世界各国对太阳能利用的现状、取得的成就
太阳能利用现状及对策
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中,各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点,在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下,有着非常独特的作用。
一、国内外太阳能利用概况
1.l国外现状
常规能源资源的有限性和环境压力的增加,使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年,国际光伏发电迅猛发展。1973年,美国制定了政府级阳光发电计划;1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投资达8亿多美元;1994年度的财政预算中,光伏发电的预算达7800多万美元,比1993年增加了23.4%;1997年美国和欧洲相继宣布"百万屋顶光伏计划",美国计划到2010年安装1000~3000MW太阳电池。日本不甘落后,1997年补贴"屋顶光伏计划"的经费高达9200万美元,安装目标是7600Mw。印度计划1998-002年太阳电池总产量为150MW,其中2002年为50MW。
国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展,光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止,世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦,电池转换效率提高到15%以上,系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电;在太阳热利用方面,由于技术日趋成熟,应用规模越来越大,仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破,目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。
1.2国内现状
煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源,开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代,真正快速发展是在80年代。在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4.5兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区,年销售约1.1兆瓦,成效显著。
(1)建成了40多座县、乡级小型光伏电站,光伏电池总装机容量约600kw,其中西藏最多,达450多kw;1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达100kw。
(2)家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计,至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台,光伏电池总功率约达2.9MW。
(3)在22所农村学校建立了光伏电站,光伏电池组件的总装机容量为57kw。
(4)1998年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线工程,有26个光缆通信站采用光伏电池作电源,其海拔高度多在4500m以上,光伏电池组件的总功率达100kw。
(5)1996年建成了塔中4--轮南输油输气管道阴极保护先伏电源系统,总功率为 40kw。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠,总长达300Km。
(6)1995年,63个国家重点援藏项目一西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电,共建成216套卫视接收站和* 套调频发射站光伏电池供电系统,总功率为300多kw。
二、西部太阳能应用概况
2.1自然资源
我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元。也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一,尤其是西藏地区,空气稀薄,透明度高,年日照时间长达1600一3400小时之间,每天日照6小时以上年平均天数在275--330天之间,辐射强度大,年均辐射总量7000兆焦耳/平方米,地域呈东向西递增分布,年变化呈峰型,资源优势得天独厚,应用前景十分广阔。
2.2能源状况
西部大部分地区能源极其匾乏,多年来坚持积极稳妥开发地热,努力推进太阳能利用,有计划、有步骤地更替油电,适当发展风力发电;因地制宜,多能互补,大中小结合,以中小型为主;电网建设与电源建设同步,建设与管理并重,开发与节能并举的方针,但人均装机容量和年发电量仍落后于全国平均水平。尤其是西藏地区,是全国发电量和人均用电量最小的省份。无电人口仍以酥油灯、柴油灯和蜡烛照明,有些家庭酥油灯已无力承担,学生在烧牛粪炉时的昏暗光线下做作业,极个别乡沿用老柴油发电机解决短时间照明。鉴此,既无资源建设水电站,火电又恐难发展,要依靠电网延伸把"光明"送到横亘遥远、居住稀疏的农牧民家中,其输变线成本令人咋舌。光明、能源成为老百姓多年翘首以待的夙愿,突出的电力瓶颈,成为西藏经济发展和社会进步的桎格,阻碍了人民生活水平的提高,影响了群众摆脱贫困,消除愚昧,治穷致富的步伐,是贫困落后的主要根源,勿庸置疑,利用太阳能光伏发电是解决这一问题重要而有效的途径。
