离网光伏发电系统应用前景
离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能,通过太阳能充放电控制器给负载供电,同时给蓄电池组充电;在无光照时,通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电,同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电,通过独立逆变器逆变成交流电,给交流负载供电。
光伏行业发展趋势是:
1、产业规模持续扩大:由于光伏发电技术革新不断涌现、光伏产品成本持续降低,平价上网在全球绝大多数国家和地区指日可待,光伏发电成为各国重要的能源结构改革方向,包括中国、印度、美国、欧盟主要国家和沙特等能源大国纷纷宣布了大规模的新能源规划。
2、产品性能持续提升:技术进步仍将是光伏产业发展主题。2019年底,产业化生产的主流高效多晶硅电池转换效率将超过20%,单晶硅电池有望达到22.5%-23%,主流组件产品功率将分别达到285W和320W。单晶连续投料生产工艺和大容量铸锭技术持续进步;多晶硅片金刚线切割应用范围将会进一步扩大到30%,单晶硅片将完成金刚线切割的替代。
3、分布式光伏快速发展:分布式光伏具有安装灵活、投入少、方便就近消纳的优点,有利于解决我国发电与负荷不一致的问题,同时大幅降低传输损失,减少对大电网的依赖,并缓解电网的投资压力。
4、单晶硅电池市场逐步增大:随着光伏市场的不断发展,高效电池将逐渐占据市场的主导地位。根据中国光伏行业协会的预测,未来几年单晶硅电池市场份额逐步增大,2018年单晶硅片市场份额已经超过40%,2019年将超过一半,其中N型单晶硅片的市场规模也将逐年提升。
5、平价上网加速到来:随着政策支持和技术进步,我国光伏发电产业成长迅速,成本下降和产品更新换代速度不断加快,目前,用电侧在部分地区已可以实现平价,2019年1月,国家发改委、国家能源局联合发布的《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》,推进风电、光伏发电平价上网项目和低价上网试点项目建设。
在国际太阳能光伏发电市场的带动下,在《可再生能源法》及配套政策的支持下,我国太阳能发电产业快速成长,已经建立了较好的太阳能光伏电池制造产业基础,在技术和成本上形成了国际竞争优势。已经启动了大型光伏电站、光热电站、分布式光伏发电及离网光伏系统等多元化的太阳能发电市场。初步建立了有利于成本下降的市场竞争机制,太阳能发电成本实现了快速下降,具备了在国内较大规模应用的条件。
中国作为目前世界上经济发展最迅速的经济体,在光伏发电领域的技术和应用只是处于世界的下游水平。其中的主要原因是国内还没有掌握太阳能光伏电池所需要的多晶硅提纯技术,该技术被国外的大企业所垄断,因而国内生产太阳能光伏电池的成本很高。光伏发电的成本是一般发电成本的数倍,也因此造成无法广泛普及。 由于国际上对于太阳能光伏电池的需求日益庞大,越来越多国内企业成为光伏电池的OEM工厂,并且借此机会不断发展壮大。美国的新能源政策为国内光伏企业提供了一个发展良机,一些国内的行业龙头已经开始在美国成立承包光伏发电项目的子公司,积极进军当地光伏发电市场。
长期来看,中国再不广泛应用太阳能光伏发电技术,中国经济发展所遇到的能源问题将会越来越严重,能源问题必定成为中国经济发展的巨大障碍。中国是太阳能资源丰富的国家之一。中国有荒漠面积108万平方公里,主要分布在光照资源丰富的西北地区。1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列,每年可发电1.5亿度;如果开发利用1%的荒漠,就可以发出相当于中国2003年全年的耗电量。在中国的北方、沿海等很多地区,每年的日照量都在2000小时以上,海南更是达到了2400小时以上,是名副其实的太阳能资源大国。可见,中国具备了广泛应用光伏发电技术的地理条件。
