農(nóng)村光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析

李天驕

摘要 當(dāng)前，綠色環(huán)保、節(jié)能降耗已經(jīng)成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的主流，國家在“十三五”規(guī)劃中明確了“推動形成綠色生產(chǎn)生活方式，加快改善生態(tài)環(huán)境。堅(jiān)持在發(fā)展中保護(hù)、在保護(hù)中發(fā)展，持續(xù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的方向。筆者作為一名高中生，對電子電器非常感興趣，始終關(guān)注國家新技術(shù)、新能源的發(fā)展情況。2016年利于暑假機(jī)會，開展社會實(shí)踐活動，前往政府相關(guān)部門以及國網(wǎng)襄陽供電公司進(jìn)行采訪，對國家近幾年推行的能源替代項(xiàng)目之一：居民光伏發(fā)電進(jìn)行了了解和初步研究，深感利用好太陽能為民造福、綠色居家的必要性和緊迫性，在廣大農(nóng)村地區(qū)推廣光伏發(fā)電的重要意義和光明前景。

關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電；太陽能；發(fā)電系統(tǒng)

中圖分類號 TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）12—0101—02

1家庭光伏發(fā)電技術(shù)初探

家庭光伏發(fā)電是分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的一個子類，指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電裝置位于用戶附近，所發(fā)電能就地利用，以380/220V電壓等級接入電網(wǎng)。

1.1工作原理

光伏發(fā)電技術(shù)是以能量轉(zhuǎn)化為依據(jù)將太陽能輻射通過電光效應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)形式。光與電之間的轉(zhuǎn)化是依靠太陽能電池作為轉(zhuǎn)化裝置。太陽能電池主要是由半導(dǎo)體光電二極管組成，太陽能通過半導(dǎo)體光電二極管轉(zhuǎn)化成電能。

因此，當(dāng)多個太陽能電池串聯(lián)并聯(lián)在一起就會輸出大量的電能，太陽能電池具有永久性、清潔性和靈活性3大優(yōu)點(diǎn)。太陽能電池壽命長，與傳統(tǒng)意義上的發(fā)電形式進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，依靠太陽能產(chǎn)生能量的電池具有零污染的優(yōu)勢。

1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其主要設(shè)備的構(gòu)成為：

1）太陽能板。家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最為重要的組成部分就是能將太陽能轉(zhuǎn)變成電能存入蓄電池中的太陽能電池板。太陽能電池板是家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部件之一，其轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價(jià)值的重要因素是控制器。

2）蓄電池。蓄電池能將太陽能電池板轉(zhuǎn)化的電能存儲起來，作為電能存儲裝置。近年來，我國廣泛應(yīng)用的蓄電池類型是對環(huán)境污染較輕的鉛酸免維護(hù)蓄電池以及膠體蓄電池。適用于無人值守的穩(wěn)定型大型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3）逆變器。太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將家用太陽能發(fā)電所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。

4）并網(wǎng)設(shè)備。包括用于計(jì)量發(fā)電電能的并網(wǎng)電能表、斷路器、關(guān)口電能表及相關(guān)屬性設(shè)備。

1.3并網(wǎng)方案

分布式光伏發(fā)電與電力用戶在同一場所，發(fā)電量“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”，接入用戶側(cè)。分布式光伏發(fā)電與電力用戶不在同一場所情況，接入公共電網(wǎng)。

典型并網(wǎng)方案。適用范圍：本方案主要適用于220V（380V）電壓等級接入、全部上網(wǎng)的分布式光伏項(xiàng)目，公共連接點(diǎn)為公共電網(wǎng)380V線路，裝機(jī)總?cè)萘坎灰顺^8kW。當(dāng)光伏裝機(jī)總?cè)萘吭?kW～20kW時，采用380V電壓等級接入，參照本方案執(zhí)行。以下是以襄陽地區(qū)某縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的業(yè)主自建樓頂上，采用光伏組件與建筑屋面結(jié)合的方式，利用屋頂面積有36m²，安裝18塊標(biāo)準(zhǔn)功率為300W的薄膜光伏組件，根據(jù)業(yè)主申報(bào)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，所發(fā)電量主要供給業(yè)主自建4層樓房。