2.3太阳能应用
处处阳光处处电。西部地区利用太阳能光伏发电在解决通信、广播、电视电源和无电人口用电等方面已经开始取得显著成效,曾成功地实施了"科学之光"、"阳光计划"、"阿里光电计划"等太阳能专项计划,成为全国第一个也是规模最大的实施太阳能专项计划的地区。以西藏地区为例:
2.3.1光伏电站
截止1999年,建成县级独立光伏电站7座,消灭了6个无电县,总装机容量450KWp,居全国第一,安多 100KWp光伏电站全国最大,双湖海拔 5100米跟踪式光电站世界最高。
2.3.2通讯电源
提供微波中继站光伏电源约达200KW以上;电话乡乡通电源100多千瓦;在兰西拉光缆通信工程西藏段附近600公里的工程中,应用光伏电源近100KW,光伏电池电源增量迅速。
2.3.3广播电视电源
在狮泉河、改则、门士煤矿等地建起约20余座以光伏发电作电源的卫星电视收转站和电视差转台,总装机容量约20KW左右。还有100多套广播电视用光伏电源系统100多千瓦。
2.3.4光伏水泵
西藏无水草场面积巨大,光伏水泵的潜在市场需求数量可观,很应用前景广阔,狮泉河、日土、改则、尼玛、扎囊等地建成6座光伏水泵系统,总装机容量2个多千瓦,除解决草场灌溉外,还解决了本地区的人畜饮水问题,结束了依靠人力背水的历史,极大的解放了劳动力。
2.3.5户用光伏电源系统
推广户用光伏电源l0-300W系统3万多套,总容量达60千瓦左右,既可供家庭独立固定使用,又能供游牧家庭使用,便携简便,安全可靠,性能优越,深受欢迎;山南昌珠多桑德庆村每户安装光伏电源40Wp,25户农牧民解决了照明、看电视、收听广播录音机的供电问题,被称为太阳村。
2.3.6学校光伏电站
近10所学校建成太阳能光伏电站,墨竹工卡唐家乡小学2KW光伏电站是国内最大的非晶硅光伏示范电站。西藏至今有600多所乡级学校尚未通电,均为寄宿学校,尽早解决学校供电问题和电化教学等,对提高西藏青少年一代的科学文化素质至关重要,是今后光伏发电应用的重要方面。
2.3.7边防哨所光伏电源系统
西藏多数边防哨所无电,有20多个边防哨所安装光伏电源系统,解决照明、看电视、听收录机及通信的供电问题,每座功率为1~2KW,极大地改善了边防官兵的工作生活条件。
目前,西藏已在7个县建成10-100KW规模较大的县级太阳能光电站,全区各类太阳能光电设施容量超过2MW,推广太阳能热水器8.5万多平方米,太阳灶9.l万台,太阳能采暖房、温室、牛羊暖圈等18万平方米,是全国太阳能应用率最高、应用面和规模最大、用途最广泛的省份。
3 存在的主要问题
我国有9亿多人生活在农村,l.2亿人口没用上电15-8%的人口未解决清洁饮水;约4000万人生活在贫困线以下。由于农村燃料等能源短缺,利用水平低,造成森林过度樵采,植被破坏,生态环境恶化,严重阻碍农村经济和社会的发展。面对压力,太阳能应用速度慢,力度小,还存在一定问题:
3.1对开发太阳能资源的战略意义认识不够
一是没有把发展太阳能完全纳入政府的议事日程;二是长期以来,太阳能项目没有常规能源建设项目那样的固定资金渠道或已有的资金渠道不畅。从观念看,是对开发推广太阳能可以减少或替代常规能源和实施可持续发展战略的意义认识不足。
3.2缺乏完整的激励政策
政府支持是发展太阳能的关键,也是太阳能产业发展的初始动力。目前缺少有利于太阳能产业发展和刺激广大居民应用光伏电源装置等新能源设备的激励政策。
3.3投人力度不够
长远规划,缺少资金支持,对太阳能进入市场的全面影响是难以预测的。部分省市自治区对扶持推广太阳能实行专项补贴,使太阳能得到有效推广。但由于投入过少,分散,尤其是光伏电池等关键原器件,大部分遗稿进口,造成太阳能成本高,群众购买力有限,太阳能的成熟技术很难尽快大规模推广应用到无电群众中去。
4 太阳能推广对策
目前我国开发应用的各类新能源和可再生能源年提供相当于3亿多吨标准煤,对促进国民经济发展和满足广大农村和边远地区人民生活的能源需求起到了重要作用。特殊的地缘,西藏的广大农牧民视光伏电源系统是他们多年企盼的"点灯不用油、娱乐有节目"的法宝,太阳能光伏系统确实有潜力为农村和边远地区提供非联网电力,其成本低于外地运燃料或延伸输电线路的成本。因地制宜,大力开发利用太阳能等新能源,把它们转化为高品位的电能,提供照明、广播电视、通讯、水泵等动力能源,对促进脱贫致富,经济和生态环境协调发展,实现小康具有重大意义。为进一步搞好太阳能光伏电源系统的推广应用,建议采取如下一些措施:
4.1提高太阳能应用地位
西部地区要加强太阳能应用推广工作,切实加强领导,把太阳能推广应用工作纳人政府重要的议事日程,把太阳能推广应用作为重要的一项能源政策,纳入国民经济建设总体规划之中,列入政府的财政预算。
4.2加大投人,加快太阳能应用步伐
太阳能在西部的推广应用,具有重大的政治和社会效应,太阳能的发展仍处初期,产业未形成规模且获益能力低,尚不具备市场竞争的能力,国家应对太阳能应用加大投入,保证资金,组织安排多个不同模式的、连片的光伏电源系统的应用示范及光电站建设。
4.3制定优惠政策,促进产业发展
建议政府和地方制定有关减免税收、价格补贴和奖励相结合的优惠政策,通过给用户以一定比例补贴的办法,鼓励广大无电农牧民采用户用光伏电源系统解决自己的生活用电问题,逐步引导老百姓转变观念,克服等靠要思想,提高自我发展意识,加快解决无电户的步伐,最终促进产品进入市场,逐渐形成地方优势产业。
4.4扩大交流,开展国际合作
多渠道、多形式地开展国际合作,争取更多的国外资金和设备用于推广太阳能,充分利用当今国际开发太阳能的热点,切实抓住西部大开发的良好机遇,主动出击,创造条件,进一步拓宽合作领域,加强联合,促进国内外社团、企业家和个人在西部投资,创办新能源实体。在有条件的地区,本着可持续发展的战略思想,建设兆瓦级太阳能光电站。