中国政府在也出台了一些关于发展新能源的政策。其中以最近出台的《关于实施金太阳示范工程的通知》最为引人注目。该通知重点支持用户侧并网光伏发电、独立光伏发电、大型并网光伏发电等示范项目建设,以及硅材料提纯、并网运行等光伏发电关键技术产业化和相关基础能力建设,并根据技术先进程度、市场 发展状况等确定各类示范项目的单位投资补助上限。对并网光伏发电项目,原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助;其中偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助;对于光伏发电关键技术产业化和基础能力建设项目,主要通过贴息和补助的方式给予支持。
这一政策推动中国从光伏电池的代工工厂逐渐成为太阳能光伏发电强国。对于这一历史良机,国内光伏企业所面对同行的挑战其实更为严峻。只有不断地提升光伏产品质量,打通国内、国际销售渠道,才能更好地利用机会,将企业做大做强。
太阳能具有可再生和环保等方面的特点,这种优势让包括中国在内的许多国家将太阳能作为重点发展的新能源产业。 中国大陆光伏产品主要供应给欧美市场,国内市场份额很小。由于欧美各国市场需求的增大,我国光伏产业取得了快速的发展,最近5年的年均增长速度达到40%以上。在政策进一步加大扶持力度的背景下,未来光伏产业的增长前景将更为广阔。
光伏发电产业链从上游到下游,主要包括的产业链条包括多晶硅、硅片、电池片以及电池组件。在产业链中,从多晶硅到电池组件,生产的技术门槛越来越低,相应地,公司数量分布也越来越多。因此,整个光伏产业链的利润主要集中在上游的多晶硅生产环节,上游企业的盈利能力明显优于下游。
目前,中国大陆多晶硅生产获取的利润在最终电池组件产品利润总额中的比例最高,约达到52%;电池组件生产的利润占比约为18%;而电池片和硅片生产的利润占比分别约为17%和13%。
自2008年以来,多晶硅价格开始出现较大幅度的回落,到目前,国内多晶硅现货价格已由之前的500美元/千克回落至100-150美元/千克。2012年的数据是18~30美元/千克。
多晶硅产能扩张速度过快,而需求增长相对缓慢是导致价格下跌的主要因素。据iSuppi公司的预测,2009年,全球多晶硅供应量将翻一番,而需求的增长幅度仅为34%。因此,多晶硅的价格存在进一步下跌的可能性。iSuppi甚至表示,到2010年的时候,多晶硅现货价格将降至100美元/千克,这将大大降低多晶硅供应商的盈利能力。
多晶硅价格下跌将增厚电池片生产商的利润,不过,纯硅片业务也存在很大风险。不论是上游的多晶硅供应商,还是下游的电池片制造商,制造硅片都不存技术性难题。当上下游同时进军硅片业务的时候,硅片业务这一链条的利润受到大幅挤压。
我国光伏产业已经形成了比较完整的产业链,2009年中国内地多晶硅产量超过了两万吨,太阳能电池产量超过了4000兆瓦,连续3年成为全球太阳能电池的第一大国。
2010年5月,中国光伏产业联盟成立,吸引22家国内光伏骨干企业、行业协会及研究机构加入。中国光伏产业联盟以引导行业联合创新、推动应用、规范发展为核心,研究鼓励光伏产业发展的各项政策,加大对企业技术改造和产业升级的支持力度。中国光伏产业联盟将致力于整合产业资源、推进结构调整、转变发展方式,增强行业凝聚力,扩大国际影响力与竞争力。 全国31个省市自治区均把光伏产业列为优先扶持发展的新兴产业;600个城市中,有300个发展光伏太阳能产业,100多个建设了光伏产业基地;全球多晶硅产量20万吨,我国占近9万吨,却不掌握核心技术;产能巨大,国内市场总量却较低,严重依赖国际市场。这就是我国光伏产业的现状。
多晶硅利润巨大,众多地方政府、企业投资者一哄而上,产能扩张过快,一时间,“光伏基地”遍地开花。欧洲需求急剧降低,光伏组件价格跌幅超50%,风光一时的光伏产业迅速进入寒冬。 据光伏联盟秘书长王勃华介绍,2010年国内多晶硅产量是4.5万吨,今年将翻一番,达到9万吨。而同期需求仅增长了25%。前几年,全球太阳能组件需求一直以近乎100%的速度猛增。专家预测,原来预计2014年才到来的光伏行业整合期,将提前到来,2012年将是行业整合的高峰期。
