力争在“十一五”末期,使太阳能光伏发电的总装机容量达到350MW;到2013年左右,总装机容量达到1GW。甘肃敦煌10MW并网光伏发电示范工程项目预计将在2009年中旬确定中标单位后,就会投入建设,并于2010年投产发电。甘肃发改委希望以规模化的市场需求带动建立30多个类似光伏发电的项目。据不完全统计,G瓦以上大规模的太阳能发电项目约为20个。
为了加快我国太阳能发电的应用进程,加速发展大型光伏并网发电,改变和优化电力结构,做到可持续电力发展,提出几点建议:
(1)我国应加快大型和特大型光伏电站的建设步伐,优先支持在内蒙古、青海、甘肃、新疆、宁夏、等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地,来建设大型和特大型光伏电站项目,加大光伏发电的并网应用工程。
(2)国有电力投资和运行主体,在进一步加深对光伏发电行业了解的同时,要从改变电力供应结构,实现电力企业和社会可持续发展的高度,加速大型和特大型光伏电站的布局和建设。
(3)尽快出台针对太阳能光伏发电的上网电价法,就光伏发电市场份额作出强制性规定,就光伏发电并网、上网电价及费用分摊等作出更具体规定。同时,应逐步制订投资、价格、补贴、加速折旧等方面的经济激励政策和税收优惠政策。
参考文献
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1.1 项目名称
娄烦县马家庄乡张家庄村光伏发电项目
1.2 建设单位
娄烦县马家庄乡张家庄村村民委员会
1.3 项目负责人郝茂存1.4 项目建设地点娄烦县马家庄乡张家庄村1.5建设性质新建2项目建设理由及建设条件2.1项目建设理由
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,能源基本都由煤炭供 给,这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大力发展新能源与可再生能源已成为我国调整能源结构、缓解能源供需矛盾、降低环境污染,实现可持续发展的重要举措,是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。
光伏应用是有效利用太阳能、推进能源生产和消费革命的重要途 径。加快推进光伏发电是发展和利用新能源的关键着力点,这不仅有利于我省战略性新兴产业的培育,还有利于进一步拓展能源利用空间、优化能源结构,更有利于发展低碳节能经济,促进资源节约型、环境友好型社会建设,是转变经济发展方式、促进可持续发展的有效 途径。
该项目的实施,将稳定保障张家庄村村民收入,对于增加村集体经济收入,保障贫困户脱贫致富具有重要意义。
2.3项目建设建设条件
2.3.1项目建设符合国家相关政策要求
在党的十八届五中全会上,明确提出了要在“十三五”时期打赢脱贫攻坚战的具体要求,近期召开的省委十届七次全会上,我省提出要以精准扶贫、精准脱贫为核心举措,加大脱贫攻坚力度,确保贫困地区同步实现全面小康的工作任务。本项目的建设可增强贫困地区发展的内生动力,并能改善当地环境。光伏项目是推动农村迈向现代化进程的重要支撑,是推进新一轮农村扶贫开发攻坚的中坚力量,关系国家战略,关乎国计民生。光伏项目可以增加农民就业、提高收入,带动贫困地区群众加快脱贫致富步伐。国家的相关政策要求为该项目的提出和建设提供了政策保障。
2.3.2自然条件
张家庄村位于娄烦县南川河流域,隶属于娄烦县马家庄乡,太克线公路沿村而过,交通便利。该村属丘陵低山较冷干旱气候区,气候干旱,雨量较小,气温偏低,风力一般,光照充足,温热同季,昼夜温差大。干旱少雨,日照时间较长,全年2700小时以上,属我国第二类太阳能资源区域,非常适合建设光伏电站项目。项目区年平均最高气温7.3——8.6℃,无霜期120天——140天。干旱、霜冻为项目区的两大自然灾害,“十年九旱”、“春冻秋霜”是主要特点。
2.3.3社会经济发展状况
全村现有农户306户,人口859人,贫困户100户,低保户68户87人,劳动力450人。耕地面积1284亩,退耕地1321亩。目前,该村两委班子健全,团结一致,和谐稳定。
我村多年来以农业生产为主,少部分农户散养牛羊,但形不成规模。没有主导产业带动,农村生产生活状况十分贫困,多年来,市县两级为该村投入了大量的财力、物力、人力,但均未从根本上解决全村的贫困问题,全村仍然在贫困线上挣扎。
村民以种植土豆﹑玉米﹑谷子等小杂粮为主,依靠单纯的农业种植生产收入,种植的品种﹑质量一般;缺乏农业设施投入,主要进行露地生产,不能按市场需求组织生产,受市场制约大;且缺乏农业合作经营组织,产品由商贩收购,不能获得最大利润。养殖业以传统的散户养殖牛羊为主,未形成规模。
2.3.4工程建设条件良好
该项目区沿线交通便捷,运输方便,可以满足建设需要。工程所需的各种建筑材料均可就近购得,质量保障且供应充足,为项目的顺利实施和施工进度的控制提供保障。同时,各相关部门积极配合,为项目的建设及运营提供水、电、通讯等基础设施保障。
综上所述,项目的建设是十分可行的。
项目的建设是符合国家政策及相关规划的,将取得极大的社会效益,有力的促进了娄烦县的经济发展,为居民改善环境、提升生活品质打下坚实基础,真正为老百姓做实事,因此项目的建设是十分必要的。
3项目建设目标与任务
通过建设100kw小型分布式光伏电站,在20至25年内每年实现发电纯收入10万元以上。初步形成可持续发展的主导产业,实现全村100户贫困户农民持续稳定增收,基本解决贫困人口温饱,生产生活条件得到较大改善,经济社会实现协调和可持续发展,为进入全面小康社会打下坚实的基础。
4项目建设规划4.1项目实施地点及范围
项目建设地址位于娄烦县马家庄乡张家庄村。
4.2项目实施计划
本项目拟建设100kw小型分布式光伏电站。
5项目建设内容及技术方案
项目拟建设100kw小型分布式光伏电站,安装光伏发电系统设备等。
1、系统组成
光伏并网发电系统主要组成如下:
(1)太阳能光伏组件;
(2)支架系统;
(3)光伏并网逆变器;
(4)交流配电柜;
(5)防雷与接地装置;
(6)并网装置;
(7)电缆及附件。
2、设计依据
(1)电网企业积极为分布式电源项目接入电网提供便利条件,为接入系统工程建设开辟绿色通道。接入公共电网的分布式电源项目,接入系统工程(含通讯专网)以及接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。接入用户侧的分布式电源项目,接入系统工程由项目业主投资建设,接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设(西部地区接入系统工程仍执行国家现行投资政策)。
(2)分布式电源项目工程设计和施工建设应符合国家相关规定,并网点的电能质量应满足国家相关标准。
(3)建于用户内部场所的分布式电源项目,发电量可以全部上网、全部自用或自发自用余电上网,由用户自行选择,用户不足电量由电网企业提供。上、下网电量分开结算,电价执行国家相关政策。电网企业免费提供关口和发电量计量装置。
(4)分布式电源项目免收系统备用容量费。
(5)电网企业为享受国家电价补助的分布式电源项目提供补贴计量和结算服务,电网企业收到财政部门拨付补助资金后,及时支付项目业主。