4.5制定长远规划,综合开发利用
建议政府制定太阳能推广长远规划,尽快实施太阳能屋顶计划,结合西部地区实际,采取风光互补、小水电与太阳能互补,户用光伏电源系统、太阳能路灯、太阳能与建筑结合等多种形式,独立系统与并网双通,综合开发应用太阳能。在继续抓好国家光明工程、乘风计划、邮电和广播电视村村通计划实施的同时,加快西部区域的科学之光、阿里光电计划的实施。
草场不忘阳光提水的福音,人民渴望光伏发电的思惠。大力推广应用太阳能,提高新能源在能源结构中的比重,是西部地区新世纪和可持续发展的必然选择。逐步改变农牧民由于没有电,日出而作,日落而息,科技文化落后,经济不发达,远离现代物质文明,过着近乎与世隔绝的生活状况,尽快使他们脱离"黑暗",用上电灯,看上电视、听到广播,有利于西部地区的社会稳定、民族团结、经济发展和社会进步,早日缩短与现代社会的距离,步入新时代。
欧洲各国都在开辟通向持久能源的道路,影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠。可再生能源技术在这些方面都有较大优势。它对环境的影响最小,可替代部分常规能源,增加能源供应的安全性和可靠性;它要求较大的设备投资,创造了更多的就业机会,有助于经济增长。</P>
<P>在欧洲大部分地区,环保的考虑推动着替代能源技术的开发。太阳能被公认为是一种极好的替代能源,它的利用有助于降低二氧化碳的排放和环境保护。很多国家,如丹麦、芬兰、德国和瑞士都认为气候变暖是推动太阳能研究、开发、展示和销售活动的主要因素。</P>
<P>在很多国家中,一个值得注意的倾向是资助转向光伏(PV)技术的开发和商品化。这反映一种较为普遍的观点,即从长期角度来看,光伏投资的回收率将高于主动和被动太阳能热利用技术,比利时就是一个明显的例证。</P>
<P>在很多欧洲国家中,研究开发重点转向太阳能工业和大学,政府特别资助那些本国工业感兴趣和有专长的领域,使其有助于创造就业机会,培育经济增长点。</P>
<P>在很多国家,由于实行小政府政策,太阳能技术的政府鼓励计划就很难实行了。可是有些国家仍然利用鼓励办法来促进太阳能技术发展。在奥地利,联邦、省和某些地方对太阳能装置提供直接的财政资助和鼓励;在芬兰,公司可以申请政府给予新太阳能装置高达总成本35%的补助,而家庭可申请20%的补助。</P>
<P>丹麦政府对安装太阳热水器的补助按照在标准状况下节能的多少来计算。目前补助金按每年节能每千瓦时3克朗(0�52美元)计算,它相当于总安装成本的10-30%。太阳热水器在丹麦相当普及,预计2000年后将不再需要补助了。</P>
<P>其它还有一些补助的方式,如比利时对公共建筑改造的资助,德国和其它国家的减税和折旧补贴等。</P>
<P>尽管受到常规能源低价的影响,在欧洲很多国家中,太阳能装置市场仍然持续增长。虽然太阳能公司的数量减少了,但保留下来的公司却趋向于更强大,更能抵御市场的波动。在某些国家实行的电力公司私有化可能提高他们把太阳能装置推向市场的兴趣。在奥地利等国,自己动手建造集热器的活动促进了主动太阳能装置的发展。</P>
<P>在丹麦有十几家公司生产主动太阳能加热装置,其中两家占有市场的大部分份额。其中Marstal太阳能供热厂(目前世界最大的平板太阳能加热装置生产厂)为Aeroe岛上的Marstal镇1250户5000居民提供区域供热,8000平方米太阳集热器阵列与2100立方米的储热水箱相联,6、7、8月间可100%由太阳能供热,全年能供给全区热需求的12�5%。现在正在计划扩大Marstal供热厂,以便能供应该镇全年大部分热需求。自1987年以来,丹麦每年安装的太阳能加热装置一直在增加。在80年代后期,每年安装的太阳能加热装置只有2300套,1996年已增加到4000套,约40000平方米集热器。丹麦生产的太阳集热器,除少量出口到德国和瑞典外,大部分都在国内销售。</P>
<P>挪威已安装70000多套小型光伏装置,每年安装约5000套。大多数装置是为偏远小镇、山区和沿海地带度假旅社供电用的。典型的装置一般为50-60峰瓦。</P>
<P>芬兰人每年也购买几千套小型(40-100瓦)光伏装置,用于消夏小屋。国家石油公司Neste对进一步开发太阳能发电有着强烈的兴趣,重点为建筑物薄膜光伏组件、蓄电池和成套装置。</P>
<P>此外,有些国家在高性能窗、太阳热水器、储能装置、透明隔热材料、日光照明和与建筑物结合的光伏装置等产品的商业化方面进行努力。</P>
<P>欧洲国家继续看好被动太阳能技术。一些国家集中力量开发利用先进透明装置的节能窗。法国和意大利在开发电致调光的透明装置。法国的研究人员估计,这种技术每年可为南部地区节约高达45%的能源需求。</P>
<P>法国的太阳能设计师们正在用绿色设计原则代替太阳能设计原则,就是要统筹考虑能源性能、安全材料的应用、日光照明、居住者的舒适和健康等因素。这种新的设计方法将被用来设计在Angers 的法国环境保护和能源管理署办公大楼。</P>
<P>人们对和建筑物相结合的太阳能装置和光伏装置兴趣越来越大。丹麦Toftlund的Brundtland中心是一座2000平方米的办公和展览大楼,它有一套先进的日光照明系统,其中包括装在外窗上的改变光线方向的百叶窗,反光天花板,中央阁楼朝南的透光窗,还装有光伏组件。</P>
<P>意大利正在开展使建筑物日光照明最佳化的研究,如改进控制系统,调节自然和人工光源,改进窗和遮光装置的特性和效率,改进人工光源的色效等。</P>
<P>在很多国家中,消费者对太阳热水器的兴趣正在增长,而且在技术和降低成本方面也有较大进展。</P>
<P>德国正在继续其1993年开始的太阳-2000计划,该计划的目的是促进大型建筑物使用的太阳能辅助中央供热系统。按照这个计划将在公共建筑物上安装多达100套大型太阳能辅助中央供热系统,并对它们进行监测。第一套这类系统已快建成。</P>
