光伏發(fā)電系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電系統(tǒng)01定義分類優(yōu)缺點(diǎn)歷史構(gòu)成應(yīng)用場(chǎng)景目錄030502040607光伏建筑一體化政策扶持世界光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)目錄0908基本信息光伏發(fā)電系統(tǒng)（photovoltaicgenerationsystem）,簡(jiǎn)稱光伏（photovoltaic）,是指利用光伏電池的光生伏特效應(yīng),將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。定義定義光伏,即光伏發(fā)電系統(tǒng),是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng),將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量來(lái)源于取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能,是一種清潔、安全和可再生的能源。光伏發(fā)電過(guò)程不污染環(huán)境,不破壞生態(tài)。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)和并光伏系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)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(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。歷史歷史海因里希?赫茲于1887年首次發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),阿爾伯特?愛(ài)因斯坦在1905年解釋了這一現(xiàn)象。光伏(PV)系統(tǒng)正是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng),直接將光轉(zhuǎn)換為電能。半導(dǎo)體的成分和光伏設(shè)備接收的有效太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)都會(huì)影響光伏設(shè)備的發(fā)電量(赫茲,1887；愛(ài)因斯坦,1905)。1954年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的3位研究人員研制出首個(gè)實(shí)用的“太陽(yáng)能電池”。該電池可將6％的入射太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能(Pedin,2004)。隨著研發(fā)不斷取得進(jìn)展,光伏裝置的轉(zhuǎn)換效率也隨之提高。分類并獨(dú)立分類獨(dú)立獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏陣列、蓄電池組、充電控制器、電力電子變換器(逆變器)、負(fù)載等組成。其工作原理是,太陽(yáng)輻射能量經(jīng)過(guò)光伏陣列首先被轉(zhuǎn)換成電能,然后由電力電子變換器變換后給負(fù)載供電。同時(shí)將多余的電能經(jīng)過(guò)充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中。這樣在日照不足時(shí),儲(chǔ)存在電池中的能量就可經(jīng)過(guò)電力電子逆變器、濾波和工頻變壓器升壓后變成交流220V、50Hz的電能供交流負(fù)載使用。太陽(yáng)能發(fā)電的特點(diǎn)是白天發(fā)電,而負(fù)載往往卻是全天候用電,因此在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能元件必不可少,工程上使用的儲(chǔ)能元件主要是蓄電池。并并光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、高頻DC/DC升壓電路、電力電子變換器(逆變器)和系統(tǒng)監(jiān)控部分組成。其工作原理是,太陽(yáng)輻射能量經(jīng)過(guò)光伏陣列轉(zhuǎn)換后,再經(jīng)高頻直流變換后變成高壓直流電,然后經(jīng)過(guò)電力電子逆變器逆變后向電輸出與電電壓相頻一致的正弦交流電流。以上兩種光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大區(qū)別就在于,并光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電相連接,因而光伏陣列的電量盈余與并聯(lián)電可以實(shí)行互補(bǔ),省去了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必需的蓄電池等儲(chǔ)能元件,不僅降低了系統(tǒng)成本,而且保證了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí),夏天太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大,光伏系統(tǒng)發(fā)電量多,可以對(duì)夏天電的峰荷起到調(diào)節(jié)作用。隨著近年來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用以及太陽(yáng)能電池組件價(jià)格的迅速下降,并系統(tǒng)無(wú)疑將得到更為廣泛的應(yīng)用。構(gòu)成太陽(yáng)能電池陣列電力電子變換器（逆變器）太陽(yáng)能蓄電池構(gòu)成太陽(yáng)能電池陣列用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元是太陽(yáng)能電池單體。