(6)太阳能光伏发电及相关的设计规程规定。
(7)国家电网公司下发一系列文件包括《国家电网公司关于做好分布式电源并网服务工作的意见(暂行)》、《关于促进分布式电源并网服务和并网管理工作意见编制说明》、《分布式电源接入配电网相关技术规定》等文件,大力推进分布式电源的发展。
此外,使用太阳能光伏发电将减少火力发电所导致的环境污染,从而减少国家治理污染的支出,具有巨大的环保效益。综上所述,本项目在国家政策、技术设计和经济效益方面均具备可行性。
3、系统方案设计
光伏扶贫电站项目主要由光伏组件、支架系统、逆变器及并网装置等设备构成。光伏组件阵列由太阳能电池组件及组件支架构成,项目使用265Wp多晶硅组件,安装方式采用全固定式安装,配置2台50kW光伏并网逆变器。光伏组件阵列采用先串联后并联的方式,分别接入光伏并网逆变器。
光伏组件阵列采用固定式支架模式,由热镀锌材料构成。光伏组件通过串联后达到逆变器最佳工作电压,由电缆连接至光伏并网逆变器直流输入端端子,经并网逆变器输出就近接到变压器并入电网。
6项目投资估算
项目总投资85万元。
7项目融资方案
项目总投资80万元,村委会自筹20万元,使用扶贫资金60万元。
8项目运行机制8.1项目建设管理
项目建设过程中严格遵守基本建设程序,严格按照批复的项目建议书组织项目实施,确保项目的建设性质、建设内容、建设标准、建设规模和建设地点与实施方案一致,确需调整和变更的,必须报请批准部门审批,坚决杜绝擅自随意更改实施方案的内容和做法。
8.2项目财务管理
本项目财务管理实行专款专用,专户储存,专人管理,绝不挤占挪用。加强对建设项目的执法监督,充分发挥审计及投资和资金管理部门的监督作用,以确保项目的顺利进行及效益的正常发挥。
8.3项目运行管理
项目建成后,由村集体选出有责任心、能排除一般性故障,能长期坚守工作岗位的大学生村官负责项目的日常管理、运转等。若有入股企业参与,则由中标企业负责维护运行。
9项目效益分析
9.1经济效益
光伏发电项目并网方式为全部上网。按上网电价每度1元计算,根据100KW系统发电量估算:考虑到光伏发电设备衰减和维护费用等因素,该项目回收期为8年,25年内每年实现发电纯收入在10万元以上。
9.2社会效益
项目实施后,可起到大力推广清洁能源的作用,对于保护生态环境,促进地区经济发展,调整产业结构,增加农民收入都具有重要意义。
10带动贫困农户方式和减贫计划
按照精准扶贫要求,村委会为项目的承载企业,带动全村100户贫困户脱贫致富。
11工程造价单
1.100千瓦光伏扶贫项目工程总量清单
序号
设备名称
数量
备注
1
多晶硅太阳能光伏组件
378块
高效多晶硅光伏组件,265W
2
镀锌光伏支架
1套
镀锌钢支架
3
组串型光伏并网逆变器
3台
华为牌33千瓦光伏逆变器
4
配电柜
1台
用于逆变器输出汇流
5
控制柜
1台
用于输出并网主线缆
6
光伏组件至组串型逆变器
PV1-F 1x4mm2
10000米
预计用量
7
交流配电柜至10kV箱变
ZR-VV22-1-4x25mm2
2000米
预计用量
8
箱变至10kV公共线路T接点
ZR-VV22-1-4x350mm2
200米
预计用量
9
场地基础预埋
1200个
根据场地实际使用情况调整
10
支架与组件安装
100千瓦
符合安装规模
11
辅材及其他
1套
PVC管、MC4端子等
2. 100千瓦光伏扶贫项目工程造价单
100千瓦村级光伏扶贫电站项目工程造价
分项工程造价
总价(万元)
80
光伏组件(元/瓦)
并网逆变器(元/瓦)
光伏支架(元/瓦)
施工费(元/瓦)
箱式变压器(元/瓦)
设计费(元/瓦)
技术支持(元/瓦)
电缆
(元/瓦)
3.8
0.7
0.6
1.5
0.5
0.3
关键词 光伏电站 维护 管理
引言
光伏电站是利用太阳能进行发电的一种新型能源发供电系统,具有清洁性、安全性、广泛性、实用性、资源充足性和长寿命等诸多优点。在目前煤炭、石油等能源紧缺的情况下,光伏发电无疑是一种理想的替代能源。随着“户户通电”工程的实施,一批光伏电站建成投运,解决了边远山区的用电问题,改善了边远山区农村的生产生活条件,加快了社会主义新农村建设的步伐。但由于这些光伏电站大都建在边远山区,地势险恶,环境恶劣,道路不畅,自然条件差,加之光伏发电属新兴产品,人们对光伏电站还不是很熟悉,给光伏电站的日常运行维护与管理带来了一定的困难。现根据自身建设和管理光伏电站的经验,结合山区光伏电站的特点,浅谈山区光伏电站的日常维护与管理。
1 山区光伏电站的特点
(1)山区光伏电站为独立发电系统,主要为输电线路到达不了的边远山区的农村供电。
(2)发电功率较小,建设成本较高。由于边远地区人口少,用电负荷小,投资成本(发电功率每千瓦大约投资10万元)较高,一般光伏电站的发电功率较小,能满足山区群众正常的生活用电需求。
(3)电站位置偏远,车辆往往不能直接到达,交通运输困难。
(4)由于光伏电站规模小,运行安全可靠、故障率低,且维修简便,电站多为无人值守。
(5)四周多树木,风沙较大。如不及时清理树枝和灰尘,影响太阳能电池板正常采光发电。
(6)当地村民信息闭塞,文化水平较低,用电知识匮乏,给日常的安全用电管理带来一定的难度。
2 光伏电站日常维护与管理
(1)设专人负责电站的日常管理,并建立三方信息通道。即电站管理员、设备厂家和当地农村电工三方建立信息通道,保持电话畅通。当电站出现故障时,三方能及时沟通,并能在最短的时间内到现场进行处理。
(2)要建立建全完整的技术档案资料,并建立电站运行档案。技术档案资料应包括竣工图纸、设备技术参数、设备安装规程、设备调试步骤、设备运行操作步骤、所有操作开关、旋钮、手柄状态和信号指示的说明、电站维护的项目及内容、电站故障排除指南、详细的检查和修理步骤等。
(3)加强电站管理人员和农村电工的理论知识培训、特种作业培训、实际操作培训和电站操作规程的学习,使其熟悉和掌握光伏发电系统的基本工作原理,熟悉各种设备的技术参数和操作规程,能排除电站一般故障。鉴于光伏电站的供电区原多为无电区,用户安全用电意识差,挑选农村电工时一定要严格,培训合格后方可上岗工作。
(4)要定期对电站进行巡检。在巡检过程中要全面检查电站各设备的运行情况和运行现状,并测量相关参数。要制定详细的巡检维护项目内容,保证巡检维护时不会出现漏项检查的现象,并作好相应的记录。
(5)太阳能电池板的采光面应经常保持清洁。如采光面上落有灰尘或其它污物,应先用清水冲洗,用干净的柔软布将水迹擦干,切勿用硬物擦拭或用腐蚀性的溶剂冲洗。清洗时应选在没有阳光的时间或早晚进行,避免在白天时,光伏组件被阳光晒热的情况下用冷水清洗组件,造成光伏组件的玻璃盖板破裂。在风沙较大且少雨的地区,应每月清洗一次。
(6)定期检查充电控制器、逆变器与其它设备的连线是否牢固并按需要固紧。控制器能自动防止蓄电池过充电或过放电,逆变器将直流电转换成交流电,它们是影响供电质量的关键设备。要定期检查控制器和逆变器内电路板上的元器件有无虚焊现象、有无损坏元器件,按需要进行焊接或更换。检查控制器显示值与实际测量值是否一致,以判断控制器是否正常充放电。
(7)要定期检查各设备部件与接地系统是否连接可靠,定期测量接地装置的接地电阻值是否满足设计要求。若出现连接不牢靠,必须要焊接牢固;在雷雨过后或雷雨季到来之前,检查方阵汇流盒以及各设备内安装的防雷保护器是否失效,并根据需要及时更换。
