什么是光伏发电?都可以用在哪些地方?
经常看时事新闻的人,对光伏发电应该多少有点了解,就是以太阳能转化电力的技术。近几年,我国光伏发电技术不断进步,现在不仅很多公共设施在用,还有很多企业厂房也安装了光伏发电系统。展宇·财富宝就是展宇新能旗下专注于小微工商企业的低压并网系统,有四种模式:产品包经销代理、合作开发、以租转售、合同能源管理。企业一次性投入之后,不仅能够通过光伏发电节约一部分电费,在运行过程中也不会产生有害物质,节能又环保。
太阳能电池是一种有半导体镀层的特种器件,能将照在太阳能电池板上的太阳光转变成电能输出,算是一种特别的小型电源。
目前太阳能电池的应用已不新鲜,海外常有以太阳能电池作电源的特种跑车竞赛活动,有些太阳能跑车的速度行程已类似轻型摩托。
太阳能电池作为飞机上的动力能源在海外也有试用,但对飞机重量的要求较高,属于特种机型类似人力飞机,暂时谈不上普及应用。
太阳能电池应用于建筑物的蓄电照明也有,就是成本太高,一般人烟稠密条件富裕的地区就不再用它。
国内对太阳能电池的应用比较罕见,几年前杭州市西湖曾有一条小型游船,顶部铺满了太阳能电池板,晴天可给蓄电池与电动机供电。
前年南京航空学院的一位老师也用过它,在自行车上加了顶棚,用太阳能电池给电动机供电,也许是国内最早的太阳能电动脚踏车。
由于太阳能电池成本较高,应用时需要较大面积与较好阳光,作为交通工具的能源供应又嫌功率太小,所以在车辆上的实际应用极少。
鉴于目前太阳能电池成本较高与应用时需要依赖阳光的特点,实际应用往往需要与蓄电池配合使用,而且最好是用于弱电场合。
虽说太阳能电池在动力机械的能源应用上希望不大,但以笔者的个人见解,太阳能电池还可在许多特别的场合加以发展与应用。
一、作为特种充电电源,用于海岛或高山上的无人气象台,这样的作法类似人造卫星的通讯,其长期使用的稳定性是不必说了。
二、作为特种充电电源,贴在半导体收音机上,有阳光就可以听广播,这对于常年不通车的物资贫乏边远地区来说是很实用的。
三、作为特种充电电源,贴在KO机或是手机上,可给电池进行慢性充电,大大延长电池的使用期,这作法不算太难类似计算器。
四、对于几个月才用一粒电池的手表或是壁钟,最好也贴上一小片太阳能电池片作为特种充电电源,彻底免去需要换电池的麻烦。
上述的作法都不难,但等待多年就是不见有这类产品面世;收音机自己改装还行,其他再精细的就比较麻烦,还是希望厂家有产品上市较好。
太阳电池应用的范围非常广,
可分为下列几项:
1、电力:大功率发电系统、家庭发电系统等。
2、通讯:无线电力、无线通讯等。
3、消费性电子产品:计算机、手表、电动玩具、收音机等。
4、交通运输:汽车、船舶、交通号志、道路照明、灯塔等。
5、农业:抽水机、灌溉等。
6、其他:冷藏疫苗、茶叶烘焙、学校用电等。
随著电子科技的快速发展,各种电子产品也是日新月异,其中通讯与资讯产品,更成为人类日常生活中,不可缺少的日常用品,诸如大哥大的手机、掌上型电脑与个人数位助理(PDA)等,这些电子产品都必须要有电源供应才能发挥功能。因为电池没电而英雄无用武之地的窘境,相信很多人都曾发生过,而这个问题即将在太阳能衣的上市后成为历史。
1、医院
医院作为能源消耗较高的公共服务机构,在未来的节能减排和降耗工作中面临很大的压力,积极探索绿色医院建设及发展模式,促进绿色建筑理念及节能降耗技术的科学运用尤为重要。
2、学校
学校天然具备安装光伏电站的优势:① 电站建在学校屋顶,相当于一个大的科普基地;② 学校拥有较广阔的屋顶,结构好,用电量稳定;③ 学校运营稳定,产权清晰,融资相对容易。
3、通信基站
通信基站数量多,分布范围广,而且必须保证一天24小时不断电。在没有接入分布式光伏,一旦遇到停电的情况,工作人员需要启动柴油发电机来保证临时供电,运维成本较高,如果加上分布式光伏发电系统,无论从实用性还是经济性方面,都具有极高的安装价值。
4、高速公路(非路面)
据悉,截至2020年底全国高速公路通车里程超过15万公里,光伏+高速公路已经得到广泛的应用,譬如山东、河北、湖北、江苏、浙江都有充分利用高速公路的空间资源,实现了光伏发电、交通运输、节能减排、道路养护的有机融合的案例。将高速公路作为光伏发电的新载体,引领了光伏产业的新潮流,打造了绿色高速的新形象,为后来的智慧公路做了很好的铺垫。光伏一般安装在高速公路的服务区、道路中间或两旁、隧道处或者直铺在公路上。