它的尺寸為4~100cm2，工作電壓為0.45~0.50V，工作電流為20~25mA/cm2，因而不能單獨(dú)作為電源使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，需要將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)和封裝，形成太陽(yáng)能電池組件。它的功率可以從幾瓦到幾百瓦，可以單獨(dú)作為電源使用。太陽(yáng)能電池陣列則是將太陽(yáng)能電池組件經(jīng)過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)后并裝在支架上，它可以輸出幾百瓦、幾千瓦甚至更大的功率，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能產(chǎn)生器。太陽(yáng)能電池方陣的框架應(yīng)該盡量堅(jiān)固，要有足夠的硬度。同時(shí)重量要輕。安裝太陽(yáng)能電池方陣時(shí)要使用具有一定強(qiáng)度且有利于固定和支撐的金屬支架，在沙漠、沿海、極地、高山、風(fēng)口等一些地理環(huán)境比較惡劣或氣候條件比較復(fù)雜的地區(qū)，太陽(yáng)能電池方陣的支架要采用一些附加措施使其能夠承受大風(fēng)和冰雪堆積物的附加重量，避免因?yàn)樽匀坏?、人為的和一些大?dòng)物的破壞而坍塌。一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池方陣的安裝形式有以下三種:安裝在地面上、安裝在柱上、安裝在屋頂上。具體采用哪一種安裝形式又要受到一些具體因素影響，諸如可利用空間大小、方陣尺寸、采光條件、風(fēng)負(fù)載、視覺(jué)效果及安裝難度、破壞和盜竊問(wèn)題等。在上述幾種安裝形式中，首選的是安裝在地面上，因?yàn)樗哂泻?jiǎn)單易行的特點(diǎn)。而安裝在柱子上面的難度受電池板離地面高度的影響。而安裝在屋頂上的難度則由屋頂是否陡峭而定，在比較陡的屋頂上工作不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且非常危險(xiǎn)。在安裝過(guò)程中，尤其要避免對(duì)電池板電氣性能造成損傷，為此太陽(yáng)能電池板的表面應(yīng)該覆蓋，減小損傷的概率。還可以在光伏電站周圍修建圍墻，使動(dòng)物無(wú)法靠近設(shè)備．以此保證系統(tǒng)安全。同時(shí)，安裝的太陽(yáng)能電池板應(yīng)該面向中午的太陽(yáng)，而不要對(duì)著指南針的方向，這一點(diǎn)在相關(guān)資料中都有說(shuō)明。太陽(yáng)能蓄電池獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是依靠蓄電池來(lái)儲(chǔ)存多余的電能,因此蓄電池在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中占有重要地位。隨著太陽(yáng)能電池組件售價(jià)的下降,蓄電池的費(fèi)用在系統(tǒng)總投資中所占比重將會(huì)逐漸增加。另外,在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行中,由于蓄電池故障而影響系統(tǒng)正常工作的情況更會(huì)占有很大比例。所以,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),選擇適當(dāng)?shù)男铍姵仡愋?確定合適的蓄電池容量,精確地實(shí)施安裝、操作,精心維護(hù),對(duì)于獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行十分重要。目前光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池種類很多,其中應(yīng)用廣泛的主要有普通鉛酸蓄電池、堿性鎳鉻蓄電池和鉛酸免維護(hù)蓄電池三種。普通鉛酸蓄電池因?qū)Νh(huán)境污染較大且要求有一定的維護(hù),主要用在一些有維護(hù)能力的低檔場(chǎng)合使用。堿性鎳鉻蓄電池的待點(diǎn)是有較好的低溫、過(guò)充及過(guò)放性能,但缺點(diǎn)是價(jià)格較髙,一般用于較為特殊的場(chǎng)合。國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段使用最多的蓄電池為鉛酸免維護(hù)蓄電池,它的免維護(hù)特性使得其維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便、性能可靠,同時(shí)對(duì)環(huán)境污染較少,很適合用于對(duì)性能可靠性要求很高的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng),如無(wú)人值守的工作站等場(chǎng)合。電力電子變換器（逆變器）太陽(yáng)能電池陣列在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生的是直流電,然而日常生活中的常用負(fù)載大多需要以交流電源供電,如日光燈、電視機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇、空調(diào)等,絕大多數(shù)動(dòng)力機(jī)械也是如此。因此需要一種把直流轉(zhuǎn)換為交流的裝置,這就是逆變器。光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器是一種變流電路,其作用是把太陽(yáng)能電池陣列所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為各種不同要求頻率和電壓值的交流電。逆變具體又可分為無(wú)源和有源兩種,無(wú)源逆變是指直流電經(jīng)過(guò)逆變將能量直接供給負(fù)載使用,有源逆變則是指直流電經(jīng)過(guò)逆變向交流電源供電。直流變交流的必要性還體現(xiàn)在當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高或降低電壓時(shí),交流系統(tǒng)只需加一個(gè)變壓器即可,而在直流系統(tǒng)中技術(shù)與裝置就要復(fù)雜得多。