(8)每6个月检查系统各部位连线是否出现松脱情况。如果出现松脱情况请将其拧紧,并接好。要定期对设备进行除尘,保持设备清洁。
(9)每2个月检查蓄电池的充电状况。由于蓄电池组是光伏电站中最薄弱的环节,应对蓄电池进行定期检查和维护,每半年应至少进行一次电池单体间连接螺丝的拧紧工作,以防松动,造成接触不良,引发其它故障。
(10)如遇有暴风骤雨、冰雹大雪等情况,应采取措施保护太阳能方阵,以免其受到损坏。
(11)要多关注天气预报,如果出现连续多阴雨天气,要采取限负荷措施,减少用户的用电量,避免造成蓄电池过放电,影响使用寿命。
(12)定期巡检低压线路,及时发现缺陷,及时进行整改处理,保证线路安全。
(13)定期到用户家里巡检接户线、进户线、漏电保护器和室内照明线路,多与用户沟通,并对用户进行不定期的安全用电知识教育,做到用电安全。
(14)山区树木多,长势快,要定期对电站周围的树木进行修剪,防止树木长的过高影响太阳能电池板的正常采光。
(15)由于电站位置偏僻,设备、导线容易丢失,要组织当地群众成立安全巡视小分队,做好电站的防盗工作,确保电站的安全稳定运行。
近年来,随着城镇化的推进和人们生活水平的提高,我国建筑用能需求快速增长。而我国太阳能、浅层地能资源丰富,适宜在建筑领域推广。应用可再生能源合理满足建筑用能需求,是减少能源消耗、优化用能结构的重要手段,而各级财政在推进可再生能源建筑应用中应更加有所作为。
1我国发展可再生能源建筑的基本情况
1.1我国可再生能源资源丰富据估算,我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50×1018kJ,全国各地太阳年辐射总量达335~837kJ/cm2•a,中值为586kJ/cm2•a,太阳能资源十分丰富。并且,年日照时数大于2000h、辐射总量高于586kJ/cm2•a的一、二、三类地区占全国总面积的2/3以上,具有利用太阳能的良好条件。另外,我国地热能开发利用潜力巨大。据估算,全国287个地级以上城市每年浅层地能资源量相当于95亿吨标准煤,在现有技术经济条件下,每年可利用的热量相当于3.5亿吨标准煤,如有效开发利用,每年可减排二氧化碳5亿吨。
1.2我国建筑用能需求增长迅速目前,我国正处于城镇化快速发展阶段,每年新增建筑面积约20亿m2。同时,随着生活水平的提高,人们对建筑的热舒适度要求越来越高,采暖和空调的使用更加普遍,建筑能耗增长迅速。据统计,1996~2008年,我国的建筑商品总能耗从2.59亿吨标准煤增长到6.55亿吨标准煤(不含生物质能),增加了1.5倍。建筑节能形势越来越严峻,已经成为我国节能减排的重点。
1.3我国可再生能源建筑应用快速发展,在满足居民生活用能方面起到了积极作用近年来,财政部会同住房和城乡建设部相继实施了可再生能源建筑应用项目示范、城市示范及农村地区县级示范,有效推动了可再生能源在建筑领域的规模化应用,可再生能源建筑应用呈现出快速发展的良好态势。截至2010年底,我国光热建筑应用面积超过15亿m2、浅层地能建筑应用面积超过2亿m2,太阳能、浅层地能成为满足城乡居民生活热水、采暖制冷等生活用能的重要模式,显著改善了建筑的节能性能和居住品质。
2财政在推进可再生能源建筑应用中的功能与作用
从国内外经验来看,可再生能源的推广应用离不开政策引导。由于可再生能源建筑在发展初期具有高投资性、高技术性及投资回报周期长的特点,更需要政策的扶持。为此,中央财政不断完善政策,加大投入,积极推动可再生能源建筑应用发展。
2.1从项目示范到城市示范,发挥财政制度建设功能根据市场发育程度,中央财政不断调整政策,从项目示范到以市县为单位整体推广,建立了有效的可再生能源建筑应用推广机制。首先,针对可再生能源建筑应用发展初期面临技术集成度差、标准制定滞后、初始投入高和市场普及程度低等问题,2006年,中央财政设立可再生能源建筑应用专项资金,组织实施项目示范推广,至2008年,共支持实施了四批371项示范项目,有效发挥了窗口示范作用,激发了市场需求。为进一步放大政策效应,2009年,财政改进支持方式,由“项目示范”转向“城市示范”、“农村推广”,实施可再生能源建筑应用城市示范及农村地区县级示范,实现由点到面的转变,充分发挥示范整体效应。同时,中央财政在制度建设上突出约束性和指导性,制度体系不断完善。资金使用上,在专款专用的约束性条件下,鼓励地方创新资金运作方式,综合采用财政补助、贷款贴息、以奖代补、资本金注入、设立种子基金等方式,放大资金使用效益;任务目标上,对工作进度进行约束,尽快发挥示范作用,同时鼓励在确保完成已批复任务的前提下进一步扩大推广应用。
2.2不断加大支持力度,发挥财政财力保障功能为有效推进可再生能源建筑应用,中央财政设立了专项资金,并逐年增加预算安排,不断加大支持力度。2006年安排资金1亿元,支持启动可再生能源建筑应用项目示范;2007年、2008年安排资金12亿元,进一步扩大示范规模;2009年创新支持方式,安排资金15亿元,支持可再生能源建筑应用城市示范和农村地区县级示范推广。中央财政资金支持,为可再生能源在建筑领域的应用提供了有力的资金保障,同时,有效调动了社会各方面的积极性,引导更多的社会资金投入。据统计,2010年我国光热、地源热泵等节能环保产业市场规模超过750亿元,建筑行业成为可再生能源应用增长最快、效果较为突出的行业之一。
2.3地方积极出台支持政策,发挥财政政策导向功能在财政政策引导下,地方积极出台可再生能源建筑应用支持政策,特别是一些强制性推广政策的出台,为可再生能源在建筑领域的大规模应用创造了良好的制度环境。截至目前,北京、河北、上海、江苏、浙江、深圳、湖北、山东、河南、海南等20多个省市,均制定了“太阳能光热与建筑结合”规划,并强制要求12层以下建筑强制安装太阳能光热系统。如深圳市规定具备太阳能集热条件的新建12层以下住宅建筑,建设单位应当为全体住户配置太阳能热水系统;浙江省要求新建公共机构办公建筑、保障性住房、12层以下的居住建筑、建筑面积一万平方米以上的公共建筑,应当按照规定标准利用一种以上可再生能源用于采暖、制冷、照明和热水供应,等等。
3存在问题及其分析
目前,可再生能源在整个建筑用能中的比重依然较低,可再生能源建筑应用在产业发展、技术标准体系建设、开发应用领域等方面还存在诸多问题需要解决。
3.1产业技术支撑不够我国的太阳能产业和热泵产业缺乏核心技术,普遍存在“大而不强”的问题。太阳能光热产业方面,我国拥有全球最大的太阳能热水器生产能力,但产业集中度较低,前二十强企业集中度约45%,企业规模普遍较小,竞争力不强;太阳能光伏产业方面,由于太阳能光伏生产与国内需求之间存在比较大的差距,加之整个产业缺乏核心技术,导致太阳能光伏产业对外依存度过高;热泵产业方面,目前国内大部分厂家通过国外产品或者主要以国外的原配件来进行产品组装,企业的研发和自主创新能力薄弱,缺乏核心机组的生产能力,包括压缩机等大量依靠进口,国产产品市场占有率非常低。