5、水厂(污水处理/净水厂)
根据住建部公布2020年4月的数据显示,全国累计超过4300座污水处理厂和5000座自来水厂,污水处理和自来水厂有着大面积的水处理水池,另外,污水处理厂污水处理年均耗电量比较大,安装光伏后有很大的经济效益;光伏发电项目利用污水处理厂的屋顶、沉淀池、生化池和接触池等处在其上面加装太阳能光伏板有着得天独厚的空间优势。另外,多数污水厂是地方国有企业,业务持续性有保障。
6、车棚/停车场
光伏车棚是一种与建筑相结合最为简易可行的方式,光伏车棚具备遮阳挡雨、吸热性好,还可实现光(储)充一体,为新能源汽车、电瓶车提供清洁能源,在工业园区、商业区、医院、学校等有着越来越广泛的应用。
7、光伏办公楼/商场/酒店/超市
办公楼和商场有制冷/热、电梯、灯光等很多用电设备,属于高能耗场所,有些屋面比较宽裕。光伏板在屋顶可以起到隔热的效果,在夏天可以减少空调的耗电。
8、光伏仓储/物流
仓储物流中心的自动分拣系统、配送系统、仓储温度控制系统等均需充足的电量供应。而仓储物流中心拥有面积较大的屋顶资源,非常适合安装分布式光伏系统。二者结合,将打造出绿色、智能的仓储物流基地。
9、工业厂房/园区
工业厂房是应用最广泛的、也是最多的工商业项目,工业厂房安装光伏电站可以利用闲置屋顶,盘活固定资产,节约峰值电费,余电上网增加企业收益,还可以促进节能减排,产生良好的社会效益。
随着光伏产业的不断发展,从光伏电站到光伏鱼塘,再从光伏幕墙到光伏背包,光伏发电的应用领域开始越来越广阔。而在所有的新模式与新应用中,光伏在交通领域掀起的热潮备受人们关注。
近日,广州地铁鱼珠车辆段5兆瓦光伏项目建设完成正式并网,这是目前国内规模最大的结合地铁交通的分布式光伏电站。据了解,该光伏项目位于五号线鱼珠车辆段内,在车辆段运用库、主检修库等共计约7万平方米的屋面安装太阳能光伏发电设备,采用自发自用,余电上网模式。预计项目年平均发电量能达到420万千瓦时,每年可替代1623.45吨煤炭消耗。此外,该项目发电将引入地铁线网,在满足车辆段全年用电的前提下,剩余部分供五号线使用,每年节约电费超过40万元。
“光伏+交通”前景广阔
广州地铁光伏项目的建成并网并不是个例,而光伏发电在交通领域的应用也只是刚刚开始。由于一般城市轨道交通配置有大面积停车场、车辆段、地面及高架车站、高架区间、地面出入口等,具有应用光伏发电系统的广阔空间,“光伏+交通”具备极大的市场潜力。而随着光伏发电应用模式的越来越多样化,各种“光伏+交通”项目已经屡见不鲜。
2017年12月,我国首个高铁沿线线下光伏发电项目正式启动,新建济南至青岛高速铁路沿线线下将建设光伏发电项目。
此外,还有上海虹桥、上海浦东、北京首都机场、深圳宝安国际机场等机场建设了光伏项目;青岛火车站、武汉火车站、北京南站等火车站也都安装了光伏发电项目。以上这些光伏项目不但建设在屋顶、地面之上,而且有的还安装在幕墙上。而光伏系统还可以安装在车辆,甚至是路面上。
2017年12月,国内首段光伏公路在济南投入使用,引起全民热议。光伏公路的现身让人们看到了光伏的广大应用前景,特别是在理想化的情况中,行驶在该路段的新能源汽车可以进行无线充电,这不但暗合了未来新能源汽车替代燃油汽车的发展趋势,而且对解决新能源汽车的续航问题提出了重要方案。
“光伏+学校”未来可期
7月12日,由某个公司投资、设计、建设、运营的新浜学校屋顶光伏电站首次面向媒体开放参观。这是国内首个采用无人机勘测加3D数字化实景建模设计的分布式光伏电站,也助力新浜学校成为上海市松江区首个使用绿色电力的校园。
上海市松江区新浜学校屋顶光伏电站掠影
截止2017年8月,全国高等学校有2914所,中小学近26万所,还有很多幼儿园、教育机构。学校天然具备安装光伏电站的优势:
① 电站建在学校屋顶,相当于一个大的科普基地;
② 学校拥有较广阔的屋顶,结构好,用电量稳定;
③ 学校运营稳定,产权清晰,融资相对容易。
“光伏+商场” 模式多样化
宜家将其在中国区的十多家门店屋顶集体打包,并带动67家供应链企业的屋顶,一起加入分布式屋顶光伏发电计划,他们选用的是汉能的薄膜发电技术。宜家可提供的屋顶单体面积不大,在已建成的9座屋顶电站中,规模最大的宜家天津店只有0.6兆瓦,规模较小的沈阳、大连店屋顶电站装机量不到0.25兆瓦。
