太陽(yáng)能光伏發(fā)電在廣東地區(qū)的發(fā)展思路與探討

鄭廣豪

廣東電網(wǎng)公司東莞供電局

前言

太陽(yáng)能是指太陽(yáng)光的輻射能量。太陽(yáng)能發(fā)電的利用主要有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，而光電轉(zhuǎn)換是現(xiàn)階段作為光能利用的主要模式，其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽(yáng)能輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能。目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)除了可為房屋提供照明等電能外，還可以串聯(lián)后并入工業(yè)企業(yè)用電系統(tǒng)及電網(wǎng)供電，最終實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的工業(yè)生產(chǎn)。

1 目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電的國(guó)家政策情況

太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生的清潔新能源。根據(jù)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃方向，今后將重點(diǎn)放在鼓勵(lì)和推動(dòng)新能源的發(fā)展，同時(shí)國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列扶持光伏發(fā)電發(fā)展的措施，現(xiàn)在正推進(jìn)企業(yè)自發(fā)自用式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的研究和實(shí)施，并將陸續(xù)出臺(tái)扶持政策來(lái)積極推動(dòng)太陽(yáng)能的開發(fā)與利用。國(guó)務(wù)院新聞辦2012年10月28日發(fā)布了《中國(guó)的能源政策（2012）》白皮書，提出到“十二五”末，非石化能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到11.4%，非石化能源發(fā)電裝機(jī)比重達(dá)到30%，加快推進(jìn)太陽(yáng)能及風(fēng)能的利用。同時(shí)在“十二五”時(shí)期，中國(guó)將堅(jiān)持集中開發(fā)與分布式利用相給和，推進(jìn)太陽(yáng)能的多元化利用，到2015年，中國(guó)將建成太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量2100萬(wàn)千瓦以上，太陽(yáng)能集熱面積達(dá)到4億平方米。2012年7月7日國(guó)家能源局正式發(fā)布了《太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》的通知。2013年6月14日，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)主持召開國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，部署大氣污染防治十條措施，研究促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展會(huì)議明確指出：一是加強(qiáng)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)，促進(jìn)合理布局，重點(diǎn)拓展分布式光伏發(fā)電應(yīng)用；二是電網(wǎng)企業(yè)要保障配套電網(wǎng)與光伏發(fā)電項(xiàng)目同步建設(shè)投產(chǎn)，優(yōu)先安排光伏發(fā)電計(jì)劃，全額收購(gòu)所發(fā)電量；三是完善光伏發(fā)電電價(jià)支持政策，制定光伏電站區(qū)域上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理（主要技術(shù)參數(shù)及參考指標(biāo)）

我國(guó)的太陽(yáng)能資源豐富，年總輻射量在860 kwh/m2～2080kwh/m2之間，年直接輻射量在230 kwh/m2～1500 kwh/m2之間，年平均直射比在0.24～0.73之間，年日照小時(shí)數(shù)在870～3570h之間。根據(jù)中國(guó)1978～2007年平均的總輻射年總量的空間分布圖查看，廣東地區(qū)的多年平均年日照時(shí)數(shù)為：1473～1925小時(shí)，多年平均太陽(yáng)能輻射總量在：4291.8MJ/m2.a左右，屬我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富區(qū)域，是比較適合建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目的地區(qū)。

2.1 光伏發(fā)電基本原理說(shuō)明

太陽(yáng)電池的發(fā)電原理是利用光入射于半導(dǎo)體時(shí)所引起的光電效應(yīng)，光伏電池的基本特性和二極管類似，可以用簡(jiǎn)單的PN結(jié)來(lái)說(shuō)明，下圖為光伏電池的單元模型。當(dāng)具有適當(dāng)能量的光子入射于半導(dǎo)體時(shí)，光與構(gòu)成半導(dǎo)體的材料相互作用產(chǎn)生電子和空穴(因失去電子而帶正的電荷)，如半導(dǎo)體中存在PN結(jié)，則電子向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，空穴向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散，并分別聚集于兩個(gè)電極部分，即負(fù)電荷和正電荷聚集于兩端，如用導(dǎo)線連接這兩個(gè)電極，就有電荷流動(dòng)產(chǎn)生電能。利用這一原理，可將光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，通過(guò)調(diào)節(jié)與控制技術(shù)，將電能變換為各種需要的標(biāo)準(zhǔn)，以滿足不同負(fù)載的需要，這就是太陽(yáng)能逆變電源。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)的發(fā)電方式是完全不同的，既沒有旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，也不排出氣體，是清潔的、無(wú)噪聲的發(fā)電。

下圖是光伏電池等效電路，其中Rsh是漏電阻；Rs是串聯(lián)電阻，它是構(gòu)成光伏電池的半導(dǎo)體電阻和透明電極電阻等之和。

2.2 光伏發(fā)電基本原理方框圖

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)一般可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2.3 發(fā)電系統(tǒng)的主要單元組成，典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：

