淺談城鎮(zhèn)化建設(shè)中的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

劉燕 李紅嶺

摘 要：隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，能源問題已成為當(dāng)今日益嚴(yán)重的問題。太陽能作為綠色能源，被廣泛關(guān)注。從太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)入手，闡明為何利用太陽能發(fā)電技術(shù)，如何利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，從光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成、分類和城鎮(zhèn)光伏發(fā)電的應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析，凸顯發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)在城鎮(zhèn)化建設(shè)中的重要性。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)化建設(shè)；光伏發(fā)電；建筑一體化

中圖分類號：TU18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0078-02

1 引 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)已成為一項(xiàng)重要課題。城鎮(zhèn)化的本質(zhì)是聚集。聚集指的是人口的聚集以及產(chǎn)業(yè)的聚集，通過聚集不斷擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展模式。

在城鎮(zhèn)化建設(shè)中，勢必會給這個地區(qū)帶來人員的大量集中，對能源的需求也會大大增加[1]。我國城鎮(zhèn)消耗的能源以電能為主，但電能的產(chǎn)生大多數(shù)以煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)型能源為主，這些傳統(tǒng)型能源會對環(huán)境造成污染，且原材料多在邊遠(yuǎn)省份，產(chǎn)生的電能需經(jīng)遠(yuǎn)距離直流輸電技術(shù)的支持。太陽能光伏發(fā)電作為可再生能源的一種，以其取之不盡用之不竭、無污染的優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛關(guān)注，它勢必會改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。如果把太陽能利用技術(shù)應(yīng)用在城鎮(zhèn)化建設(shè)中，前景是很可觀的[2]。

2 為何利用太陽能發(fā)電

2.1 太陽能資源豐富

太陽能資源豐富，太陽每秒鐘照射到地球上的能量高達(dá)80萬kWh，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012kWh，相當(dāng)于全世界能耗的40倍。太陽能電池以其獨(dú)特的優(yōu)勢，種類也越來越多，市場規(guī)模也在逐步擴(kuò)大[3]。

2.2 政策的支持

光伏應(yīng)用無處不在，光伏產(chǎn)業(yè)的研究已成為熱點(diǎn)，目前以建筑物為主體的光伏發(fā)電以更節(jié)省資源、土地等優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注，這種光伏發(fā)電與建筑物合體的設(shè)計將更有利于調(diào)配資源、配置建筑物的供配電系統(tǒng)。由于光伏發(fā)電屬綠色能源，雖然光伏發(fā)電成本較高、電價較高，但仍然不影響它的發(fā)展，我國相關(guān)法規(guī)在光伏發(fā)電項(xiàng)目上給予了非常大的支持，主要表現(xiàn)在電價的補(bǔ)貼。

2.3 無污染、清潔、可持續(xù)發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國工業(yè)化與城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，大氣污染成為難以避免的嚴(yán)重問題。近年來，我國空氣質(zhì)量改善緩慢，大氣污染物的排放總量長年居高[4]。

2.4 光伏建筑一體化是發(fā)展方向

光伏發(fā)電建筑一體化是將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到建筑的制冷、采暖、照明、家電、飲食等耗能活動中，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的各組成部分與建筑體有機(jī)結(jié)合。光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑的結(jié)合，不只是單純的附加，而是安全、環(huán)保、節(jié)能、美觀并且經(jīng)濟(jì)適用的總體要求，使光伏發(fā)電系統(tǒng)作為建筑的一種體系，納入基本的建設(shè)工程的程序。

3 如何利用太陽能發(fā)電

3.1 光伏發(fā)電概念

光伏發(fā)電是利用太陽光照射到半導(dǎo)體即光伏電池表面，其中內(nèi)部電荷的分布形態(tài)產(chǎn)生改變，進(jìn)而產(chǎn)生電動勢。光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)在于光伏電池。光伏陣列經(jīng)串并聯(lián)后構(gòu)成組合體光伏電池模塊，然后再經(jīng)過封裝保護(hù)構(gòu)成大面積的光伏電池板，光伏電池板與其他控制器件合起來最終就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)[5]。

3.2 系統(tǒng)分類

光伏發(fā)電系統(tǒng)可按并網(wǎng)型式分，可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)[6]。