什么是光伏:
太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电,简称“光电”。光伏发电系统由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,因而发电设备极为精炼,可靠、稳定、寿命长,安装维护简便。与常用的火力发电系统相比,太阳能发电系统除了无污染排放外,还具有建设周期短和可利用建筑屋面的优势。
太阳能作为世界上最清洁的能源,目前有着广泛的用途。但由于质量、价格的限制,太阳能发电在国内的利用还处在低水平上,与中国的经济发展形成很大的反差。
8月1日,国家发改委公布了全国统一的太阳能光伏发电标杆上网电价,即2011年7月1日及以后核准的太阳能光伏发电项目(除西藏外),均按每千瓦时1元执行。不少业内人士认为,这是我国光伏发电产业发展的重要里程碑,光伏发电也将开始走上商业化的道路。
随着中国光伏发电产业的规模化发展,光伏发电在成本上一定会有所降低,预计在2014年左右会与传统电价持平并在此后低于传统电价。专家预测,随着我国对于光伏发电产业的扶持,在3到5年内,光伏发电有望进入到每家每户。
用途如下:
光热利用
它的基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置,主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器(槽式、碟式和塔式)等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同,而把太阳能光热利用分为低温利用(<200℃)、中温利用(200~800℃)和高温利用(>800℃)。目 前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖(太阳房)、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等,中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,高温利用主要有高温太阳炉等。
发电利用
清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。
1、光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽,然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换,后一过程为热—电转换。
2、光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能,它的基本装置是太阳能电池。
太阳能电池
【材料要求】耐紫外光线的辐射,透光率不下降。钢化玻璃作成的组件可以承受直径25毫米的冰球以23米/秒的速度撞击。
【装用的EVA胶膜固化后的性能要求】透光率大于90%;交联度大于65-85%;剥离强度(N/cm),玻璃/胶膜大于30;TPT/胶膜大于15;耐温性:高温85℃、低温-40℃;太阳电池的背面,耐老化、耐腐蚀、耐紫外线辐射、不透气等。
【用途】太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统,太阳能移动电源,太阳能应用产品,通讯电源,太阳能灯具,太阳能建筑等领域。
太阳能在2050年前可能将成为电力的主要来源,受助于发电设备成本大跌。IEA报告表示,2050年前太阳能光伏(PV)系统将最多为全球贡献16%的电力,来自太阳能发电厂的太阳能热力发电(STE)将提供11%的电力。
光化利用
这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。
光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。
植物靠叶绿素把光能转化成化学能,实现自身的生长与繁衍,若能揭示光化转换的奥秘,便可实现人造叶绿素发电。太阳能光化转换正在积极探索、研究中。