<P>德国计划开展一项建筑竞赛活动,用来促进与建筑物结合的光伏组件的革新。另一项工作是对2200套安装在住宅屋顶的光伏系统进行监测。</P>
<P>按照欧洲联盟的JOULE计划,法国、西班牙和德国合作正在巴塞罗纳附近建造一座新的Mataro图书馆试验建筑,该建筑将装上与建筑物结合的光伏-热组件。
1.光伏发电技术的兴起
20世纪90年代后期,世界上兴起一股“太阳屋顶”热。光伏发电技术发展较早的主要是日本、德国和美国,这些国家相继提出“1万屋顶”、“10万屋顶”和“百万屋顶”计划。近几年来,在发达国家已建造了相当发展水平的“零能房屋”,即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗,真正做到清洁、无污染。光伏发电技术代表了21世纪太阳能建筑的发展趋势,将太阳能建筑的发展推向一个新阶段。德国弗赖堡著名的“完全自足太阳房”(图7.1)就是一座完全依靠太阳能采暖、发电,而不依赖常规能源的零消耗建筑。
2.我国光伏发电技术的发展
粗略估计,我国现有建筑屋顶面积总计约400×108m2,假如1%安装光伏系统,可安装光伏发电装机容量3550×104~6620×104kW,年发电量287×108~543×108kW·h。我国荒漠化土地面积约264×104km2,其中干旱区荒漠化土地面积超过250×104km2,主要分布在光照资源丰富的西北地区。按利用我国戈壁和荒漠面积3%的比例计算,太阳能发电可利用资源潜力可达27×108kW,年发电量可达4.1×1012kW·h。
图7.1 德国弗赖堡“完全自足太阳房”
中国的光伏产业从20世纪70年代起步,90年代开始稳步发展,太阳能电池板及其组件的产量逐步增加。2000年以后国家电网公司为了加强对电网工程的控制,新发布了很多的管理方法,要求在管理上遵守电网工程建设的统一标准。2007年中国的光伏电池产量首次超过德国和日本,光伏电池的太阳能利用效率也逐步提高。我国2010年太阳光伏累计装机容量450MW,光伏产业复合成长率已达到38%。
现在,我国的光伏发电市场已经涉及广电部的村村通工程、产业部的光缆工程、林业部的森林防火通信工程和大漠地区光伏发电工程等众多领域。国家在“973”和“863”等重大项目中也将太阳能光伏发电的发展放到重要位置,2008年北京绿色奥运、2010年上海世界博览会的筹办也对太阳能光伏发电的发展产生了巨大的推动作用。
3.光伏发电系统介绍
太阳能光伏发电系统是一种新型的发电系统,它是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,使太阳光的辐射能直接转换为电能。太阳能光伏发电系统按照运行方式的不同,可分为独立运行的光伏发电系统和并网运行的光伏发电系统两种。独立运行的光伏发电系统要保持连续供电,需要有蓄电池作为电能的储存装置,主要用于电网不能到达的边远地区和人口分散地区,相对来说整个系统造价比较高;在有公共电网供电的地区,光伏发电装置与电网连接并网运行,省去蓄电池,大幅度减少投资,具有更好的运行效率和环保性能。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池(组)构成。
1)太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分,其作用是将太阳能直接转换成电能,供负载使用或存贮于蓄电池内备用。
2)太阳能控制器
太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压,快速、平稳、高效地为蓄电池充电,并在充电过程中减少损耗,尽量延长蓄电池的使用寿命;同时保护蓄电池,避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载,通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电(由于天气的原因,太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定)。
3)逆变器
逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成220V交流电,供给交流负载使用。
4)蓄电池(组)
蓄电池(组)的作用是将太阳能阵列发出的直流电直接储存起来,供负载使用。在光伏发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态,当日照量大时,除了供给负载用电外,还对蓄电池充电;当日照量小时,这部分储存的能量将逐步放出。
4.光伏发电系统的应用
目前我国光伏发电系统的应用,一方面以采用户用光伏发电系统和建设小型光伏电站为主,来解决偏远地区无电村和无电户的供电问题,为200万户偏远地区农牧民(即目前我国三分之一的无电人口)提供最基本的生活用电;另一方面,通过借鉴发达国家建设屋顶光伏发电系统的经验,在经济较发达、城市现代化水平较高的大中城市,在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公园、车站等公共设施照明系统中推广使用光伏电源,建设屋顶光伏发电系统。此外,还将建立大型的并网光伏系统,以便于为光伏发电成本下降到一定水平时而开展大型并网光伏系统应用活动做好准备。
1)户用光伏发电系统和小型光伏电站
户用光伏系统和小型光伏电站属于非并网光伏发电系统(独立系统),多用于我国广大无电贫困山区和贫困农村。自投入使用以来,运行可靠,发电正常,性能优良。例如,辽宁省建昌县贫困无电山区已经安装了353套独立家用太阳能光伏电源系统,太阳能电池组件总功率可达22650W。
此家用光伏电源系统包括直流系统和交流系统两大类。直流系统由太阳能电池组件及支架、控制器和蓄电池组三部分组成。交流系统比直流系统多一个逆变器,共由四部分组成。
