太阳能光电建筑应用

抓住机遇，大力推进太阳能 光电建筑的应用 中国科学院理论物理研究所 何祚庥 一、最近，财政部、住房城乡建设部发了“财建 2009128号文件”，要“加快推进太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用”，以“促进我国光电产业健康发展”，应对“目前国内市场需求不足，过度依赖国际市场”的“市场风险” 这为国内光伏产业带来了好消息！ 二、我国共约有 100亿平方米的屋顶， 50亿平方米的南墙。扬州市约有 2400万平方米的屋顶， 800万平方米的南墙。其中约有 400万平方米的平顶， 2000万平方米的坡顶。 如在平顶铺设“转盘式跟踪 +4倍聚光 +高效单晶硅的光伏电池，以每平方米发电 50Wp/m2计，将提供 20万千瓦的电力；如在坡顶的1/3铺设“平板式”光电池，以每50Wp/m2发电 30Wp/m2计，又将提供 20万千瓦的电力，共计 40万千瓦的光伏电池的发电能力。 三、扬州市共有居民 120万，城市 80万，农村 20万。城市人均房屋面积 35.5m2，农村人均 40.92 m2。 4口之家，户均 1.33千瓦的电力。这不仅完全解决了夏季供冷，春秋两季供热水，而且大幅度缓解了冬季供暖的需求。 扬州市是联合国认定的宜居城市，理应 优先解决 市民的供暖、供冷、供热水的需求。 四、有一种意见，扬州市太阳能资源属三类地区，年太阳能辐照量为10501400 KWh/m2a.如果以这一数字和欧洲某些大力发展太阳能的著名城市相比较，扬州市仍属太阳能资源丰富地区。下面是欧洲部分城市太阳能年辐照量的简表： 因此，扬州市仍属太阳能资源相对丰富地区，而且，扬州市年辐射量约是 1300KW/m2a，是接近“二类”地区的“三类”地区。 五、重要的是：扬州市是光伏产业群密集城市，约占全国光伏产业的 1/4。即令扬州市属太阳能资源的“三类”地区，但扬州市属温带气候，供暖供冷的需求较小，正好和扬州市拥有的太阳能资源相适应。 请看全国太阳能资源区划图： 六、现在财政部出台政策，凡“单晶硅光电效率超过 16%，多晶硅光电效率超过 14%，非晶硅薄膜效率超过 6%”，“装机量不小于 50KWp的光伏电站”，将由财政部“补助 20 元/Wp”。 如在 2400万 m2的屋顶铺设 40万千瓦的光伏电站，将补助人民币80亿元！ 扬州市必须抓住这一难得的发展机遇！ 七、关于“技术”。我个认为“转盘式跟踪 +4倍聚光 +高效单晶硅”电池是“平顶”屋顶的首选技术；“平板式”晶硅电池是“坡顶”屋顶首选技术。因为它们的每平方米发电量较多。 需要回答的一个技术路线问题：为什么不是薄膜电池？ 1、下面是陈应天教授等人所总结的在高售价单晶硅条件下，有关薄膜电池，晶体硅电池和各种跟踪式电池性能的比较： 不同的方法 用地效率 薄膜电池 15W 20W/m2 平板式晶硅 30W 40W/m2 传统跟踪式晶硅 17W 20W/m2 聚光 +跟踪 +晶硅 20W 25W/m2 改进式聚光 +跟踪 +晶硅 50W 60W/m2 2、廉价 不同的方法 每瓦价格 每度电价格 薄膜电池 10 13元 /W 0.90元 /kWh 平板式晶硅 18 22元 /W 1.80元 /kWh 传统跟踪式晶硅 24 30元 /W 1.60元 /kWh 聚光 +跟踪 +晶硅 20 25元 /W 1.0元 /kWh 改进式聚光 +跟踪 +晶硅 20 25元 /W 1.0元 /kWh 3、轻巧 不同的方法 平均负载 薄膜电池 6 10kg/m2 平板式晶硅 15 20kg/m2 传统跟踪式晶硅 30 40kg/m2 聚光 +跟踪 +晶硅 35kg/m2 改进式聚光 +跟踪 +晶硅 35kg/m2 4、承受风载大 不同的方法 最大风载 薄膜电池 100km/h 平板式晶硅 100km/h 传统跟踪式晶硅 60 70km/h 聚光 +跟踪 +晶硅 140km/h 改进式聚光 +跟踪 +晶硅 140km/h 八、需要讨论的是：虽然目前“平板式”多晶硅每度电价格是薄膜电池的一倍，这是由于制作此“比较表”时，太阳能级晶硅价格居高不下。但不久将来，必将回归 3040美元 /公斤！这时非晶硅薄膜电池将不再具有价格成本的优势！ 据我们所知，目前国内不少薄膜电池生产线产品，转化率6%，而且易于衰减！ 九、下面将介绍我国独立发展的四倍聚光技术： 我国“ 4倍聚光 +跟踪”的光伏发电技术已经成熟。 已将光伏发电包括利税在内（注：不包括逆变器和土地）单位千瓦的投资由60000元 /千瓦下降到 25000元 /千瓦。 下图是所使用的 4倍聚光装置。所使用的光漏斗，能够保证在一次反射的条件下，在太阳电池表面上有均匀光强的分布。 图处说明：光漏斗的外形图 下面是 4倍聚光装置加跟踪技术组成的路灯： 图片说明：多倍聚光发电可以用在路灯上既美观又可靠 已在内蒙鄂尔多斯地区建立了 205千瓦的电站。这一电站已历经 12级大风，高温，骤冷，严寒，冰雹，沙尘暴的考验，已安全运行 20个月，而安然无恙！ 国内第一座由国家批准的，在鄂尔多斯正式上网运行的，其电价为 4元 /度电的，商业化光伏电站 如以此电站的寿命是 25年计，不难测算出，这一技术的发电成本是 0.8元 /度。 近来，这一四倍聚光技术，又在结构上对所用天文跟踪技术做了大幅度改进。 下图是一台直径为 35米的，峰值功率为50KWp的光伏发电机的构形。这一跟踪样机，所用结构材料更少，占地面更小，控制更简单，抗强风能力更强，半手工制作的跟踪成本已下降到约 34元 /瓦。现在已接到国外大批订单，出口国外市场。下面是这一 50KWp光伏电机的照片： 西班牙工人在紧张地安装来自中国的发明 下面是中国发明在西班牙正常运行的大型跟踪光伏发电站 十、有兴趣的是：这一“ 4倍聚光技术”将在国家住房城乡建设部办公大楼屋顶，安装一个功率为 50KW/p的光伏电站，将能提供白天办公所需供电、供冷、供暖、供热水的各种功