通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。巨型海藻。
燃油利用
欧盟从2011年6月开始,利用太阳光线提供的高温能量,以水和二氧化碳作为原材料,致力于“太阳能”燃油的研制生产。截止目前,研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产,其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准,无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。
研制设计的“太阳能”燃油原型机,主要由两大技术部分组成:第一部分利用集中式太阳光线聚集产生的高温能量,辅之ETH Zürich 自主知识产权的金属氧化物材料添加剂,在自行设计开发的太阳能高温反应器内将水和二氧化碳转化成合成气(Syngas),合成气的主要成分为氢气和一氧化碳;第二部分根据费-托原理(Fischer-Tropsch Principe),将余热的高温合成气转化成可商业化应用于市场的“太阳能”燃油成品。
太阳能的利用目前还不是很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。
人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外),虽然太阳能资源总量相当于人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。
太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
建设太空太阳能发电站的设想早在1968年就有人提出,但直到最近人类才开始真正将之付诸行动。日本可谓此项目的先驱者之一,该项目预计耗资210亿美金,发电量能达到十亿瓦特,能供29.4万个家庭使用。在太空建太阳能发电站,无论气候如何,均可利用太阳能发电,这与在地球上建立太阳能发电站的情况不同。
主要用在:
太阳能发电
行业。
光伏逆变器是
电力电子技术
在太阳能发电领域的应用,行业技术水平和
电力电子器件
、电路
拓扑结构
、专用处理器
芯片技术
、
磁性材料
技术和控制理论技术发展密切相关。
功率等级在200
瓦~500
瓦的
微型逆变器
,可方便地在幕墙、窗台、小型屋面上使用,在最近几年也成为一个细分市场热点。组串型光伏逆变器单相产品以
升压电路
+单相无变压器拓扑结构为主;组串型光伏逆变器三相产品以升压电路+三相三电平无变压器拓扑结构为主;电站型光伏逆变器以三相
桥式电路
拓扑为主,同时包括无变压器和有变压器两类。光伏逆变器重点关注以下技术指标:高效率:光伏逆变器的
转换效率
的高低直接影响到
太阳能发电系统
在寿命周期内发电量的多少。根据产品型号的不同,国际一流品牌的产品的转换效率最高可达98%以上。长寿命:
光伏发电系统
设计使用寿命一般为20
年左右,所以要求光伏逆变器的设计寿命需要达到较高水平。高可靠性:光伏逆变器发生故障将会导致
光伏系统
停机,直接带来发电量的损失,所以高可靠性是光伏逆变器的重要技术指标。宽
直流电压
工作范围:因为单块
太阳电池
组件的输出直流电压比较低,所以在实际应用中需要进行多块串联,得到一个较高的直流电压,再进行多组并联后输入到光伏逆变器。由于不同功率、不同电压的
光伏电池
、不同的串并联方案组合,要求对同一规格的光伏逆变器能够适应不同的直流电压输入。
所以,光伏逆变器具有越宽的直流电压工作范围,就越能适应客户的实际应用需求。
早在上实际50年代,人类就研究出了可以实用的太阳电池组件,但由于当时成本昂贵,主要应用于航天领域,随着科技的不断进步,目前太阳电池组件已经大规模应用于民用领域,并以其清洁、无污染等特点,受到了人们日益关注,是可再生能源开发利用的主力军。
光伏发电应用技术,目前,主要分为两种形式,即:
1、光伏离网应用:不需要依赖传统电网,可以独立运行的系统,主要由光伏电池组件、系统平衡部件—充放电控制器(逆变器)、蓄电池组成,此类系统包括几百瓦至上百千瓦的独立电站、以及小型离网独立应用系统,比如,太阳能家用电源以及太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等,