3.2技术标准规范不够完善目前,若干有关太阳能光伏电池等产品的国家标准已实施,但是太阳能光伏发电应用技术方面,特别是光伏与建筑结合的标准以及并网建筑光伏的相关技术标准仍比较欠缺。此外,国内现有的3个光伏产品性能的检测机构,尚未获得国家认监委的授权。此外,我国还未开展国际通用的对于光伏建筑应用系统的认证工作,没有国家级光伏产品检测机构,标准体系不够完善和未进行产品和建筑应用系统认证,不利于规范国内的市场、提高产品质量、促进光伏产业发展。对地源热泵行业来说,标准规范出台相对缓慢,从事热泵工程的生产、设计、安装与施工队伍良莠不齐,技术应用水平低,一些工程应用中出现了资源浪费现象。
3.3可再生能源建筑应用开发广度和深度不足一方面,可再生能源建筑应用项目主要还是以“点”的形式集中在城市,在广大城镇及农村的推广力度远远不够。据统计,当前国家支持的可再生能源建筑应用示范项目大部分分布在城市中。而根据清华大学2006年和2007年暑期组织实施的大规模的中国农村能源环境综合调研活动所得的数据,北京、天津、山西、新疆等地农村商品能源的比例均已超过了90%,调研数据说明,有必要在广大农村地区大力推进可再生能源建筑应用,提高可再生能源在整个农村生活用能中的比重。另一方面,开发应用技术路线单一,大部分为简单应用。如太阳能热利用主要局限于提供生活热水,而被动式太阳能房、太阳能采暖制冷等深度利用非常有限;浅层地能有待于向海水源、污水源等多元化、复合型方向发展;应用前景广阔的城市生活垃圾、城市沼气、风光互补等技术刚刚起步。
3.4与建筑同步设计、施工的能力、水平有待提升《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》规定,太阳能热水系统设计应纳入建筑工程设计,统一规划、同步设计、同步施工,与建筑工程同时投人使用。但在工程实际应用中,大部分建筑设计院和房地产开发商对建筑一体化太阳能热水系统的关注较少,部分太阳能热水器生产厂家对建筑一体化的认识停留在概念上,没有投入实质性的努力,太阳能热水系统与建筑结合的适用性和系统性设计能力亟待提高。另外,对太阳能光伏建筑应用,最理想的是集成设计、集成制造、集成安装,这要求在建筑设计之初就要考虑光伏与建筑的结合,要考虑光伏组件的力学性能、建筑的美学要求、建筑结构与光伏组件电学性能的配合等。而目前,我国建筑光伏集成设计能力较弱、经验积累较少,约80%采用支架式安装形式,没有在设计阶段就把光伏系统考虑进去,有待加速开发标准化设计,提高光伏建筑一体化设计能力。
4对进一步完善政策的建议
为进一步推进可再生能源建筑应用,提高可再生能源使用效率,应充分发挥财政职能作用,在技术进步、产业发展、标准完善上加大支持力度,同时创新推广办法,积极发展节能服务产业,建立可再生能源建筑推广应用的长效机制。
4.1支持技术进步,引导可再生能源产业发展一是把培育市场与引导产业发展更好地结合起来。在大力推进可再生能源建筑应用规模化示范的同时,发挥政府政策引导作用,实施设备提供商备案制度,从而提高市场准入门槛、加强市场监管,实现对企业的择优扶强。鼓励优势企业做强做大,提高产业集中度,为大规模推广应用新能源提供有力的产业支撑。具体操作上,可以在示范城市中强制划定一定比例的示范面积,规定这些项目必须选用备案目录中设备提供商的设备,而其他的示范项目可由项目业主自主选择设备提供商,这样既可以对大型企业进行扶持,又留有小企业生存的空间。二是加大共性关键技术的研发投入。中央财政安排的可再生能源建筑应用专项资金,支持可再生能源建筑应用重大共性关键技术、产品、设备的研发及产业化,中央财政按研发及产业化实际投入的一定比例,对相关企业及科研单位等予以补助。同时,实行消费补助,为新技术的推广应用创造市场需求。
4.2加快制定相关规程规范,完善技术标准指导体系建立完善的技术标准体系是推广可再生能源建筑应用必要的技术支撑条件,应加快编写和制定太阳能光热、光电、地源热泵等方面的设计规程、技术规范等。地方要在抓好国家标准贯彻和执行的同时,结合本地实际,研究制定太阳能、浅层地能在建筑领域应用的设计、施工、验收的标准,以及工法、图集。相关企业也应制定本单位产品在建筑领域应用的企业标准,提高应用水平,从而建立起从国家、地方到企业,从设计、施工到后期运行维护的技术标准指导体系。同时,国内技术标准应尽量与国际接轨。
一、工程概况
由江苏省常州建设高等职业技术学校投资兴建的江苏省常州建设高等职业技术学校新校区建设项目二标段,位于常州武进邹区殷村,周边为农村居民住所、工厂和常艺学校等,交通便利。总面积为31471.39平方米;食堂框架3层,14699.52平方米;教师公寓框架6层,4116.67平方米;职工公寓框架6层,3869.01平方米;创意楼框架六层,8786.19平方米。该工程由江苏城东建设工程有限公司承建,质量标准:“省优扬子杯”、获得一星级绿色建筑运行标识,文明施工创建目标等级:江苏省文明工地。
二、选题理由
江南地区雨水较多,一进入雨季,就会有不少房屋出现不同程度的渗漏,我们可以从报刊、电视等媒体报道中看到不少相关报道,据消费者权益保护委员会 的不完全统计,房屋渗漏问题占了近期房屋类投诉的近三分之一。房屋出现渗漏会给我们的生活带来很大的麻烦,例如房间变得霉迹斑斑、家具受潮后变色、墙上的扇灰剥落等问题,在处理渗漏问题时,有的修理几次还是会渗漏,总是很难彻底冶理。特别是本工程光伏发电板将安装在坡屋面上,因是两种不同材质接触,极易造成材质剥离,导致渗漏情况的发生。
公司对本工程选择的课题特别重视,要求项目部按全面质量管理(QC小组)活动程序正常开展活动,光伏发电板坡屋面是否渗漏直接会影响我公司形象。
业主非常关心本工程光伏发电板坡屋面质量,光伏发电板坡屋面渗漏涉及广大用户的利益,群众面比较广,因此屋面质量更加重要。
三、现 状 调 查
针对光伏板瓦屋面施工,我QC小组成员调查了多处类似两种不同材质接触工程,认真阅读了全套原始资料,并于2013年9月10日对实验性施工完成的教师公寓屋面1-5进行调查,做淋水实验后并现场全数检查。
经具体数据分析可见:三幢楼光伏发电板坡屋面工程合格率分别为办公楼为77%,综合楼为77.5%,培训楼为76%,其平均合格率76.83%,小组成员根据调查的结果对光伏发电板坡屋面施工质量缺陷列出统计表。
光伏发电板坡屋面施工质量缺陷统计表
由排列图可见,影响光伏发电板坡屋面工程施工质量缺陷的A类问题主要是:砼密实
四、可行性论证
优势:
1、公司对本工程选择的课题非常重视和支持,并派技术负责人来工程,为实现目标起到指导作用。
2、本工程质量目标江苏省¡°扬子杯¡±优质工程奖,本QC小组人员技术质量工作经验丰富,人员素质比较高,工作扎实,对实现目标起保证作用 。
3、项目部决心大,QC小组成员认真负责,施工技术交底详细,具体措施落实,奖惩分明,为实现目标打下坚实基础。施工前期,我们进行了实验性的施工和相关考察与研究一些相,初步找到关的解决办法。
结论:
本QC小组确立的目标,用科学方法,强化过程控制和质量管理,目标确定合格率98%,完全可以实现。
五、实 施
实施一:认真开展光伏发电板坡屋面渗漏技术培训教育工作
由项目部和公司质检科共同进行人员光伏发电板坡屋面渗漏技术培训教育,培训内容为:施工中砼构件中预埋件的安装是重点,因为太阳能支架主要焊接在预埋件上,所以必须要求各个相邻预埋件在同一平面上。掌握好各相邻预埋件在同一平面上是本工法的关键点,也是保证上部太阳能板安装平整的保证措施之一。所以在预埋件安装固定时,可以先应从四角上先安装固定,然后拉线再调整中间部分预埋件的安装固定。另外用水平尺进行各排预埋件的位置调整。 QC小组全体成员和项