光伏产业大量上马,除了企业投资者的逐利心态外,更有一些地方政府政绩焦虑作祟。作为新兴产业,大量吸引光伏企业投资,不但可以增加GDP,更可以获取城市经济发展的政治资本。“有的城市根本就不具备基础,没有条件,没有产业配套,就从头做起,完全不顾实际情况。”可再生能源学会副理事长孟宪淦说。
2011年将是光伏产业的转折年。从2011年5月开始,多晶硅价格急剧下降,从每吨70万元迅速下降到21万—25万元,跌幅近70%。专家分析,光伏行业产能与需求比已经从2010年的41∶16.7下降到63∶21。企业仓促盲目跟风上马,导致供需进一步失衡,价格持续下降,利润下降,从而导致部分企业出现经营困难,一些企业甚至开始停产、半停产。产能严重过剩却有大量投资者疯狂进入。
其实早在2009年,多晶硅就被定位为十大产能过剩行业之一。但由于当时的暴利和行业的红火,大量投资者疯狂进入,最终导致产能进一步过剩。在2010年后全国仍有100多家中小企业上马,这些企业目前多数亏损严重。
由于市场竞争加剧,规模较小的中小企业将被淘汰,行业大整合似乎已经不可避免。我国光伏产业发展快速,产能已处于绝对的世界第一,产业链也比较完善。但与发达国家相比,我国光伏产业在技术上还相差太远。光伏行业盲目建设、低水平重复、同质化竞争现象仍十分严重。行业景气指数较低,迫使国内光伏生产企业面临加快产品结构调整,提高产品质量,向高端领域发展的局势。 在气候变化和能源短缺的背景下,太阳能发电越来越受到投资者的追捧。2006年,全球250万千瓦的太阳能电池产量中,我国占到37万千瓦,超过美国,成为继日本、德国之后世界第三大太阳能电池生产国。
在太阳能电池生产企业较为集中的江苏,近两年此类企业如雨后春笋,成为促进地区经济发展的重要力量。记者走进无锡尚德太阳能电池生产车间,看到现代化流水线上,产品检验后迅速合成,一块纸巾大小的太阳能电池板市场价格达到100元。
无锡二泉太阳能科技有限公司是2006年投入1.5亿元建成的企业,今年供国外产品订单不断,2007年将完成15兆瓦产量,产销额达到4.5亿元,明年将完成100兆瓦产量,产销额突破30亿元。
不过,光伏产业骄人业绩的背后存在隐忧,主要是国内有产业无市场。无锡二泉太阳能科技有限公司董事长张二建告诉记者,该企业产品98%以上出口海外,国内需求不到2%。
不久前,中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会(CREIA)与绿色和平、欧洲光伏产业协会、世界自然基金会联合发布了《2007中国光伏发展报告》。这份由CREIA秘书长、国家发改委能源研究所副所长李俊峰等专家执笔的报告指出,近几年我国光伏产业迅速崛起,但产品绝大部分出口到国外市场。
为了实现能源和环境的可持续发展,德国、西班牙、日本等国家纷纷鼓励发展包括太阳能光伏在内的可再生能源。迅速增长的国际市场拉动了中国光伏产业的发展。由于生产成本较低,我国成为国外太阳能光伏产业生产基地。有人戏称,尚德等太阳能电力企业其实是在发洋财。 这个局面的出现,很大程度上是由于光伏产业的政策制约。在国内,光伏发电的应用主要集中于农村电气化和离网型光伏产品。由于电力部门尚未正式接受光伏发电上网,并网型的光伏市场没有真正启动。截至2006年,光伏发电累计装机仅为8万千瓦。
无锡尚德副总经理解晓南的看法在光伏产业界具有代表性:由于政策问题,国内市场不能很快启动,我们非常着急。
就现阶段而言,阻碍光伏推广的最直接因素是成本。过去30多年里,尽管光伏发电成本由每度5美元下降到0.5美元左右,但仍远高于常规电力。目前在一座别墅屋顶上装上一个每年可以发电3000度的太阳能发电厂,要花费15万-20万元。
由于光伏发电成本高昂,只能依靠政府支持。一些国家采取收购上网、财政补贴等政策来促进光伏产业发展。德国2000年颁布了可再生能源法,其主要特点之一是固定上网电价政策,电网公司必须全额收购光伏发电的上网电量;日本的政策倾斜体现为给用户补贴。