白天,太阳能电池组件接收太阳光照输出电能,然后经过防反充二极管向蓄电池组充电;夜晚,直流系统经过控制器将蓄电池组输出的直流电供直流负载使用,交流系统则经过逆变器把蓄电池组通过控制器输出的直流电变换为交流电供交流负载使用。在此系统中,太阳能电池组件的功能是将太阳辐射能转换为电能;蓄电池组的功能是将太阳能电池组件输出的直流电加以储存;防反充二极管的功能是用以阻止蓄电池组通过太阳能电池组件放电;控制器的功能是对蓄电池组的过充电和过放电进行保护;逆变器的功能是将蓄电池组输出的直流电变换为交流电。图7.2为户用光伏发电系统。
图7.2 户用光伏发电系统
此外,我国在西北偏远地区(如青海、西藏、新疆、甘肃等地)还建立了一些小型光伏电站。由于特殊的地缘,光伏电站特别适合西部特殊的居住环境,特别是在青藏高原有着得天独厚的地理环境优势,大力开发利用太阳能新能源,将其转换为电能,既解决了部分无电人口的供电问题,又解决了边远地区的通信问题,促进了西部地区脱贫致富,使经济和生态环境协调发展。其中西藏成为我国光伏电站、光伏电池装机容量最大的省区,有效地改善了当地牧民们的用电紧缺现象,而在通信方面,微波通信中继站应用光伏电源达到700kW以上,小型光伏电站有1300个。
2)屋顶光伏发电系统
随着光伏应用技术的发展,世界各国普遍推出了相应的屋顶光伏计划。“九五”期间,我国国家科学技术委员会也开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划。图7.3为屋顶光伏发电系统。太阳能光伏发电系统与建筑物相结合,备受世界重视的原因是它存在以下几方面优点:
(1)不占用土地资源,这对于土地昂贵的城市尤为重要。
(2)可以原地发电,原地使用,减少了电力输送的线路损耗。
(3)降低了墙面及屋顶的温升,减轻了建筑物的空调负荷,降低了空调的能耗。
(4)取代和节约了昂贵的外饰材料(如玻璃幕墙等),使建筑物的外观统一协调,美化建筑环境。
(5)舒缓了高峰电力的需求,配备蓄电池后,还满足了安全用电设施的不断电要求。
图7.3 屋顶光伏发电系统
2008年奥运会的申办成功为太阳能利用提供了新的契机,国家计划将太阳能光伏发电融入奥运会建筑中,各奥运会建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术,我国政府对在奥运村及奥运会场馆中太阳能利用和建筑设计相结合进行了研究,并在奥运场馆及奥运村中应用,降低了建筑能耗,提升了城市的整体形象。
当今,诸多城市积极利用小型太阳能光伏电源,于道路、公园、车站甚至家庭安装了太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能路灯、市政交通及车位标识灯,这些灯造型新颖、美观大方、变化多样,而且经久耐用,融观赏性与实用性于一体,既不用拉电线、占用空间,还具有节能、环保、维护方便等优点,成为城市一道亮丽的风景线,为城市美化增添色彩。
3)大型并网光伏发电系统
并网光伏发电系统是光伏技术进步的重要标志,是未来太阳能光伏发电的趋势。光伏系统步入大规模发电阶段,意味着现在的能源结构将发生根本的变化,是人类社会利用能源的一场革命。图7.4为太阳能光伏电站。
图7.4 太阳能光伏电站
目前,在世界范围内,如美国、德国等发达国家已经开始建设了一批千瓦级并网光伏发电系统,又正在建设一批兆瓦级的光伏并网发电系统,甚至印度、菲律宾及非洲一些国家也开始建设大型并网光伏发电系统。
我国的并网光伏发电系统起步较晚,与上述国家相比,还有一段很大的差距。但我国已在深圳国际园林花卉博览园内建成了亚洲最大的太阳能并网光伏电站(图7.5),它在综合展馆、花卉展馆、管理中心、南区游客服务中心和北区东山坡都安装了太阳能光伏电站,电站总容量达1MW,并网光伏电站的年发电能力约为100×104kW·h,相当于每年可节省标准煤超过384t,减排粉尘约48t,减排灰渣约101t,减排二氧化碳超过170t,减排二氧化硫约768t,是真正的无污染的绿色能源。深圳国际园林花卉博览园1MWp太阳能并网光伏电站建成后,成为目前亚洲和我国总容量第一的并网光伏电站,同时也是世界上为数不多的兆瓦级大型太阳能光伏电站之一,填补了我国在大型并网光伏电站设计和建设上的空白,将成为我国并网太阳能发电史上的里程碑。
图7.5 深圳国际园林花卉博览园1MWp太阳能并网光伏电站
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中,各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点,在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下,有着非常独特的作用。
一、国内外太阳能利用概况
1.l国外现状
常规能源资源的有限性和环境压力的增加,使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年,国际光伏发电迅猛发展。1973年,美国制定了政府级阳光发电计划;1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投资达8亿多美元;1994年度的财政预算中,光伏发电的预算达7800多万美元,比1993年增加了23.4%;1997年美国和欧洲相继宣布"百万屋顶光伏计划",美国计划到2010年安装1000~3000MW太阳电池。日本不甘落后,1997年补贴"屋顶光伏计划"的经费高达9200万美元,安装目标是7600Mw。印度计划1998-002年太阳电池总产量为150MW,其中2002年为50MW。