目部所有操作人员全部参加培训,培训共用3天时间,2天理论学习,1天实际操作,经考核上岗。
评价一: 由于重视岗前技术培训工作,磨刀不误砍柴工,工人的
技术素质有了很大提高,培训合格率达100%,考核合格才能允许
上岗。
实施二:严格按操作规程施工
1、认真做好放线工作,并进行检查,确保预埋件位置的正确。
2、施工中砼构件中预埋件的安装是重点,因为太阳能支架主要
焊接在预埋件上,所以必须要求各个相邻预埋件在同一平面上。掌握好各相邻预埋件在同一平面上是本工法的关键点,也是保证上部太阳能板安装平整的保证措施之一。所以在预埋件安装固定时,可以先应从四角上先安装固定,然后拉线再调整中间部分预埋件的安装固定。另外用水平尺进行各排预埋件的位置调整。
3、外突出屋面砼构件四角宜做成圆角,突出构件与斜屋面间的阴
角应用水泥砂浆进行钝角处理。以确保上部防水卷材阴角处粘结牢固。
4、确保防水卷材的合格,突出砼构件应单独设置卷材加强层,
尤其是卷材与突出砼构件之间接缝紧密。
5、刚防层的施工必须严格控制砼的干硬性、坍落度,以及滚筒
碾压次数,从而保证刚防层的浇筑质量。
6、在浇筑砼构件时,所用砼坍落度要小,经过多次振捣来保证
构件的砼密实度。
7、刚防层上留置施工缝必须将其留置在构件于构件间,并对该
施工缝进行防水处理。
8、砼构件间卷材上口浇筑的细石砼面必须与两侧砼构件上表面
标高保持一致,否则会导致两反梁间产生积水现象。
9、屋面砼构件上口预埋件必须根据图纸尺寸放置。
评价二:强化技术交底和工艺流程,工人操作执行操作规程,强化
过程的控制,因此质量有保证。
六、检查效果
江苏省常州建设高等职业技术学校新校区建设项目二标段工程,光伏发电板坡屋面施工完毕后,我们QC小组对光伏发电板坡屋面进行质
量检查验收。
光伏发电板坡屋面质量检查表
七、总结
本QC小组活动“光伏发电板坡屋面防渗漏 ”以来,经项目部测算,节约人工费15000元,节省材料费30000元,其降低工程成本共45000
元。
社会效益:本次QC小组活动,为创建常州市“金龙杯”优质工程,争创江苏省“扬子杯”优质工程奠定了坚实基础,由于开展光伏发电板坡屋面防渗漏活动,业主满意,用户满意,为我公司提高社会知名度做出贡献。
八、巩 固 措 施
本次QC小组活动,提高了本公司对光伏发电板坡屋面防渗漏施工水平,QC小组组长召集全体成员在总结经验的同时,在全公司推广应用。
太阳能利用逐步形成共识,政府扶持力度逐步加大
在新的可再生能源中,光伏发电和风力发电是发展最快的,也是各国竞相发展的重点。国际上普遍认为,在长期的能源战略中,太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。这是因为光伏发电具有无可比拟的优点:充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、长寿命和免维护性、初步的实用性、资源的充足性及潜在的经济性等。
近年来,我国对太阳能开发的支持力度不断加大:国家加大了研究开发的投入,从技术创新和突破上加快降低成本的步伐;政府制定宏观政策和法规,促进全国光伏技术、产业和市场的整体发展。中国科学院已经宣布启动西部行动计划,两年内将投入2.5亿元开展研究,建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。国家发改委、科技部等部委也对太阳能技术开发及其应用给予了大力支持,国内已有多家企业涉足。
太阳能利用的技术难题被攻克
由于太阳能本身的分散性、随机性和间歇性等特点,也由于太阳能光伏电池的理论、材料和器件研究的难度,使其在近50年的发展中与原子能发电拉开了距离,但世界各国都十分重视太阳能利用技术的开发,美国能源部每年投入约1亿美元光伏研究发展基金,日本的“新阳光计划”、欧盟的“可再生能源白皮书”都把光伏作为首先发展项目。
欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。截至2002年底,太阳能光伏发电制造能力已达56万KW,实际装机容量近400万KW,组件成本下降到3.5美元/WP,据预测,2020年光伏组件的价格将下降到1美元/WP以下。目前世界最大的光伏工厂年产36MW,价格为3-4美元/WP。现在正在设计年产500MW的大工厂,力求将光伏电池售价降至1美元/WP,届时光伏发电的成本将可以与火电相竞争。
与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,我国落后于发达国家10-15年,也已明显落后于印度。我国从1958年开始研究光伏电池,光伏事业起步于上世纪70年代,经过20多年的发展,光伏发电已经广泛应用于通信、交通、石油、气象、国防、农村电气化等多个领域,从空间卫星光伏系统到地面的光伏微波中继站、光伏航标灯塔电源系统到进入千家万户的家用太阳能光伏电源系统,特别是近年来启动的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程,极大地推动了光伏产业的发展,为边远无电地区人民实现初级电气化提供了示范,目前,太阳能电池生产厂家已经发展到10家左右,太阳能电池年实际生产总量达到12MW左右。光伏产业正以每年30%的速度增长,国内光伏电池生产能力已达100MW。在国家各部委立项支持下,目前我国实验室光伏电池的效率已达21%,可商业化光伏组件效率达14-15%,一般商业化电池效率10-13%。
我国太阳能市场需求巨大
我国最具权威的太阳能发电研究机构--设在安徽合肥工业大学的教育部光伏系统工程研究中心专家分析,我国太阳能资源非常丰富,与同纬度的其他国家相比,与美国相近,比欧洲、日本优势大得多。
在甘肃敦煌市召开的“中国大漠光电项目构思会”上,太阳能光伏界的专家呼吁:向荒漠进军获取太阳能能源。我国有荒漠面积108万平方公里,主要分布在光照资源丰富的西北地区,如果能利用1/10的荒漠安装并网光伏发电系统,其可提供电量相当于我国2002年耗电量的3.26倍,相当于128座三峡电站。
独立光伏系统的应用领域相当广泛,在西部地区,小型的独立的户用光伏电源系统深受农牧民的欢迎。该小型户用太阳能电源系统的功率从十瓦到几百瓦不等,可以用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,大型光伏电站或风光(柴)互补电站建设不仅可以解决西部中小县城和村庄的供电问题,而且有利于当地的自然环境保护。如青藏铁路沿线特别是生态脆弱地区的站点,其供电设计均要求为独立光伏电站。
国际上太阳能的广泛利用
并网光伏系统的应用领域规模巨大,且发展迅速,其功率容量等级远远超过独立光伏系统。当前开展并网光伏发电建筑一体化研究的主要是美国、日本和欧洲发达国家。
1993年,德国首先开始实施由政府投资支持,被电力公司承认的1000屋顶计划,继而扩展为2000屋顶计划,1998年德国政府进一步提出了10万光伏屋顶计划,同时研究开发与建筑相结合的专用光伏组件等。1999年的光伏上网电价为每度电0.99马克,极大地刺激了德国乃至世界光伏市场的发展。
