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光伏发电


贡献者:gsfei2009    浏览:5088次    创建时间:2009-09-21

1839年,法国科学家安托万·亨利·贝克雷尔发现,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“光生伏打效应”,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。
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。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。国产晶体硅电池效率在10至13%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-发展 全球能源危机问题日益突出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。
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。
光伏发电-原理 PV/光伏发电技术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。
太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源。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”。光伏发电系统由太阳电池板(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,因而发电设备极为精炼,可靠、稳定、寿命长,安装维护简便。
太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子,如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子,就成为带负电的N型半导体;若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子,形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时,接触面就会形成电势差,成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后,空穴由N极区往P极区移动,电子由P极区向N极区移动,形成电流。
光伏发电-成本
光伏发电成本远高于风电成本,据统计,光伏发电目前成本是陆上风电的8-10倍,海上风电的6倍。高成本意味着光伏行业对扶持政策的依赖将持续较长时间。发达国家的光伏产业或面临着类似情况。由于全球经济面临减速甚至衰退,发达国家持续对光伏产业实行的高补贴政策存在一定风险。事实上,德国调整后的EEG政策已经调减了对光伏电场的补贴力度,这表明德国政府对光伏行业的补贴政策开始松动。
2007年以来,因高油价促动光伏发电产品需求的激增,作为主要原料的硅料价格随之出现暴涨。硅料成本的高企不仅削薄了光伏组件厂商的利润,更延缓了光伏产业的发展步伐。根据新能源财经公司于2009年第二季度发布的硅料和硅片价格指数显示,已签订合同的2009年多晶硅协议价格平均跌幅达43%。这意味着光伏发电制造成本有望降低,光伏原材料的瓶颈之困也有望缓和。
光伏发电-系统
系统分类
利用太阳能光伏发电系统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“光生伏打效应”。在光生伏打效应的作用下,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。
光伏发电系统是将太阳能转换成电能的发电系统蓄电池组
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
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。
光伏发电-优缺点
优点
全球光伏发电分布情况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。
光伏发电-应用
目前(截止2009年6月),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。
光伏发电-在中国 绿色科技馆建成后将成为中国国内节能建筑的绿色样板,其太阳能屋顶抗风、抗雨、抗压,还可抵御恶劣天气的冰雹和夏季的台风。(效果图)根据中国权威机构发布的《中国光伏发展报告》中的数据:到2030年,中国太阳能光伏发电装机容量将达到1亿千瓦,年发电量可达1300亿千瓦时,相当于少建30多个大型煤电厂。2008年中国光伏产业产值已超千亿元,全球太阳能百强企业中中国占50%,但中国的光伏发电量仅占全球的1%。
2009年7月21日,财政部、科技部、国家能源局联合宣布在中国正式启动金太阳示范工程,这意味着国内光伏发电市场将步入快速发展阶段,并有望成为中国新的经济增长点,面对国际金融危机的影响,美日等国家纷纷将经济刺激计划重心转向扶持新能源和节能环保等战略性新兴产业,在此背景下,中国也加大了对新能源和环保产业的扶持力度,欲将其培育为新的经济增长点,而加快启动国内光伏发电市场则成为其中一项重要内容。
另外,在2009年8月25日,一座由浙江正泰太阳能提供全套光伏组件、配件产品及安装服务的2兆瓦屋顶光伏发电站,已经在杭州能源与环境产业园动工。绿色科技馆的屋顶采用了当今最为先进的光伏建筑一体化技术,58平方米的透光顶区域将使用正泰高效薄膜太阳能,透光率为30%,不仅满足了室内的自然采光需求,还可以光伏发电。杭州将会成为浙江省首个让来自光伏电站的电流奔驰在电网上的城市。



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开放分类
供电系统    

参考资料
1.电力英才网:光伏发电常识,2006年6月10日 2.南宁环境保护局网:光伏发电,2007年11月5日 3.聚合物论坛:光伏发电简介,2008年11月14日 4.中国新能源网:太阳能光伏发电前景展望,2006年8月2日 5.中华人民共和国政府网:新闻分析:加速光伏发电产业化 打造新经济增长点,2009年7月21日 6.中国投资资讯网:2009-2012年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告,2009年6月21日 7.杭州网:杭州将成为全省首个用上光伏发电的城市 有评价说这是浙江向低碳型经济大省转变的标志,2009年8月26日

贡献者
gsfei2009    


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