2、光伏并网应用
直接将光伏电池所发电能通过交—直流转换装置(逆变器)并入电网,较之上述光伏离网应用,具有成本低、利用效率高、容量不限等优势,是未来光伏发电应用的主要应用形式,目前主要分为:大规模地面并网光伏电站,屋顶光伏发电应用以及光伏建筑一体化等并网应用形式。
中文名分布式光伏发电
类别发电
采用光伏组件
作用将光能转换成电能
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特点分布式光伏发电具有以下特点:
分布式光伏发电一是输出功率相对较小。一般而言,一个分布式光伏发电项目的容量在数千瓦以内。与集中式电站不同,光伏电站的大小对发电效率的影响很小,因此对其经济性的影响也很小,小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。二是污染小,环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中,没有噪声,也不会对空气和水产生污染。三是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。但是,分布式光伏发电的能量密度相对较低,每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦,再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限,不能从根本上解决用电紧张问题。四是可以发电用电并存。大型地面电站发电是升压接入输电网,仅作为发电电站而运行;而分布式光伏发电是接入配电网,发电用电并存,且要求尽可能地就地消纳。[2]优势(1)输出功率相对较小一般而言,一个分布式光伏发电项目的容量在数千瓦以内。与集中式电站不同,光伏电站的大小对发电效率的影响很小,因此对其经济性的影响也很小,小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。[3](2)污染小,环保效益突出分布式光伏发电项目在发电过程中,没有噪声,也不会对空气和水产生污染。(3)在一定程度上缓解局地的用电紧张状况但是,分布式光伏发电的能量密度相对较低,每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦,再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限,不能从根本上解决用电紧张问题。解决方案应用场景分布式光伏发电系统应用范围:可在农村、牧区、山区,发展中的大、中、小城市或商业区附近建造,解决当地用户用电需求。解决方案分布式光伏发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。方案特点系统相互独立,可自行控制,避免发生大规模停电事故,安全性高;弥补大电网稳定性的不足,在意外发生时继续供电,成为集中供电不可或缺的重要补充;可对区域电力的质量和性能进行实时监控,非常适合向农村、牧区、山区,发展中的大、中、小城市或商业区的居民供电,大大减小环保压力;输配电损耗低,甚至没有,无需建配电站,降低或避免附加的输配电成本,土建和安装成本低;调峰性能好,操作简单;由于参与运行的系统少,启停快速,便于实现全自动。国家补贴政策《分布式光伏发电补贴政策》最新的分布式光伏发电补贴政策在国内部分地区相继出台,其补贴力度超过业内预期。其中嘉兴光伏产业园对建成的分布式项目给予每度电2.8元的补贴,在行业上下引起震动。在嘉兴之后江西、安徽等地关于个人分布式光伏电站补贴政策也先后出炉。新能源行业分析师认为,分布式光伏发电政策力度超预期,将有利于分布式光伏电站市场加速发展[4]。2013年6月18日举行的“2013长三角嘉兴投资贸易洽谈会暨嘉兴太阳能光伏产业投资推介会”上传出,嘉兴光伏产业园内建成的个人分布式项目将得到每度电2.8元的补贴,补贴三年,逐年下降5分钱。“平均下来,三年半就可以收回成本。”业内人士戏称,这下全国人民都要去嘉兴建分布式电站了。