分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用前景

符亞杰

一、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

近幾年來，全球太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。2010年，全球光伏發(fā)電總裝機容量超過4000萬千瓦。2013年，全球光伏發(fā)電的新安裝量37.6GW。其中，23GW為屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，15.4GW為電力公用事業(yè)規(guī)模的光伏電站。2015年，國際能源協(xié)會下屬光伏電力系統(tǒng)項目研究小組（IEA-PVPS）發(fā)布一份名為《2014年全球太陽能市場回顧》的報告。報告顯示，2014年，全球新增光伏發(fā)電裝機容量為38.7GW，當前累計裝機容量至少達177GW。

2010年，我國大陸地區(qū)光伏電池產(chǎn)量達1000萬千瓦，占全球市場份額50%以上，到2010年底，全國累計光伏電池安裝量總計86萬千瓦，其中大型并網(wǎng)光伏電站共計45萬千瓦，與建筑結(jié)合安裝的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)共計26萬千瓦。2014年國家能源局公布光伏發(fā)電統(tǒng)計信息，光伏發(fā)電累計裝機容量2805萬千瓦，其中光伏電站2338萬千瓦，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)467萬千瓦。2015年3月20日國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)，2015年第一季度，全國新增光伏發(fā)電裝機容量504萬千瓦，其中，新增集中光伏電站裝機容量438萬千瓦，新增分布式光伏裝機容量66萬千瓦。2015年一季度光伏發(fā)電量約80億千瓦時。截至2015年3月底，全國光伏發(fā)電累計裝機容量達到3312萬千瓦，其中，光伏電站2779萬千瓦，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)533萬千瓦。

二、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理（并網(wǎng)型）

光伏發(fā)電是一種環(huán)保的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電方式。集中并網(wǎng)光伏電站和與建筑結(jié)合的分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電的主要利用方式。與建筑結(jié)合的分布式光伏發(fā)電最大的特點就是“就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用”，電站裝機容量一般在幾十千瓦，適合安裝于別墅、家庭、中小型廠房、醫(yī)院、學校等屋頂。

分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上分為兩大類，一類是獨立的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，另一類是并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，兩類系統(tǒng)最大的不同是獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)要有儲能的蓄電池，而并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)可以不配備蓄電池，直接將電能輸入就近的電網(wǎng)，省掉了對蓄電池儲能和釋放的控制過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。而且并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能作為本地交流負載的電源，降低整個系統(tǒng)的負載停電的概率。同時，光伏發(fā)電系統(tǒng)與公共電網(wǎng)并網(wǎng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。綜上所述，并網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)是太陽能發(fā)電的主要發(fā)展方向。

分布式并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是利用光伏組件半導體材料的“光電”效應(yīng)，在白天陽光充足時，由光伏組件將太陽的輻射能裝換成直流電能，通過控制器可將直流電能直接供給用戶直流負荷，也可將直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器輸出交流電供給本地交流負載，多余的交流電能輸送給電網(wǎng)，由雙向計量表計量賣出電量，當夜晚或陽光不足時由電網(wǎng)向用戶供電，雙向計量表計量買入和賣出電量。然后根據(jù)賣出和買入的電量結(jié)算電費。分布式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

三、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用面臨的問題

分布式光伏發(fā)電是極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉磻?yīng)用方式，也是我國未來重點推廣的電力生產(chǎn)方式之一。近幾年來光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平不斷提高、應(yīng)用成本顯著下降，2013年以來價格、財稅等一系列利好政策陸續(xù)出臺，使得我國分布式光伏發(fā)電具備了大規(guī)模發(fā)展的可能性。但是在具體實踐中，分布式光伏發(fā)電的推廣也還面臨著一系列的問題，突出表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.屋頂資源有限

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏組件一般安裝與建筑的屋頂，要求建筑物屋頂面積大，結(jié)構(gòu)好，承重力強。滿足要求的屋頂數(shù)量有限。而且屋頂?shù)某兄睾徒Y(jié)構(gòu)都是預(yù)先設(shè)計好的，能不能拿來安裝光伏組件還需要實地測量。而且各個屋頂?shù)那闆r不同，都需要一一實地測量，所以，項目之間可參考性不是很大，規(guī)?；茝V也就比較困難。

2.項目融資難，回報率低

目前分布式光伏發(fā)電主要采用“優(yōu)先自用，余電上網(wǎng)，全電量補貼”的方式，在設(shè)計光伏發(fā)電系統(tǒng)時選擇的容量以滿足用戶的需求為主，所以業(yè)主最主要的收益來自于用戶支付的自用電量電費。對于小型企業(yè)來說，用電量大，電價相對較高。比較適合建立分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，但是分布式光伏發(fā)電必須得到相關(guān)的財政補貼才能保證其有一定的經(jīng)濟回報率，而且它必須與電網(wǎng)并網(wǎng)才能實現(xiàn)其全部的發(fā)電效益和經(jīng)濟收益。其投資回報率一般在9-10%之間，資源稍好的地區(qū)應(yīng)該可以達到12%以上，但需7-8年才能回收前期投入資金，又面臨著前期投入資金較多、融資難、回收期長等困擾，所以全面推廣應(yīng)用還有困難。

3.政策配套難

對于分布式光伏發(fā)電來說，盡管國家已有明確的相關(guān)補貼政策，不少地方政府也出臺了各自的補貼政策，然而這些補貼政策在實際執(zhí)行的過程中常常由于部門協(xié)調(diào)不暢、手續(xù)繁雜、監(jiān)管不力等原因，執(zhí)行難以到位。主要表現(xiàn)在三個方面，第一地方政府政策實施細則難以確定，所以各地執(zhí)行效果有很大不確定性；第二，各方責任關(guān)系協(xié)調(diào)一致性有待提高，這需要經(jīng)驗的積累；第三，現(xiàn)有政策對電力用戶吸引不足，很多擁有優(yōu)質(zhì)屋頂資源的業(yè)主缺少參與積極性，導致屋頂資源稀缺。

四、分布式光伏發(fā)電的前景

雖然分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用面臨著很多問題，但是隨著分布式光伏發(fā)電技術(shù)水平的不斷提高、發(fā)電成本的不斷下降，國家和地方政策的不斷支持，人們環(huán)保意識的不斷增強，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將不斷擴大，預(yù)計在未來的若干年內(nèi)，分布式光伏發(fā)電將作為集中發(fā)電的一種重要的補充形式，應(yīng)用前景值得期待。

（作者單位：烏海職業(yè)技術(shù)學院電力工程系）