光伏发电问题未来展望

浅谈光伏发电问题未来展望 【摘要】光伏发电就是可再生的替代能源之一。虽然现在光伏 发电的实际应用存在着种种的局限，但是随着光伏发电成本的降 低和矿物发电成本的提高以及矿物能源的减少，如果光伏发电的 成本将会与传统发电成本相当，光伏发电将逐步进入大规模应用 阶段。大规模光伏发电的影响及带来的问题是本文想要探讨的主 要问题。 【关键词】光伏发电；系统；并网运行 1.光伏发电原理特点 1.1 光伏发电原理 光伏发电的核心部件是太阳能光伏电池，它目前有薄膜或单晶 硅或多晶硅等材料制成。它目前主要是单晶硅材料。用单晶硅做 成类似二极管中的 p-n 结。工作原理和二极管类似。只不过在二 极管中，推动 p-n 结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能 电池中推动和影响 p-n 结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射 热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率， 大约是光伏电池效率大约是单晶硅 13-19，多晶硅 11- 15。薄膜电池 8-13。 由光伏电池加上逆变控制器等核心部件组成的光伏发电系统。 当前的光伏发电系统主要有以下几种：离网光伏蓄电系统。这是 一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比 较简单，而且适应性广；并网发电系统，当用电负荷较大时，太 阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时， 就可将多余的电力卖给市电；前两者混合系统，这是介于上述两 个方之间的系统。该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的 峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述 两种方案高。 1.2 光伏发电特点 光伏发电在世界范围内受到高度重视，发展非常迅速。从远期 看，光伏发电将以分散式电源进入电力市场，并部分取代常规能 源。光伏发电可以作为常规能源的补充，在解决特殊应用领域， 如通信、信号电源，和边远无电地区民用生活用电需求方面，从 环境保护及能源战略上都具有重大的意义。光伏发电的优点充分 体现在以下几个方面：充分的清洁性；绝对的安全性。 （并网电压 一般在 220v 以下） ；相对的广泛性；确实的长寿命和免维护性； 初步的实用性；资源的充足性及潜在的经济性等。 2.光伏发电未来展望 根据我国光伏产业联盟的有关统计资料显示。我国光伏产业正 以每年 30%的速度增长。最近三年全球太阳能电池总产量平均年增 长率高达 49.8%以上。按照日本新能源计划、欧盟可再生能源白皮 书、美国光伏计划等推算，2010 年全球光伏发电并网装机容量将 达到 15gw，至 2030 年全球光伏发电装机容量将达到 300gw，至 2040 年光伏发电将达到全球发电总量的 15%-20%。按此计划推算， 2010-2040 年，光伏行业的复合增长率将高达 25%以上。其中并网 应用会有较大的发展，从而形成并网发电(约 46%)、离网供电(约 27%)和通讯机站(约 21%) 3 个主要应用领域。 3.未来光伏发电问题 3.1 光伏发电的局限性 任何事物总是具有两面性。太阳能具有能量密度低,稳定性差的 弱点,并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响。光伏发电的 局限性包括以下几个方面： 3.1.1 时间周期局限 由于光伏发电的条件是出太阳时，光伏发电设备才能正常工作 发电。因此，白昼黑夜，一年当中春夏秋冬各个季节对光伏发电 的负荷影响巨大。为了应付这个情况，电网不得不配备相应容量 的发电机处于旋转备用状态。 3.1.2 地理位置局限 光伏发电设备基本上只能依附建筑物安装建设，也就是所谓的 光伏屋顶就地供电。如果离开建筑物来建设光伏发电，将会大大 增加成本或者破坏环境和生态。 3.1.3 气象条件局限 气候对光伏发电影响。采用光伏并网发电无蓄电池方案时，如 果一个城市上空的气候大幅变化，将造成电力负荷的大幅波动； 当一个城市上空的空气质量比如空气污染，或能见度变差比如雾 天，阴天等都将使光伏发电在线或实时出力下降。 3.1.4 光能转换效率偏低 和传统能源的转换效率相比，光伏能量的转换效率不能令人满 意。 3.2 光伏发电并网的问题 目前电能是不能大规模低成本储存的，在可以预见的将来也不 能大规模低成本储存。这就使得光伏发电的应用受到物理因素的 制约，同时也受到地理上的限制。但是随着技术和市场的发展， 当光伏发电的上网电量在电网中与传统发电方式的发电量处于可 比较的数量级和成为不可忽略的一部分时，光伏并网发电将对现 有发电模式和电网的技术、经济、政策和环境效益带来如下问题： 3.2.1 负荷峰谷对电网的影响 由于光伏并网发电系统不具备调峰和调频能力，这将对电网的 早峰负荷和晚峰负荷造成冲击。因为光伏并网发电系统增加的发 电能力并不能减少电力系统发电机组的拥有量或冗余，所以电网 必须为光伏发电系统准备相应的旋转备用机组来解决早峰和晚峰 的调峰问题。光伏并网发电系统向电网供电是以机组利用小时数 下降为代价的。这会提高发电商的发电成本。 3.2.2 昼夜变化，东西部时差以及季节的变化对电网的影响 由于阳光和负荷出现的周期性，光伏并网发电量的增加并不能 减少对电网装机容量的需求。 3.2.3 远距离光伏电能输送 当光伏并网发电远距离输送电力在经济和技术上成为可能时， 它将给交流电网带来新的稳定问题。光伏并网发电将对电网安全 稳定运行有多大的影响目前尚不清楚。专门用于光伏并网发电的 输电线路，由于使用效率低，将对荒漠太阳能的利用形成制约。 用于借道或者兼顾输送光伏并网发电系统电能的输电线路，由于 负荷率低下，显得很不经济。 3.2.4 降耗问题 光伏并网发电的一个主要优势是可替代矿物燃料的消耗。由于 光伏并网发电增加了发电厂发电机的旋转备用或者是热备用，因 此，光伏并网发电的实际降耗比率应该扣除旋转备用机组或热备 用机组损失的能量。光伏并网发电的降耗效率应该考虑到由于光 伏并网发电系统提供的电力导致发电公司机组利用小时数降低带 来的效率损失。由于电力系统是作为一个整体来运行的，光伏并 网发电向电网输送电力将侵害其他发电商的利益，这是作为政策 制定者需要考虑的问题。这是由于电网在考虑安全，稳定和经济 运行时，不仅仅只由水电厂担任旋转备用。因此，系统中总的光 伏并网发电量所等效的理论降耗标煤量前应该乘以一个小于 1 的 系数，并且等比例的减去旋转备用机组的厂用电损耗。 这里给出一个公式来判断光伏发电实际的降耗作用： w=(wc/wn)*wp-（pc/pn)*pd: 1）w光伏并网发电实际获得的降耗量（标煤） 。 2）wc电网火电总发电量 （mwh） 。 3）wn电网总发电量 （mwh） 。 4）wp光伏并网发电理论降耗量（标煤） 。 5）pc火电机组总的厂用电损耗（标煤） 。 6）pn电网中总的厂用电损耗（标煤） 。 7）pd旋转备用机组的厂用电损耗（标煤） 。 4.结束语 通过上述分析，由于光伏并网发电先天的局限性，它给电网带 来的影响是显而易见的。光伏并网发电远期定位只能作为电网节 能降耗的重要补充手段。如果超出这个战略定位，将造成投资和 能源额外的浪费，对减少污染排放量的乐观看法也要大打折扣。 光伏发电进入商业化和并网运行的主要障碍是使用成本太高。 而且制造单晶硅和多晶硅的企业无一例外的都是高耗能企业。因 此，降低