在我国,可再生能源法于2006年1月1日开始实施。这部法律对支持光伏发电等可再生能源列有专门条款,但很长一段时间内缺乏实施细则和配套政策。目前,业界正苦苦等待收购上网等扶持政策。
收购上网是指由电网公司按照光伏发电的成本加合理利润进行收购,多出的费用在全国消费者中均摊。专家透露,我国已开始征收每度电1厘钱的可再生能源附加费,并准备在上海等城市启动屋顶光伏发电计划。此外,国家将在一些公开招标的大型工程项目中要求电网公司收购光伏电力。
中国可再生能源学会理事长石定寰认为,国家的政策支持力度还应加大。从长远看,国内市场缺失会限制中国光伏产业的发展。要实现规模化生产,提高光伏产业的竞争力,必须建立和刺激国内消费市场。国内光伏产业已经做好准备,在技术研发等方面进行投资,但必须有稳定的政策保证这些投资可以获得相应回报。在各种可再生能源中,风能不稳定,生物质能资源有限,核能所需的铀矿今后也可能用完,而太阳能取之不尽。如果等到太阳能价格降到和化石能源差不多的时候再来发展,机会就错过了。
关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见
国家电网公司2012年10月26日召开服务分布式光伏发电并网新闻发布会正式发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》。分布式光伏发电分散接入低压配电网,允许富余电力上网,电网企业按国家政策全额收购富余电力由分布式光伏接入引起的公共电网改造,以及接入公共电网的接网工程全部由电网企业投资。
国家电网公司在京召开“服务分布式光伏发电并网电视电话会议暨新闻发布会”,向社会发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》,这是在我国光伏产品遭遇欧美双反调查,光伏产业发展面临巨大挑战的关键时刻,国家电网公司为促进国内光伏产业健康持续发展,向社会做出郑重承诺的标志性会议。
意见指出,按照“支持、欢迎、服务”分布式光伏发电发展的基本原则,国家电网公司从规划设计、技术检测、并网接入、计量收费、安全运行等全过程加强调查研究,积极采取措施,全力做好分布式光伏发电并网工作。在大量深入研究的基础上,组织编制了关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见(暂行)》、《关于促进分布式光伏发电并网管理工作的意见(暂行)》和《分布式光伏发电接入配电网相关技术规定(暂行)》等两个意见、一个规定。其中,《服务意见》对外发布,《管理意见》和《技术规定》作为公司内部规定,保证公司相关工作有效运转。 目前,大多数观点都认为中国的光伏产业面临的形势很严重,甚至有灭顶之灾。我们应该实事求地认识光伏产业。光伏产业并不像媒体所描述的是哀鸿遍野。因为,在2008年金融危机非常严重的情况下,全球光伏产业的装机容量增长了49%,而2009年、2010年光伏产业的装机容量的增长率都超过了70%。2012年上半年全球光伏装机容量增长了35%。这些都是在全球经济负增长的情况下取得的成就。这证明,第一,光伏市场是没有问题的。第二,光伏产业的发展方向没有错。实际上,光伏产品价格下降,是必然的趋势,光伏实现平价上网是光伏产业的梦想,也是光伏产业实现规模化发展的必要条件。只是,今天光伏产业的步子走得快了一点,光伏产品的价格降了下来,但光伏产业链还没有适应。
“用一年走完了五年的路”
综上,光伏产业的市场发展规模并未下降,发展方向也没有错误。那么,光伏产业究竟出了什么问题?
2003年制定《可再生能源中长期规划》时,我们申报的目标是到2020年光伏装机容量达到200万千瓦。我们希望到2020年,光伏电价会降到每千瓦时1.5元左右,到2030年,下降到每千瓦时1元左右。在2011年,光伏电价就降到了1.15元。光伏产业发展得太快了。我们把五年的目标用一年就实现了。我们走完了五年之后的路,之后将无路可走。借用网络上的一句话“走别人的路,让别人无路可走。”面对这样的现状,光伏产业必须要调整了,必须把握发展的速度和节奏。
光伏产业究竟应该如何面对目前的形势?