1）一次接入系統(tǒng)方案。業(yè)主用電所配變臺區(qū)，配變?nèi)萘繛?15kVA。光伏電站總?cè)萘繛?kwp，用戶新增1臺5kW逆變器，接入用戶單相表箱。接入系統(tǒng)方案，即（1）新增1臺5kW逆變器，置于業(yè)主樓頂光伏組件的附近；（2）發(fā)電單元通過逆變器以YJV-1kV 4×35/20m接入380V架空線公共電網(wǎng)，在通過公共電網(wǎng)JKLYJ-1kV1×70/150m接入×××街配變臺區(qū)低壓側(cè)，再通過變壓器并入電網(wǎng)。

2）二次接入系統(tǒng)方案。本方案應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置易于操作、具有明顯斷開點(diǎn)、可開斷故障電流的并網(wǎng)開斷設(shè)備，并網(wǎng)點(diǎn)的斷路器應(yīng)具備短路瞬時、長延時保護(hù)功能和分勵脫扣、欠壓脫扣功能，線路發(fā)生短路故障時，線路保護(hù)能快速動作，瞬時跳開斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

3）電能量計(jì)量方案。由于本次運(yùn)營模式采用余電上網(wǎng)，故除單套設(shè)置并網(wǎng)電能表外，還應(yīng)設(shè)置關(guān)口電能計(jì)量表。安裝位置并網(wǎng)電能表設(shè)置在并網(wǎng)點(diǎn)（并網(wǎng)開關(guān)的發(fā)電側(cè)），用于計(jì)量光伏發(fā)電項(xiàng)目總發(fā)電量，且能實(shí)現(xiàn)計(jì)量信息上傳；關(guān)口電能計(jì)量表設(shè)在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)，用于計(jì)量用戶與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量。

1.4接入手續(xù)

用戶選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的光伏生產(chǎn)設(shè)備和具備資質(zhì)的安裝單位，光伏發(fā)電設(shè)備和安裝費(fèi)用由用電客戶投資，接入引起的公共電網(wǎng)改造部分由湖北省電力公司投資建設(shè)。國家電網(wǎng)公司縣級客戶服務(wù)中心負(fù)責(zé)受理并網(wǎng)申請和組織驗(yàn)收、裝表、簽訂并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議和送電。

1.5電量電費(fèi)結(jié)算

建于用戶內(nèi)部場所的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，發(fā)電量可以全部上網(wǎng)、全部自用或自發(fā)自用余電上網(wǎng)，由用戶白行選擇，用戶不足電量由電網(wǎng)企業(yè)提供。上、下網(wǎng)電量分開結(jié)算，電價(jià)執(zhí)行國家相關(guān)政策。

2農(nóng)村光伏發(fā)展前景

分布式光伏發(fā)電憑借綠色環(huán)保、無損耗、無污染等優(yōu)勢作為21世紀(jì)主推的新能源得到國家和政府的大力支持和政策扶持，國務(wù)院2013年出臺了《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》、國家發(fā)改委下發(fā)《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》、國家能源局《關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》，財(cái)政部對光伏發(fā)電的政策性補(bǔ)貼也做了明確規(guī)定，作為新能源推進(jìn)的主導(dǎo)者

國家電網(wǎng)公司已經(jīng)制定了一系列技術(shù)規(guī)程、工作規(guī)范和管理制度，建立了完整的分布式電源受理、并網(wǎng)、運(yùn)作和結(jié)算體系，為農(nóng)村光伏的推廣應(yīng)用鋪平了道路。endprint

由于光能轉(zhuǎn)換的固有特點(diǎn)，太陽能電池板必須固定安裝在有較大室外面積的場地上，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的實(shí)施，城中村、棚戶區(qū)改造大力開展，城市居民今后主要以中高層小區(qū)建筑為居住地，再加上城區(qū)地域寸土寸金，城區(qū)居民在較長時間內(nèi)無法大量使用光伏發(fā)電，相反廣大農(nóng)村地區(qū)因地廣人稀，國家扶貧工程大力開展，農(nóng)民生活水平迅速提高，大分部農(nóng)戶都蓋上了2～3層小樓房，并擁有自己的小庭院，在地理特征上完全滿足安裝使用光伏發(fā)電的需要。