日本在光伏发电与建筑结合方面已经付出了十几年的努力,其光伏屋顶发展的特点是,将太阳电池组件制作成建筑材料的形式,如瓦和玻璃等,这样太阳能电池就很容易被安装在建筑物上,也很容易被建筑公司接受。
美国是最早进行光伏并网发电的国家,上世纪80年代初就开始实施PVUSA计划,即光伏发电公共电力规模的应用计划;1996年,在美国能源部的支持下,又开始了一项称为“光伏建筑物计划”,投资20亿美元。1997年6月,克林顿总统宣布实施“百万太阳能屋顶”计划,每个光伏屋顶将有3-5KW光伏并网发电系统,有太阳时,屋内向电网供电,电表倒转;无太阳时,电网向家庭供电,电表正转,每月只需交“净电费”,计划到2010年安装100万套太阳能屋顶,进一步将光伏发电建筑一体化推向。
【关键词】太阳能;光伏发电技术;应用
一、太阳能光伏发电原理
太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池,又被称为光伏电池。太阳能电池的发电原理是光伏打效应,即太阳能电池在受到光照的情况下,电池会吸收光能,并产生光生电子和空穴对。而光生电子和空穴受到太阳能电池内建电场的影响后发生分离,电池两端会出现异常的电荷积累,产生光生电压。如果将电池内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载就会流出光生电流,从而获得功率的输出。太阳能电池将光能转换为电能的具体原理主要包括下面3个过程:
(1)太阳能电池在吸收一定的光子之后,半导体内会产生光生载流子,而电子与空穴的电性相反,电子带负电,空穴带正电;
(2)半导体p-n所产生的静电场会将光生载流子中带正电的空穴和带负电的电子分离开;
(3)光生载流子的电子和空穴分在分离之后,分别被太阳能电池的正极和负极收集,并在外电路中形成电能,从而获得相应的电能。
二、太阳能光伏发电技术
太阳能光伏发电系统主要包括光伏电池板、控制器以及电能储存和电能变化所构成的发电及电能转换系统。随着光伏产业的飞速发展,光伏发电相关的各项技术发展非常迅速,对于一个光伏发电系统来说,主要涉及到太阳能电池技术、光伏阵列最大功点率跟踪技术等多项关键技术[2]。
1、太阳能电池技术
太阳能电池是太阳能光伏发电系统的核心部件,它通过将太阳能的辐射之间转换为直流电。电池单元是光电转换的基本单元,通常不独立作为电源,对此,一般通过串联以及并联的方式将太阳能电池单元封装起来,从而建立太阳能电池组件,其功率可以达到几瓦到上百瓦。若干太阳能电池组件按照需求进行串、并联之后可以组建成为太阳能电池阵列,而这种大规模的组建需要解决两方面的问题,即提高光电的转换效率和降低总体成本。第一代以硅片作为基础材料的光伏电池,其技术虽然发展已经较为成熟,但是生产成本一直较高。而第二代基于薄膜技术的光伏电池,通过将非常薄的光电材料铺在非硅材料的衬底上,大幅降低了半导体材料的消耗,同时更加容易进行批量生产,大大降低了光伏电池的生产成本。目前,国外已经开发出具有较高效率和较长使用寿命的薄膜电池。同时,还有一些新概念、新结构的太阳能电池,通过减少非光能的消耗,增加光子的利用率并降低电池的内部电阻,从而使太阳能电池在转换效率的提升方面看到了一定的空间。目前,大量的研究人员将目光瞄准了以先进薄膜技术为基础制造的第三代太阳能电池,其理论极限光电转换效率最高可以达到93%左右,主要包括量子点、多层多届、染料敏化太阳能电池、纳米结构电池等。这些新型的太阳能电池正是以提高电池的光电转换效率以及控制和降低生产成本两方面的目标所进行的研究。
2、光伏阵列最大功率点跟踪技术
光伏阵列的输出具有非现象特性,同时,太阳能的辐射强度以及环境温度等多方面的因素都会对光伏阵列的输出产生一定的影响。当太阳能辐射强度及环境温度一定时,光伏阵列可以在不同的输出电压下工作,但是当输出电压值处于某一具体值时,光伏阵列的输出功率会出现最大值,此时光伏阵列的工作点被称为最大功率点。
当光伏阵列的工作电压大于最大功率点电压时,光伏阵列的输出功率会随着太阳能电池输出电压的增加而不断变小;而当光伏阵列的工作电压小于最大功率点的电压时,光伏阵列的输出功率会随着太阳能输出电压的增加而不断增大。在太阳能光伏发电系统中,为了提高系统的整体光电转换效率,可以根据实际情况对光伏阵列的工作点进行实时调整,从而使其始终保持在最大功率点附近进行工作,该过程被称为最大功率点跟踪。
三、太阳能光伏发电技术的应用类型及特点
太阳能光伏发电的应用方式较多,下面进行了具体的分析:
1、光伏电站
光伏电站的建设需要占据较大的土地面积,针对这一特点,需要选择土地辽阔、人口稀少以及太阳能资源丰富的地区,从我国目前已经开始建设的光伏电站来看,主要分布在我国西部地区。光伏电站的应用特点如下:
(1)由于西部地区煤矿资源丰富而且城市耗电量相对较低,光伏电站生产的电能无法就近使用,需要通过变电站升压并通过高压电缆进行远距离传输,其中存在较大的运输损耗;
(2)地价、额外的土地建设费用以及电站管理费用成为了光伏电站建设的附加成本,其可以达到光伏电站总建设成本的10%~20%左右;
(3)由于太阳能资源缺乏连续性,光伏电站直接并网之后,不但无法成为大型电网的备用电源,同时其发电的随机性还会加大电网对电力调配的难度。
而从我国的情况来看,在沙漠地区,光伏电站具有较好的应用价值,沙漠地区的土地利用家就只较低,而且面积广阔,其太阳能资源相对较为丰富,加上我国沙漠面积较大,未来在沙漠地区建设光伏电站将成为主要的趋势之一。
2、光伏建筑
从中国沿海城市及中部和北部的工业城市来看,城市经济增长增速快、工业发达、土地资源紧缺,而传统的发电方式能以满足这些城市的用电需求,夏季经常出现拉闸限电的情况,针对这种情况,通过在建筑商安装光伏电池板成为了有效的解决方案之一。
通过建立光伏建筑形式使发电系统与用电设备之间的距离大大缩短,有效避免了电能在长距离线路传输中产生的大量损耗,同时还大大节约了长距离传输线路改造的成本,从这一方面的优势来看,光伏建筑业将成为城市可再生能源利用的主要方向之一。从集成技术来区分可以将光伏建筑分为光伏屋顶电站和光伏建筑一体化两类。其中光伏建筑一体化是通过将光伏发电系统、建筑幕墙以及屋顶等围护结构构建成一个整体结构,在具备围护结构功能的同时,还能为建筑提供电能,该类光伏建筑结构的安全性是需要重点考虑的方面。
3、农村地区的应用
针对部分偏远农村地区,为了实现“送电到乡”工程,可以通过采用光伏发电的形式建立小型的光伏电站或者在农宅安装独立的光伏发电系统。即可有效解决偏远农村地区农户的用电问题,同时还有效解决了大量线缆敷设以及电路输送构件的成本,还避免了电能超长距离传输过程中的损耗。
四、结束语
太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,在未来会得到越来越广泛的应用。随着光伏发电产业化进程的不断推进以及相关技术的不断发展,光伏发电的效率将不断提高、成本不断降低。同时,根据文中的分析可以看看出,太阳能光伏发电技术在未来将会以光伏建筑一体化应用为主,同时加上中西部地区局部光伏电站的辅助,以及在农村地区建设小型光伏电站以及独立的农宅光伏系统。另外,光伏发电技术在应用的过程中,需要进行综合应用,实现对能源的最大化利用。
参考文献:
[1] 尹淞,郝继红.我国太阳能光伏发电技术应用综述[J].电力技术,2009(03):1-4+8.