国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展,光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止,世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦,电池转换效率提高到15%以上,系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电;在太阳热利用方面,由于技术日趋成熟,应用规模越来越大,仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破,目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。
1.2国内现状
煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源,开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代,真正快速发展是在80年代。在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4.5兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区,年销售约1.1兆瓦,成效显著。
(1)建成了40多座县、乡级小型光伏电站,光伏电池总装机容量约600kw,其中西藏最多,达450多kw;1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达100kw。
(2)家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计,至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台,光伏电池总功率约达2.9MW。
(3)在22所农村学校建立了光伏电站,光伏电池组件的总装机容量为57kw。
(4)1998年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线工程,有26个光缆通信站采用光伏电池作电源,其海拔高度多在4500m以上,光伏电池组件的总功率达100kw。
(5)1996年建成了塔中4--轮南输油输气管道阴极保护先伏电源系统,总功率为 40kw。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠,总长达300Km。
(6)1995年,63个国家重点援藏项目一西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电,共建成216套卫视接收站和* 套调频发射站光伏电池供电系统,总功率为300多kw。
二、西部太阳能应用概况
2.1自然资源
我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元。也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一,尤其是西藏地区,空气稀薄,透明度高,年日照时间长达1600一3400小时之间,每天日照6小时以上年平均天数在275--330天之间,辐射强度大,年均辐射总量7000兆焦耳/平方米,地域呈东向西递增分布,年变化呈峰型,资源优势得天独厚,应用前景十分广阔。
早在1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”,简称“光伏效应”。1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。
20世纪70年代后,随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展,这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达5.6×1012千瓦小时,相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势,20世纪80年代后,太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。
20世纪90年代后,光伏发电快速发展,到2006年,世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统,6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划,到2003年日本光伏组件生产占世界的50%,世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价,大大推动了光伏市场和产业发展,使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国,也纷纷制定光伏发展计划,并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。
世界光伏组件在1990年——2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期,发展更加迅速,1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%~13%提高到13%~15%,生产规模从1~5兆瓦/年发展到5~25兆瓦/年,并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。