（1）光伏電池陣列：?jiǎn)误w光伏電池發(fā)出的電能很小，是直流電，為滿足實(shí)際應(yīng)用需求，獲得足夠大的發(fā)電量，要將單體光伏電池連接成電池組，再由電池組組成太陽(yáng)能光伏陣列。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)：儲(chǔ)能系統(tǒng)將光伏發(fā)電系統(tǒng)日間發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)供需要時(shí)使用。

（3）逆變器為將光伏電池陣列所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中所需要的交流電，需要將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變系統(tǒng)，逆變系統(tǒng)的效率直接影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。

（4）直流控制系統(tǒng)：在電能從光伏陣列到儲(chǔ)能單元，再到逆變單元的傳輸和交換過(guò)程中，要保持系統(tǒng)的高效與安全運(yùn)行，所以需要直流控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整、保護(hù)和控制。

（5）送出系統(tǒng)：輸、送、配電、控制設(shè)備等。

光照強(qiáng)時(shí)，太陽(yáng)能電池的低壓直流電直接提供給直流升壓電路，通過(guò)充電器給蓄電池充電儲(chǔ)能。光照弱時(shí)，太陽(yáng)能電池輸出功率達(dá)不到光伏發(fā)電的要求，這時(shí)，作為儲(chǔ)能裝置的蓄電池就為直流升壓電路提供低壓直流電，保證了光伏發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。另外，可增加太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)使太陽(yáng)能電池板跟隨太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，充分利用太陽(yáng)能，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。

2.4 光伏組件主要性能表

以單塊195wp多晶硅透光型太陽(yáng)能組件為例（其中單位Wp：是指太陽(yáng)能電池板的峰值功率）。

2.5 光伏發(fā)電站發(fā)電量計(jì)算

（1）光伏組件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：?jiǎn)螇K光伏板最大峰值功率一般為：195Wp及235Wp；

（2）太陽(yáng)能列陣的方位角和傾斜角：方位角為0°，根據(jù)廣東省所處北半球位置情況，光伏列陣傾角為25°，全年水平面上熱能總輻射為：4291.8 MJ/m2年；

（3）并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率估計(jì)

光伏發(fā)電設(shè)備本身存在不同程度的效率和損耗問(wèn)題，一般情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合效率約為：85%。

（4）發(fā)電量實(shí)際計(jì)算

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，實(shí)際電量估計(jì)隨著設(shè)備使用年限的增加光伏板的效率也是逐漸下降的，一般參照系統(tǒng)運(yùn)行25年電能輸出總衰減20%平均值計(jì)算遞減。以一萬(wàn)千瓦的安裝容量計(jì)算，建設(shè)完工后全年的發(fā)電量約為：961 kwh（即廣東某個(gè)地區(qū)的年平均利用小時(shí)數(shù)，但各縣市會(huì)有差異）。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電單位造價(jià)及分析

3.1 估算造價(jià)情況：根據(jù)某企業(yè)推進(jìn)的金太陽(yáng)項(xiàng)目的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合廣東地區(qū)的情況，初步估算了項(xiàng)目的投資費(fèi)用，單位千瓦投資約為：1.201萬(wàn)元。

3.2 初步經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)：

電價(jià)計(jì)算備注：1）2013年6月以前，上網(wǎng)電價(jià)按1元/kwh執(zhí)行；2）“金太陽(yáng)”項(xiàng)目是將太陽(yáng)能電量用于企業(yè)自發(fā)自用，可以并網(wǎng)平衡但不上網(wǎng)；3）國(guó)家目前的新的思路是（見附件國(guó)家能源局6月發(fā)的《關(guān)于補(bǔ)充分布式光伏發(fā)電規(guī)模化應(yīng)用示范區(qū)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)方案的通知》：光伏發(fā)電的自發(fā)自用和多余上網(wǎng)電量部分均執(zhí)行同一補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，多余上網(wǎng)電量的單位電量收益為當(dāng)?shù)孛摿驑?biāo)桿電價(jià)加上補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)（細(xì)則未出臺(tái)）。

4 廣東地區(qū)光伏發(fā)電的發(fā)展思路及初步規(guī)劃設(shè)想

根據(jù)國(guó)務(wù)院最近頒發(fā)的國(guó)發(fā)〔2013〕24號(hào)《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》，意見明確要“大力開拓分布式光伏發(fā)電市場(chǎng)。鼓勵(lì)各類電力用戶按照“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)，電網(wǎng)調(diào)節(jié)”的方式建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。而廣東屬沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，用于大量的廠房屋頂資源，完全有利于進(jìn)行光伏發(fā)電的綜合開發(fā)利用。

作為電網(wǎng)公司，不管從提高清潔能源結(jié)構(gòu)比例上考慮，還是從響應(yīng)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略上考慮，都應(yīng)積極探討太陽(yáng)能光伏發(fā)電在實(shí)施中將要遇到的各種問(wèn)題，完善光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)，真正使太陽(yáng)能這種清潔的能源利用得到快速發(fā)展，為人類做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見

[2]國(guó)家能源局. 太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃

[3]王民浩. 太陽(yáng)能發(fā)電工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[4]日本太陽(yáng)光發(fā)電協(xié)會(huì). 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工