关键词:光伏产业;未来;国内市场
中图分类号:F713.5 文献标识码:A 文章编号:1001-828X(2012)04-0-01
在经济快速发展的今天,各国都把光伏产业作为解决能源危机和环境恶劣的重要手段。在国际和国内两个市场,尤其是国际市场的拉动下,我国光伏产业发展突飞猛进,但对国外依赖度过高已严重阻碍了我国光伏产业的发展。而一个相对稳定并快速增长的内需市场是打通光伏产业健康、快速发展通道的重要手段。充分开启国内市场不仅是未来我国光伏产业发展的着力点,更是希望所在。
一、过度依赖国际市场下的国内光伏产业
经过近几年的发展,我国成长为世界上第一大太阳能电池生产国。但由于国内市场需求不足,90%以上的太阳能电池产品出口国外。过度依赖出口造成的最直接的影响就是国外市场稍有“风吹草动”,国内光伏产业就飘摇不定。2008年金融危机,国外光伏市场迅速萎缩,我国光伏产业遭遇“寒冬”,成为“重灾区”。中投顾问产业研究部数据显示,当时我国已有350家光伏产业组件企业倒闭歇业,幸存者只剩下约50家[1]。2011年,受欧债危机和美国“双反”调查等影响,我国光伏产业再次陷入低迷的景象,这同样是过度依赖国外市场的结果。可以说,过度倚赖国外市场已经成为国内光伏产业的瓶颈和软肋。我国光伏产业要想健康、稳定发展就必须摆脱过度依赖国际市场的发展路子。
二、重点发展国内市场的重要意义
1.从产业可持续发展角度看,重点拓展国内市场是我国光伏产业健康发展的需要。一个产业的发展过度依赖外需,就像无根之木,无源之水,是不可能长久的。因为缺乏国内市场的支撑,等于把发展的主动权和决定权交给了别人,不利于我国光伏产业健康可持续发展。只有充分启动国内市场,才能让光伏产业链条完整,让产业步入正常的良性循环发展轨道。可以说,拓展国内市场不仅可以为我国光伏产品提供更大的市场,缓解或避免产业链失衡,也可以为产业继续发展壮大构筑可靠基础。
2.从国家新能源战略和发展目的看,只有充分开发国内市场才能不背离发展初衷。国家推出新能源战略的一个重要原因就是转变经济发展方式,缓解能源危机,保护环境,达到促进经济发展,造福人民的目的。在新能源战略指引下迅速发展起来的光伏产业同样要承担起这个责任。然而光伏产品大量出口在给国内光伏行业带来风险的同时,更使得光伏产品在生产过程中消耗的能源没有在国内得到补充,没有让我国人民享受到光伏发电产品的环保效益[2]。可谓背离了发展初衷。
三、国内光伏市场前景广阔
1.从太阳能资源看,资源丰富适合开发和利用
太阳是一个巨大的能量源,假如到达地球表面太阳能的0.1%按5%的转变率转化为电能,每年的发电量可相当于目前世界上能耗的40倍[3]。我国地域辽阔,太阳能资源十分丰富,特别是西部地区日照条件更为突出。可以说,我国非常适合太阳能的开发与利用。如果能将太阳能充分利用起来,对应对能源危机,调整产业结构,转变经济增长方式有着极为重要的作用。
2.从可利用空间看,潜力巨大
我国房屋总建筑面积约500亿平方米,其中可利用建筑面积约为100亿平方米。如果其中20%的面积安装太阳能光伏系统,就会有20万兆瓦的屋顶光电资源量[4]。除了建筑屋顶可以利用,我国还有不少农村地区因为地形原因而无法架设电网,一直没有电可用。而太阳能技术的利用则能突破自然条件的限制,给广大农民带来光明。除此之外,我国还有百万公里的沙漠、及沙漠化土地,同样可以让太阳能大展身手。根据国家“十二五”规划,“十二五”期间我国太阳能发电累计装机容量要达到10GW以上,将形成近1500亿元市场[5],光伏产业将驶入发展快车道。
3.从政策扶持上看,力度逐渐加大
从目前来看,国家已经认识到开启国内光伏市场的重要性。在“送电到乡”工程、大型光伏电站示范工程等一系列举措之后,2011年8月出台了1元/kWh的光伏发电上网标杆电价政策,为光伏应用市场注入了“强心剂”;2012年2月份之后,国家又推出了新一期的“金太阳”工程,补贴标准从8元/每瓦降低到7元/每瓦。而工信部公布的《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》不仅为我国光伏产业指明了方向,还称通过实施工业转型升级和可再生能源等相关规划,统筹制订产业、财税、金融、人才等扶持政策,积极促进我国光伏产业健康发展[6],为光伏产业提供了制度、政策保障。我国光伏产业必将迎来一个更加美好的未来。
参考文献:
[1]王兵.并购潮 倒闭潮 光伏企业只剩50家[N].北京:证券日报,2009-03-04.
[2]刘欣欣,侯大伟,张涛.我国光伏产业发展现状令人担忧:生产大国 使用小国[N].北京:中国证券报,2010-08-06.
[3] 陶文彪,万利.浅谈太阳能发电[J].科技传播,2011(15).
[4]龙金光.成本急降撬开国内光伏市场金矿[N].广州:南方都市报,2011-12-16.
[5]任其昌.卷首语[J].光伏产业观察,2012(02).