因此,除特殊用戶外,在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。此外,逆變器還具有自動(dòng)調(diào)壓或手動(dòng)調(diào)壓功能,可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。顯而易見(jiàn),逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)、運(yùn)行可靠:即使在惡劣的環(huán)境和氣候條件下也可正常供電。、壽命長(zhǎng):晶體硅組件壽命通常在25年以上，非晶硅組件壽命通常在20年以上。、維護(hù)費(fèi)用低:建成后只需少量工作人員，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，相比較而言，常規(guī)發(fā)電站維護(hù)費(fèi)用很大。、天然能源:能源是取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能，無(wú)需能源費(fèi)用。、無(wú)噪聲污染:整個(gè)系統(tǒng)無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，不產(chǎn)生噪聲。、模塊化:根據(jù)需要選擇系統(tǒng)容量，安裝靈活、方便，擴(kuò)容很簡(jiǎn)便。、安全:系統(tǒng)內(nèi)無(wú)易燃物品，安全性能高。、自主供電:可離運(yùn)行，獨(dú)立供電，可不受公用電的影響。、分布式發(fā)電:可建設(shè)分散的光伏電站，減少對(duì)公用電的影響及危害。、高海拔性:在海拔高、日照強(qiáng)的地區(qū)，更能增加系統(tǒng)的輸出功率。（相比光伏發(fā)電高海拔地區(qū)，由于氣壓低，柴油發(fā)電機(jī)效率降低，輸出功率減少。缺點(diǎn)、初投資費(fèi)用高:由于初投資高，需進(jìn)行單個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估及多種方案比較。如果初投資減少，常規(guī)燃料成本上升，則光伏系統(tǒng)將更具有競(jìng)爭(zhēng)力。、日照不穩(wěn)定:天氣對(duì)任何太陽(yáng)能系統(tǒng)的功率輸出都有很大影響。氣候或場(chǎng)地條件變化時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也要隨之改變。、需儲(chǔ)能裝置（獨(dú)立系統(tǒng)）:光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)夜晚時(shí)，沒(méi)有陽(yáng)光不能發(fā)電，需增加蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備，從而增加了系統(tǒng)規(guī)模、成本及維護(hù)工作量。、效率有待改進(jìn):從投資的有效性出發(fā)，要求高效率的使用光伏系統(tǒng)資源。用戶須使用高效率的負(fù)載設(shè)備。、需技術(shù)培訓(xùn):光伏系統(tǒng)使用了很多人們不熟悉的新技術(shù)，因此，用戶在運(yùn)行光伏系統(tǒng)前，都需要經(jīng)過(guò)技術(shù)培訓(xùn)。應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)用場(chǎng)景除了傳統(tǒng)思維中的太陽(yáng)能電廠和分布式屋頂光伏,光伏還可以應(yīng)用于多種多樣的場(chǎng)景,比如建筑、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、公共設(shè)施、景觀建設(shè)等。這些復(fù)合和跨界模式一方面使得光伏建設(shè)項(xiàng)目在清潔發(fā)電的同時(shí)能夠兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)；另一方面,這種對(duì)空間高效集約利用的模式有助于新能源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目獲得建設(shè)所需的土地資源。在中國(guó)仲巴縣,這個(gè)縣城里所有的供熱都是由太陽(yáng)能來(lái)提供的。圖中左側(cè)黑色的那部分就是太陽(yáng)能集熱器（Solarcollector）,面積有3.5萬(wàn)平方米,就像我們平常用到的熱水器那樣,能夠把太陽(yáng)能變成熱能。它收集了熱以后,儲(chǔ)存在圖中那個(gè)彩色的罐子里。這個(gè)罐子可以24小時(shí)發(fā)熱,供給縣城的采暖。這是百分之百的太陽(yáng)能,完全零碳?！肮夥恋厣鷳B(tài)修復(fù)”據(jù)《聯(lián)合國(guó)防治荒漠化公約》統(tǒng)計(jì),全球處于超干旱以及干旱的土地面積約為平方千米,占全球陸地表面的17.2%。而且,每年沙漠的面積還在不斷擴(kuò)大。土地退化中和（LandDegradationNeutrality,LDN）和退化土地生態(tài)修復(fù)一直以來(lái)都是地球面臨的重要課題?；哪恋仉m然有待修復(fù),但也提供了大量的土地資源,因此,將荒漠化土地生態(tài)修復(fù)與光伏建設(shè)相結(jié)合將帶來(lái)多方面的收益?；哪系奶?yáng)能面板不僅可以供電,還可以減少地面受到的日照輻射和水分蒸發(fā)量。清洗電池板時(shí)噴灑的水分,提高了土壤表層的含水量,促進(jìn)了植被的生長(zhǎng)和恢復(fù)。光伏建筑一體化光伏建筑一體化在20世紀(jì)80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無(wú)電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開(kāi)始進(jìn)入一般單獨(dú)用戶、聯(lián)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識(shí)的日益增強(qiáng)，一些國(guó)家紛紛開(kāi)始實(shí)施、推廣光伏建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)。