国际合作必须要进行
我们必须要正确看待光伏产业面临的国际贸易形势。现在反观欧美的光伏企业,在美国,除了第一太阳能公司(First Solar),其余的光伏企业基本上都破产了或面临破产在欧洲,几大光伏企业相继破产,剩余的也在苟延残喘。这些企业已到了非常困难的境地,甚至在反倾销申诉中,签名的企业都是名不见经传的小企业。
大家都要生存,有国家利益在其中,但更多的是企业利益。如果中国企业有一天也如此,我们的政府不站出来,我们会高兴吗?所以,中国的光伏企业不要意图做到惟我独尊、惟我独大,这是不现实的。中国的光伏企业需要和欧美的企业进行联合合作,来共同分享市场和技术等等。
光纤建筑
在“分布式能源”概念的驱使下,建筑物屋顶一时间已成为太阳能光伏业热捧的稀缺资源。“抢屋顶之战”的背后,是绿色能源支持政策不足和全民意识的严重缺失。光伏建筑一体化仍“钱”景不明、进退两难。
1.要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳电池,提高系统效率,必须设法提高逆变器的效率。
2.要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区,许多电站无人值守和维护,这就要求逆变器具有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并要求逆变器具备各种保护功能,如输入直流极性接反保护,交流输出短路保护,过热、过载保护等。
3.要求直流输入电压有较宽的适应范围,由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化,蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用,但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动,特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大,如12V蓄电池,其端电压可在10V~16V之间变化,这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作,并保证交流输出电压的稳定。
4.在中、大容量的光伏发电系统中,逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中,若采用方波供电,则输出将含有较多的谐波分量,高次谐波将产生附加损耗,许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备,这些设备对电网品质有较高的要求,当中、大容量的光伏发电系统并网运行时,为避免与公共电网的电力污染,也要求逆变器输出正弦波电流。
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工作原理
逆变器将直流电转化为交流电,若直流电压较低,则通过交流变压器升压,即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器,由于直流母线电压较高,交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V,在中、小容量的逆变器中,由于直流电压较低,如12V、24V,就必须设计升压电路。
中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种,推挽电路,将升压变压器的中性插头接于正电源,两只功率管交替工作,输出得到交流电力,由于功 光伏并网逆变器率晶体管共地边接,驱动及控制电路简单,另外由于变压器具有一定的漏感,可限制短路电流,因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低,带动感性负载的能力较差。
全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点,功率晶体管调节输出脉冲宽度,输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路,即使对感性负载,输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地,因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外,为防止上、下桥臂发生共同导通,必须设计先关断后导通电路,即必须设置死区时间,其电路结构较复杂。
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控制电路工作
上述几种逆变器的主电路均需要有控制电路来实现,一般有方波和正弦波两种控制方式,方波输出的逆变电源电路简单,成本低,但效率低,谐波成份大。正弦波输出是逆变器的发展趋势,随着微电子技术的发展,有PWM功能的微处理器也已问世,因此正弦波输出的逆变技术已经成熟。
1.方波输出的逆变器
1.方波输出的逆变器目前多采用脉宽调制集成电路,如SG3525,TL494等。实践证明,采用SG3525集成电路,并采用功率场效应管作为开关功率元件,能实现性能价格比较高的逆变器,由于SG3525具有直接驱动功率场效应管的能力并具有内部基准源和运算放大器和欠压保护功能,因此其外围电路很简单。
2.正弦波输出的逆变器
2.正弦波输出的逆变器控制集成电路,正弦波输出的逆变器,其控制电路可采用微处理器控制,如INTEL公司生产的80C196MC、摩托罗拉公司生产的MP16以及MI-CROCHIP公司生产的PIC16C73等,这些单片机均具有多路PWM发生器,并可设定上、下桥臂之间的死区时间,采用INTEL公司80C196MC实现正弦波输出的电路,80C196MC完成正弦波信号的发生,并检测交流输出电压,实现稳压。
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主电路功率器件的选择
逆变器的主功率元件的选择至关重要,目前使用较多的功率元件有达 小功率的光伏并网逆变器设计图林顿功率晶体管(BJT),功率场效应管(MOS-FET),绝缘栅晶体管(IGBT)和可关断晶闸管(GTO)等,在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET,因为MOSFET具有较低的通态压降和较高的开关频率,在高压大容量系统中一般均采用IGBT模块,这是因为MOSFET随着电压的升高其通态电阻也随之增大,而IGBT在中容量系统中占有较大的优势,而在特大容量(100kVA以上)系统中,一般均采用GTO作为功率元件。
光伏逆变器 并网逆变器 太阳能逆变器SolarMax的光伏逆变器规格全,既有小功率的组串逆变器,又有大功率的集中式逆变器,随着中国光伏发电市场的迅速发展,SolarMax逆变器必然会被越来越多的中国客户使用。