獨(dú)立式光伏發(fā)電多用于偏遠(yuǎn)山區(qū)及野外，受特殊地理位置影響，所需線纜較長，供電可靠性較低，且線路損耗較大。

并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)可將產(chǎn)生的電能并入公共電網(wǎng)。該系統(tǒng)分帶蓄電池和不帶蓄電池。帶蓄電池的并網(wǎng)系統(tǒng)具有調(diào)度性，可根據(jù)負(fù)載需要考慮是否需要蓄電池備用電源，以防停電，還可根據(jù)需要選擇是否并入電網(wǎng)，常安裝在居民建筑中；不帶蓄電池并網(wǎng)光伏系統(tǒng)一般安裝在較大型的系統(tǒng)，投資大、建設(shè)周期長、占地面積大。目前，在光伏建筑一體化中，分散式的小型并網(wǎng)光伏發(fā)電具有明顯的優(yōu)勢。

3.3 系統(tǒng)組成

太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏陣列、蓄電池、逆變器、充放電控制器、負(fù)載和太陽跟蹤控制系統(tǒng)組成。

3.4 城鎮(zhèn)建設(shè)中的光伏發(fā)電

在城鎮(zhèn)化建設(shè)中，住區(qū)公共便民設(shè)施諸如路燈、綠化照明燈、廣告宣傳設(shè)施、手機(jī)充電站，道路交通設(shè)施諸如光伏道路等等都可使用光伏發(fā)電系統(tǒng)提供電能。

太陽輻射能量密度較小，且具有隨機(jī)性，將光伏發(fā)電作為輔助能源供電時，城鎮(zhèn)建設(shè)配套的光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)采用非儲能的屋頂發(fā)電分布式能源系統(tǒng)，光伏容量為變壓器安裝容量的20～30%，低壓側(cè)并網(wǎng)，基本可實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，不足的電能從電網(wǎng)獲取，應(yīng)盡量避免光伏發(fā)電系統(tǒng)反向給電網(wǎng)供電導(dǎo)致電能調(diào)度復(fù)雜化、繼電保護(hù)困難化。

對于白天光照強(qiáng)，但居民家用電器用電量少，需要電能少；晚上雖沒光照，但居民用電量明顯增加，所以應(yīng)采用帶儲能的并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)。白天將多余的電能儲存在蓄電池中，夜晚蓄電池釋放電能供負(fù)載使用，目前蓄電池多采用鉛酸蓄電池，其性價比越來越高。

在建筑物設(shè)計中，既要滿足光伏發(fā)電的功能要求，還要滿足建筑物的基本功能要求，主要考慮建在屋頂、墻面、遮陽臺、幕墻等外圍結(jié)構(gòu)。用建筑集成光伏組件不需要安裝額外的基礎(chǔ)設(shè)施，不占用土地資源，特別適合人口稠密的城鎮(zhèn)使用。此外，光伏建筑組件還可作為建筑物的裝飾，同時可降低屋頂與墻面的溫升，降低建筑室內(nèi)冷負(fù)荷。在未來的城鎮(zhèn)化建設(shè)中，太陽能建筑物會將實(shí)現(xiàn)電力的自給自足，是一大重要的發(fā)展方向。

4 結(jié) 語

城鎮(zhèn)化建設(shè)是我國現(xiàn)階段發(fā)展的重要方向，城鎮(zhèn)居民和企業(yè)的生存與發(fā)展離不開能源，作為綠色能源的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，具有減少環(huán)境污染、響應(yīng)國家號召、可持續(xù)發(fā)展的社會效益。隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開發(fā)的深化，它的效率、性價比將得到提高，光伏建筑一體化將得到更進(jìn)一步的應(yīng)用，必將推動城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]胡云巖，張瑞英，王 軍.中國太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2014，35（1）：69～72.

[2]黃茂啟.小型戶用光伏系統(tǒng)的設(shè)計與分析[D].昆明理工大學(xué)，2017.

[3]董有爾，蒙 宇，申甜甜，唐晉娥.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].山西大學(xué)學(xué)報，2013，36（1）：40～48.

[4]李 琳.光伏直流微電網(wǎng)系統(tǒng)在城市住區(qū)中的應(yīng)用設(shè)計研究[D].廣西大學(xué)，2017.

[5]惠 晶.新能源發(fā)電與控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：113～152.

[6]Musa T. Zarmai，N.N. Ekere， C.F. Oduoza， Emeka H. Amalu.A review of interconnection technologies for improved crystalline silicon solar cell photovoltaic module assembly[J]. Applied Energy，2015：173～182.

收稿日期：2018-6-5