2006年的光伏行业调查表明,到2010年,光伏产业的年发展速度将保持在30%以上。年销售额将从2004年的70亿美金增加到2010年的300亿美金。许多老牌的光伏制造公司也从原来的亏本转为盈利。
据预测,太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,可再生能源将占总能耗的50%以上,太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末,可再生能源在能源结构中将占到80%以上,太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
2015年7月初,浙江省东阳市横店东磁20.7兆瓦屋顶光伏电站项目通过了国家发改委的验收,作为温室气体自愿减排项目予以备案,今后可参与温室气体排放量的交易。
位于陕西科技大学教学楼顶的屋顶光伏电站,是目前国内高校装机容量最大的屋顶光伏电站,自2012年11月起开始建设至2013年2月正式并网发电,迄今已累计发电150多万度,累计减排二氧化碳1500多吨,年均发电量60多万度。
2015年12月2日,联合光伏公布,将收购总装机容量约20兆瓦的两个光伏电站项目,这两个光伏电站分别来自新疆维吾尔自治区五家渠市和河北省唐山市,预期分别于12月底及2016年第一季实现并网并投产。总金额不超过3.56亿人民币,将以内部资源及外部融资拨付。
1974年至1997年,美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级:从每瓦50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为,要使太阳能电站与传统电站(主要是火电站)相比具有经济竞争力,还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池,为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的8.3%面积(约8000平方千米)建成太阳池,为600兆瓦的发电机组供热。今年6月,亚美尼亚无线电物理所的专家宣布,已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机不是新的,而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机,装机容量仅100千瓦,但发电成本仅0.5美分/千瓦小时,效率高达40%—50%。
俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合,给太阳池附设冰槽等设施,设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计,一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池,便可满足其100平方米住房全年的用电需要。另一家研究机构提出了组合式太阳池电站的设计思想,即利用热泵、热管等技术将太阳能和地热、居室废热等综合利用起来,使太阳池发电的成本大大下降,在北高加索地区能与火电站竞争,并且一年四季都可用,夏天可用于空调,冬天可用于采暖。
对于淡水资源缺乏的国家来说,太阳池还有另一项不可多得的好处:据专家测算,在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳池,可为10吉瓦的发电机组供热,并可每年产淡水2立方千米。
在欧美一些先进国家,目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”,这是一种将太阳能转换硅片密封在(尤如夹层玻璃)双层钢化玻璃中,安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮,极大的促进了太阳能在新型建材产品中的应用。
在发展中国家,各国也在积极发展利用太阳能。如菲律宾早在九九年,政府已批出了首个太阳能计划,在澳洲政府“海外援助计划”的协助下,在全国263个社区安装1000个太阳能系统。目前菲政府正在推行全球最大太阳能应用计划,整个计划耗资4800万美元,是目前为止世界上最庞大的太阳能计划。太阳能发电计划共分两期,受惠的除了民居外,还包括25个灌溉系统、97个净水及分配系统、68间学校和社区中心,及35间诊所。
由此看来,全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前,包括到太空去收集太阳能,把它传输到地球,使之变为电力,以解决人类面临的能源危机。随着科学技术的进步,这已不是一个梦想。由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站,最近将在太空组装,不久将开始向地面供电。
在我国,太阳能的利用也一直是最热门的话题,经过多年的发展,国内在集热器(含太阳能热水器)已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元,其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划,将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究,建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地,该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体,一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力,填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