中國(guó)人口眾多，人口密度大，BIPV系統(tǒng)將建筑與光伏系統(tǒng)或光伏組件相結(jié)合，不僅可以節(jié)省光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積，而且可以降低其成本，符合中國(guó)的國(guó)情，因此在中國(guó)有很廣闊的發(fā)展空間。2021年6月，國(guó)家能源局綜合司下發(fā)《關(guān)于報(bào)送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）指出，中國(guó)建筑屋頂資源豐富、分布廣泛，開(kāi)發(fā)建設(shè)屋頂分布式光伏潛力巨大。開(kāi)展整縣（市、區(qū)）推進(jìn)屋頂分布式光伏建設(shè)，有利于整合資源實(shí)現(xiàn)集約開(kāi)發(fā)，有利于削減電力尖峰負(fù)荷，有利于節(jié)約優(yōu)化配電投資，有利于引導(dǎo)居民綠色能源消費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”與鄉(xiāng)村振興兩大國(guó)家重大戰(zhàn)略的重要措施。其中，項(xiàng)目申報(bào)試點(diǎn)縣（市、區(qū)）的黨政機(jī)關(guān)建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于50%。以光伏建筑一體化為核心的光伏并發(fā)電應(yīng)用占據(jù)了目前大部分的光伏市場(chǎng)份額。光伏建筑一體化有以下一些優(yōu)點(diǎn):建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要另占土地；能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)、省去輸電費(fèi)用；光伏陣列可代替常規(guī)建筑材料，節(jié)省材料費(fèi)用；安裝與建筑施工結(jié)合，節(jié)省安裝成本；分散發(fā)電，避免傳輸和分電損失(5％～10％)，降低輸電、分電投資和維修成本；使建筑物的外觀更有魅力。此外，在經(jīng)常為斷電而煩惱的地方，建筑物的光電系統(tǒng)可以成為一個(gè)可靠的電源。世界光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)世界光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)伴隨著可持續(xù)發(fā)展意識(shí)在世界各地深入人心,全世界光伏發(fā)電綜合利用經(jīng)營(yíng)規(guī)?？焖贁U(kuò)張,技術(shù)不斷發(fā)展,成本明顯降低,呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景,很多國(guó)家將光伏發(fā)電做為關(guān)鍵的新型產(chǎn)業(yè),光伏發(fā)電獲得更為廣泛應(yīng)用。在2001～2017年間,光伏產(chǎn)業(yè)以令人驚訝的速度發(fā)展。全世界總裝機(jī)自1.250GW升至304.300GW,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到40.98%。中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)史無(wú)前例的發(fā)展魅力,在全世界20個(gè)以上國(guó)家或地區(qū)辦廠,產(chǎn)品出口至近200個(gè)國(guó)家和地區(qū),成為中具備國(guó)際核心競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)。英國(guó)是最早開(kāi)始研究與應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)的國(guó)家,英國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新與政府部門鼓勵(lì)賠償現(xiàn)行政策的雙向刺激下,保持高速發(fā)展趨勢(shì)。太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)在國(guó)外光伏產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位,其發(fā)展速度和趨勢(shì)決定了整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。日本是最早制訂光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)行政策的國(guó)家,2011～2017年年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到54%,2017年以42.75GW的總裝機(jī)量穩(wěn)居世界第二,現(xiàn)階段發(fā)展以居民用電站為主導(dǎo)。作為東南亞地區(qū)最火爆的光伏市場(chǎng)之一,越南已達(dá)到每年10%的能源供應(yīng)增長(zhǎng)速度,再加其自身發(fā)展趨勢(shì)和光伏電力能源的優(yōu)點(diǎn),吸引著世界各國(guó)光伏企業(yè)前往投資。光伏發(fā)電現(xiàn)階段已全方位進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)環(huán)節(jié),中國(guó)、歐州、英國(guó)、日本等傳統(tǒng)光伏發(fā)電銷售市場(chǎng)保持持續(xù)增長(zhǎng),東南亞地區(qū)、南美洲、中東地區(qū)和非州等地區(qū)新興經(jīng)濟(jì)體光伏發(fā)電也開(kāi)始快速發(fā)展。受益于技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、開(kāi)放的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,光