光伏發(fā)電既可以自發(fā)自用、多余電量還可以上網(wǎng)，由國網(wǎng)公司支付上網(wǎng)電量費(fèi)用、國家按電量給予補(bǔ)貼，更可以減輕農(nóng)民朋友的電能消費(fèi)負(fù)擔(dān)，有效提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，以襄陽地區(qū)為例，目前共有農(nóng)村居民戶103萬戶，若50%居民使用光伏發(fā)電，每年總發(fā)電量將達(dá)到26億千瓦時，占全市年用電量近25%，可節(jié)約92萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，少排二氧化碳達(dá)24萬噸、二氧化硫0.78萬噸、氮氧化合物0.68萬噸，同時為農(nóng)戶產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到26億元，利國利民，應(yīng)用前景可期。

3家庭光伏發(fā)電費(fèi)效分析

客戶在接受一項(xiàng)新的產(chǎn)品時、使用一種新的商品時，其性價(jià)比往往是關(guān)注的第一要素，我們以較常見的總功率8kW的光伏發(fā)電設(shè)備安裝使用為例計(jì)算其安裝費(fèi)用以及產(chǎn)生的效益。

設(shè)備購置及安裝，由用電客戶自行出資聯(lián)系廠家購買，安裝和調(diào)試一般由廠家免費(fèi)提供。并網(wǎng)相關(guān)設(shè)備以及手續(xù)辦理，國網(wǎng)公司是免費(fèi)上門服務(wù)。用戶投資主要集中在設(shè)備購置上，據(jù)國網(wǎng)公司有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，家用光伏發(fā)電平均的費(fèi)用成本為1萬元/kw，則8kW發(fā)電設(shè)備一次性的投入為8萬元。

發(fā)電效益：

年發(fā)電量：8×0.5×1987=7948（千瓦時）

年發(fā)電收入：7948×（0.42+0.5580）=7773.14（元）

投資收回時間：80 000/7 773.14≈10（年）

0.5是光伏發(fā)電效率，1987為襄陽地區(qū)年均日照小時，0.42元/千瓦時是國家對發(fā)電補(bǔ)貼，0.5 580為襄陽2016年低壓居民電價(jià)（第一檔）。

4推行的主要瓶頸及解決方案

通過以上分析，目前農(nóng)村地區(qū)推行家庭光伏發(fā)電的主要瓶頸在于前期投入較高，投資收回的時間較長，農(nóng)戶安裝使用的積極性不高，造成目前農(nóng)村地區(qū)家庭光伏發(fā)電推行用戶數(shù)量較少。

解決方案：

1）加快產(chǎn)業(yè)研發(fā)，采用新工藝、新技術(shù)，推出高性能的太陽能電池板，目前無論是單晶硅、多晶硅還是薄膜等電池，其光電轉(zhuǎn)換率至多為16%～17%，距國際50%左右的先進(jìn)水平還有較大的提升空間。

2）將國家對新能源的政策切實(shí)落地，地、縣、鎮(zhèn)各級地方政府要將光伏發(fā)電的推廣作為長期性的重要工作來抓，并與領(lǐng)導(dǎo)政績進(jìn)行掛鉤。

3）政府加以引導(dǎo)，以經(jīng)濟(jì)條件較好的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組為龍頭，批量購置、安裝發(fā)電設(shè)備，可有效降低用戶的平均投資成本，至少可節(jié)省30%的費(fèi)用。

4）多方扶持光伏發(fā)電，以分期付款等方式促進(jìn)設(shè)備購置，銀行、農(nóng)村信用社可以低息甚至無息貨款的方式，鼓勵農(nóng)戶購置、使用光伏發(fā)電設(shè)備。供電部門加快對光伏電源的驗(yàn)收和并網(wǎng)發(fā)電手續(xù)辦理，生產(chǎn)廠商提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)售后保修，可采用終身成本保修等方式，提高產(chǎn)品使用可靠性和使用壽命。endprint