白,并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析,国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚,尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平,整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明,国内目前仅建有5个(单晶硅)太阳能电池生产厂,年产量约有4.5兆瓦(注:1兆瓦(MW)为1000千瓦),工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3%,比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍,我国太阳能电池平均转换效率不高,其主要原因是专用材料国产化程度低,如封装玻璃就完全依赖进口,低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求,科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。
目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持,国内已有多家企业涉足。北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一。于1998年在国内首家引进了76千瓦国际上先进的屋面太阳能发电系统,至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12千瓦时以上,可满足1个小康之家用电要求。该集团还与瑞士的 ATLANTIS公司合资组建了北京-阿脱兰太阳能科技有限公司,合资生产太阳能光伏发电组件和屋面发电组件两大系列、多个品种的光伏发电产品,并将这一世界领先的太阳能利用新技术引入了中国。
河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿(Piikington)太阳能国际有限公司在中国独家总代理,现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料,如德国凯米特化学制品有限公司的优质湿法玻璃层压设备、湿法灌浆液(封装介质)等。振海集团的基地于1999年11月已在我国率先安装了100多平方米的光电玻璃幕墙示范建筑物,现已竣工投入应用,其运行使用效果良好,已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。
太阳能集热管是清华大学的一项专利技术,经清华阳光公司的产业化生产,目前其年产量为世界第一,其产品性能为世界领先,清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置,用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产,目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂,每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管,预计这个项目的经营额再过3年将达到10亿元。
2008年的奥运会,北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口,“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念,计划奥运会场馆周围80%至90%的路灯将利用太阳能光伏发电技术;采用全玻璃真空太阳能集热技术,供应奥运会90%的洗浴热水。届时在整个奥运会期间,我们将看到太阳能路灯、太阳能电话,太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等等以一系列太阳能技术的应用。我们的生活将充满阳光!
100平米的屋顶可以安装5kw的家庭光伏电站,市场上的光伏系统价格在7-9元每瓦,也就是说安装5kw的话需要3.5-4.5万元。
光伏发电设备价格不同材质价格不同,有单晶硅的和多晶硅的,两者之间价格不同,单晶硅的要比多晶硅要好一些,发电效率高些。
注意事项:
从全国范围来看,太阳能光伏发电的成本是8-12元一瓦来计算的。比如说一个100平米的屋顶,可以做10千瓦,按照10元一瓦来算,最后总包的价格就是10万元。这个价格包括了设计、设备、施工并网等。具体的价格还是需要结合需求和装机容量来确定。
要看你是在什么地方,普遍利用小时数能达到1000小时以上。每平方米150W。
如果你自己买材料搭,大概是在3.5¥/W(不算人工费)。全套外包在5-7¥。大概算一下就是100平方米*150W*3.5=5.25万。
如果全部上网的话,大概每度电接近8毛,100平方米*0.15kW*1000小时*0.8¥=1.2万。
介绍
光伏电站,是指一种利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系,与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。光伏电站是属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目。
可以分为带蓄电池的独立发电系统和不带蓄电池的并网发电系统。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。现时期进入商业化的太阳能电能,指的就是太阳能光伏发电。