我國按各地區接受
太陽能總
輻射量劃分,可分為五類地區,其中,一、二、三類地區全年日照時數大于2000小時,這三類地區總面積約占全國總面積的70%,具有利用太陽能的良好條件,所以:我國絕大多數地區的太陽能資源相當豐富,采用
太陽能光伏發電系統非常有利。
1 太陽能光伏系統工程組成
太陽能光伏系統工程一般分為并網運行系統和獨立運行系統兩大類。其中并網運行系統一般分為兩大部分:
光伏電池系統和控制系統。獨立運行系統常運用于
光電建筑一體化,一般分為四大部分:
光伏電池系統、控制系統、蓄電池組和支撐結構系統。光伏電池系統通常采用
晶體硅或
薄膜材料加工而成,是
光伏系統中最關鍵的技術,使用壽命為20～30年。市場上生產和使用的光伏電池以晶體硅材料為主,晶體硅約占光伏電池總量的90%,主要有
單晶硅電池和
多晶硅電池,單晶硅光電轉換平均效率約為15～18%,多晶硅的平均效率約為12～15%,目前市場價格約在每瓦14～16元。
薄膜電池材料主要有三種:
非晶硅(a-Si)、銅銦硒(CIS,CIGS)和碲化鎘(CdTe),光電轉換平均效率約為5～8%,目前市場價格一般在每瓦12～14元之間。由于弱光效應和
溫度系數效應兩個因素影響,在立面
光伏幕墻方面,相同功率非晶硅光伏
幕墻比晶體硅光伏幕墻多發15～20%的電量。
控制系統是利用
太陽能電池的光伏效應將太陽能轉化為直流電能并貯存,或通過逆變器等將直流電能轉化為交流電直接供交流負載使用,主要包括控制器、逆變器等。
蓄電池組用來貯存光伏電池發出的電能,并向負載供電。如光伏電池所發電能直接向負載供電,則無需蓄電池組。
支撐結構系統主要是光伏系統工程的依附結構,包括簡易支撐系統、屋面系統和幕墻系統等。將太陽能光伏系統與屋面或幕墻綜合考慮,形成光伏屋面系統和光伏幕墻系統,這兩種系統是太陽能
光伏建筑一體化技術中最常見的兩種形式。
2 太陽能光伏系統成本分析
要進行太陽能光伏系統成本分析,首先需確定光伏系統工程每平米年發電量,從而計算出系統的投資回收期,下面通過方大大廈太陽能光伏系統應用實例進行論述。
2.1 光伏系統工程應用實例
從相關資料可知,每平方米晶體硅電池的年發電量為110～120KWh,
薄膜電池的年發電量為40～50 KWh,下面通過方大大廈具體工程實例進行驗證。
方大大廈位于深圳高新技術產業園區內(如圖1),2002年底,在大廈成功安裝了匡內第一個太陽能光伏系統,于當年完成調試并開始正常工作。光伏幕墻系統用于該大廈正立面紅色三角形的電梯筒頂部(見圖2),光伏電池采用多晶硅,設計峰值發電功率艿10.8Kwp,平均光電轉換率14%,輸出頻率為50±0.5HZ,電壓220± 10%。該幕墻所發電量主要提供南北兩側樓梯間及地下車庫照明,目前系統運行穩定。
從2003年I月正式運作開始,一直對該光伏幕墻系統進行數據記錄并定期歸檔,保證了記錄數據的真實性和連續性c已運行近7年時間,截止到2008年12月,共6年整時間,累計發電量為鉭42034kWh,累計可發電天數為13%天。
深圳屬于Ⅲ類
光氣候區,從圖3可以看出,每年的5月至10月,深圳的太陽輻照度較強,發電效率較高,每年的1月至4月相對較低。另外,從光伏幕墻發電量與每月具各發電條件天數(圖4)的基本
波形比較來看,兩圖基本匹配,也從另一個方面反映出檢測數據比較符合實際情況。
由于本工程的光伏幕墻完全是按照建筑要求進行布置,并沒有按照光伏電池最佳的傾斜角和方位角進行設計,為說明光伏幕墻的實際發電量,需將幕墻按最佳設置角度進行換算,計算出在最佳條件下每平方米光伏電池的年發電量。換算后每平米年平均發電量如表1。
從以上匯總表可以看出,每平方米光伏幕墻年平均發電量為111.0千瓦時,與晶體硅年發電量為110～120KWh相吻合。按每度電￥1.OO計算,每平米光伏幕墻的產出值為￥111.00元。
3 太陽能光伏系統應用面臨的因難
雖然
光伏發電系統存在一些問題,但作為一種
綠色能源,它具有火力、水力發電無可比擬的優勢,同時,
光伏發電技術已成熟,是最具可持續發展理想特征的
可再生能源技術,也是世界最優先發展的技術之一,應該大力推廣。
當前,光伏系統的推廣和運用的困難主要有以下兩點:一是光伏系統的造價較高,晶體硅電池的光伏系統工程每平米造價約為4OO0～6000元,薄膜電池的光伏系統工程每平米造價約為2000～3000元,在光伏電池的有效使用年限內一般無法回收成本;二是發電成本遠遠高于市電成本,建設方一般難以接受。目前,
太陽能光伏發電成本約為2～3千瓦時,而火力發電成本約為0.3元/千瓦時,水力發電的運營成本約為0.05元/千瓦時。基于以上兩點,使光伏系統工程產業不能形成規模化地推廣和運用,反過來又直接影響光伏系統造價居高不下,產生惡性循環,從而嚴重阻礙了光伏系統的推廣和運用。
那如何走出這個惡性循環的怪圈?政府的相關扶持政策非常重要。政府相關政策的制定對推動光伏發電技術的發展和運用有著舉足輕重的作用,歐美和日本等國家的相關政策值得我們借簽。
4 太陽能光伏系統的相關扶持政策
前些年,我國也出臺了一些相應的光伏系統挾持政策,但力度不大,效果也不好。09年3月,財政部下發《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》,對單項工程應用太陽能光電產品裝機容量大于50kWp以上工程進行補助,補助標準為20元/Wp。
09年7月,財政部、科技部和國家能源局聯合發布《金太陽示范工程財政補助資金管理暫行辦法》,對單個項目裝機容量大于3O0kWp以上工程進行補助,并網光伏發電項目原則上按光伏發電系統及其配套輸配電工程總投資的50%給予補助,偏遠無電地區的獨立光伏發電系統按`總投資的20%給予補助。這兩項暫行辦法都非常明確地提出了相應的挾持辦法,必將對我國
光伏產業的持續、健康發展起到積極地推動作用。
所以,現階段,我們需要解決兩個方面的問題,一是成本的問題。我們應該加大光伏電池自主創新的力度,研發不受制于國外技個的低成本的滸伏發電技術,大大降低光伏系統工程的成本,使其具有更優的性價比,國內現在不少企業正在加緊向這方面努力;二政策的問題。政府應多出臺一些相應的扶持政策,如對中小型光伏系統工程,乃至家庭式的光伏發電系統,積極鼓勵使用光伏系統,引導光伏發電技術走上良性發展的道路。解決了這兩個方面的問題,我國太陽能光伏系統的發展一定能走到世界的前列。
參考文獻
[1] 李安定.太陽能光伏發電系統工程,北京:北京工業大學出版社2002年
[2] 李俊峰王斯成等2007中國光伏發展報告 北京:中國環境科學出版社,2008年
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