关键词:光伏发电;现状;发展措施
中图分类号:TM61文献标识码: A 文章编号:
随着人口数量的快速增长,传统化石能源(以石油、天然气及煤炭为代表)正面临消耗殆尽的危机,能源危机问题已经发展成为一个世界性的难题。除此之外,在使用化石能源的过程中,将会产生一系列环境污染问题,给生态失衡造成了严重的影响,制约了人类社会的进一步发展。寻找并开发新能源已经成为世界各国的一项重要战略任务。众所周知,太阳能资源不仅丰富,而且分布广泛,同时具有环保的特点,是各国公认的清洁能源。
1.光伏发电技术
1.1光伏发电技术原理
对于光伏发电而言,太阳能电池属于核心部分。所谓的光伏发电指的是在太阳能电池的帮助下,实现光能到电能的一系列转化过程。光伏发电的历史可追溯到19世纪40年代末期,科学家在科研实验的过程中发现了光生伏打效应,奠定了太阳能电池诞生的理论基础。太阳能电池工作原理如下:在光照条件下,其芯片PN结中的电子将会吸收光能,进入自由电子状态,并在晶体里高速移动,由此产生的空穴也会以晶体为中心按照一定的规则围绕移动,最终自由电子完成在N 结的聚集,而空穴完成在 P 结聚集,此时,PN结之间将会存在一个电势差,并发挥出电源的功用。[1]
1.2光伏发电系统
光伏发电系统包括以下几个主要部分:1)太阳能光伏电池板;2)储电装备;3)控制器存;4)逆变器。利用太阳能光伏电池板可实现太阳能到电能的转换,然后再利用逆变器进行相关转化之后,便可输送给用户了。
2.光伏发电的现状
2.1光伏发电系统设备生产状况分析
前文提到,在光伏发电系统中,太阳能光伏电池板是核心组成部分。目前,有相当数量的企业在从事相关的生产以及销售工作。纵观世界市场,太阳能光伏电池板的年均总产量已经多年保持在4000MW以上。中国在该领域所占的份额位居世界前列。以无锡尚德公司生产情况为例。该公司的产能在327.0MW/年(2007年数据),在中国排行第一,在世界范围内位居第三。由此可见,我国在光伏发电系统设备生产方面的巨大优势和潜力。[2]
值得一提的是,中国在光伏发电系统的装机容量方面远逊于光伏电池产业。2007年,中国光伏发电系统的装机容量仅为世界当年累计安装量的1%。
由以上信息可以看出,我国在光伏发电系统装机容量方面有待提高。
除了太阳能光伏电池之外,光伏控制器也是相关厂家的关注焦点。在世界范围内比较,我国在这一领域的生产方面并不占优势,落后于欧洲以及日本等先进地区和国家。另外,在光伏控制器的自主创新及研发方面还有待提高。
2.2光伏发电系统在我国的应用
在我国,太阳能资源不仅丰富,而且分布广泛,整体资源占有量超过 5000兆焦/(平方米·年)。所以,中国在发展太阳能光伏发电方面具备一定的先天优势。在我国,光伏发电的应用主要集中在下列四个方面:1)农村以及边远地区;2)通信和工业;3)太阳能光伏产品;4)光伏并网发电系统。近些年来,国内陆续建成了一批示范性光伏发电系统。如600W光伏提水系统,其输出电压为220VAC,日发电量为1.8kWh,日提水量为30m³/(20m)。又如100kw并网型光伏供电系统,其输出电压为220VAC,日发电量达350kWh。光伏发电产业属于政府推动的示范性工程,其商业化应用还有很长一段路要走。[3]
2.3我国光伏发电存在的主要问题
我国光伏发电存在的主要问题有:1)在太阳能的开发方面缺乏战略意识。政府没有将太阳能开发作为政府的日常工作的一部分。另外,相对于常规能源建设项目而言,太阳能开发项目缺少固定的资金投入又或者资金渠道不够通畅,同时还缺乏科学、有效的激励政策;2)相较常规能源产业而言,新能源的开发还处于起步阶段。多元化、多层次的能源结构体系尚未建立。边远地区的能源紧张问题仍旧存在,生态环境的持续恶化短时间内难以改变。以上问题制约了边远地区的进一步发展;3)和太阳能光伏发电相配套的市场运行机制(包括管理和服务两大方面)还不完善,该领域的竞争尚处于无序、混乱状态;4)光伏发电市场的培育度不够,没有形成规模产业链。受经济因素和技术因素的制约,表现出了高技术含量不足的问题;5)产品质量评价标准不统一,导致光伏产品在质量方面参差不齐;6)对综合型能源系统的投入、开发力度不够。[4]
3.光伏发电的发展措施
太阳能光伏发电可以向农村以及边远地区提供满足日常需求的非联网电力,且成本较低。结合当地的具体情况,加大对太阳能的开发力度,可将其转化为高品质的生活用电和工业用电。推动光伏发电事业的发展,不仅有利于脱贫致富,而且有利于维持人和环境协调发展,这对于我国可持续发展的战略而言具有非常重要的现实意义。[5]
光伏发电的相关发展措施:1)政府应加大投入,加强引导,从而推进太阳能这一新能源的应用进程;2)结合市场规则,促进新能源产业的市场化转变,同时对现行产业结构中的不当之处进行大刀阔斧的整改,建立起科学、规范、高效的市场运行机制;3)完善光伏发电系统相关产品的质量检测标准,使其规范化、规模化;4)建立完善的技术培训体系,结合实际需要培养不同层次的新能源技术人才,提高加工、应用相关的技术水平,从而获取更大的经济效益;5)在推广应用过程中,切忌急躁,要稳步发展。如根据当地情况,先推广那些技术条件已经相对成熟的光伏发电设备,同时将维修、管理、宣传等一系列基础工作落实到位;6)政府应制定各项优惠政策,建立高效的投融资机制,营造良好的投资环境,以此吸引国内外的人才、技术以及资金,保证光伏发电产业的可持续发展。[6]
4.光伏发电技术发展前景展望
目前,我国光伏企业的市场重心集中在欧美等发达国家和地区,为改变这一现状,我国相继出台了诸多光伏补贴政策,以促进国内市场的开放与发展,相信不久的将来,我国光伏企业大有希望摆脱当下这种生产过剩的局面。国家已经明确提出了,在中东部地区建设分布式光伏发电系统的计划,并提出了结合城市建筑的理念,所以,我国光伏产业在未来的一段时间里将会致力于分布式光伏发电和建筑光伏一体化的研究。由此可以预见,光伏产业正在由高端市场转战下游市场,那些生产太阳能照明设备以及屋顶太阳能的相关企业将会迎来发展的契机。光伏企业应该将主要精力投入到更高层次技术的开发、研究与应用中去,例如以下几个方面:1)光伏并网电路的拓扑结构;2)分布式光伏发电系统的能量管理问题;3)对系统的显示以及远程监控技术等。与此同时,还需要提供一系列安装维护等方面的增值服务。就目前市场而言,晶硅太阳能板仍旧同类产品中主流,但是越来越多的企业开始将人力、物力投向了对薄膜太阳能板技术的研究。同晶硅太阳能板相比,薄膜太阳能板具备了更强的高温潮湿适应能力,因此多见于下游的建筑幕墙,造价方面也具有优势,在制造环节所消耗的能源还不到晶硅太阳能板的1/2。在全球经济衰退的大环境之下,薄膜太阳能板市场不见颓势,仍在稳定增长之中。[7]
5.结语
我国幅员辽阔,拥有大量的、可利用的太阳能资源。太阳能光伏发电技术不仅是一种清洁能源技术,而且在转换率方面也在日益提高,相信光伏产业的未来发展前景将会更好。随着电价补贴政策的落实以及光伏发电的使用时间增加,相信在不久的将来,太阳能发电成本将会大幅下降,甚至达到和常规电价极为接近的水平。我国石油、煤炭以及天然气等化石能源的储量正在减少,如果不采取有效的解决措施,将来必然会陷入能源危机之中。在此背景下,开发、利用太阳能等清洁能源已经成为能源领域的一个必然发展方向。
参考文献:
[1] 熊燕,刘鑫,马胜红. 中国城市规模化光伏发电应用条件分析[J]. 可再生能源. 2012(01).
[2] 邓小南. 光伏发电的未来趋势[J]. 价值工程. 2010(21).
[3] 张立文,张聚伟,田葳,张晓红. 太阳能光伏发电技术及其应用[J]. 应用能源技术. 2010(03).
[4] 李芬,陈正洪,成驰,蔡涛,杨宏青,申彦波. 武汉并网光伏电站性能与气象因子关系研究[J]. 太阳能学报. 2012(08).
[5] 陶文彪,万利. 浅谈太阳能发电[J]. 科技传播. 2011(15).