太阳能光伏电站概述及其设计概算编制

太阳能光伏电站概述 及其设计概算编制 2009年 9月 9日 第一部分 太阳能发电技术概述 太阳能是可再生能源，它资源丰富、遍地都有，既可免费使用、又无需开采和运输，还是清洁而无任何污染的能源。 太阳能由于可以转换成多种其他形式的能量，其应用的范围非常广泛，主要有太阳能发电、太阳能热利用、太阳能动力利用、太阳能光化利用、太阳能生物利用和太阳能光 光利用等。 太阳能的利用主要有两大重点方向： 一是把太阳能转化为热能，另一个就是将太阳能转化为电能。 太阳能利用的优点 普遍性： 太阳光照射的面积散布在地球大部分角落，仅差入射角不同而造成的光能有异，但至少不会被少数国家或地区垄断，造成无谓的能源危机。 永久性 ：太阳的能量极其庞大，科学家计算出至少有六百万年的期限，对于人类而言，这样的时间可谓是无限。 太阳能利用的优点 无污染性： 现今使用最多的矿物能源，其滋生的问题不外是废物的处理，物体不灭，能源耗竭越多，产生污染也相对增加，太阳能则 无危险性及污染性。 在人类与自然和平共处的原则下，使用太阳能最不伤和气，运行期所需费用极少，而每年至少可生 1 1017千瓦的电力。 太阳能利用的缺点 稳定性差： 受日夜季候的影响，太阳能不断地生变化。 装置成本过高： 吸收太阳能的受光面积须达一定规模方有效果，因此相对成本提高。 有人针对太阳能的污染问题提出 “ 目视污染 ” ，意即庞大的太阳能收集器造成视觉上的污染。 太阳能发电的前景 专家预测，到 2050年，全世界消耗电量的四分之一将是太阳电，到 21世纪末，可能会达到 50以上。 到那时候，人类居住的房屋将发展成金字塔型。因为外壁用 “ 非晶硅太阳能砖 ” 砌成的这种形状的住宅，可用最大面积采光发电，并用高效的贮电装置贮存起来供人们使用。 太阳能发电的前景 人类将在宇宙空间建设大型的太阳能发电厂 ， 卫星上的电能将通过微波输电设备 ，源源不断地送回地球 ， 且损耗率低于 2 ，人们再也不用为地球上能源枯竭和污染问题而发愁了 。 产生工业三废 （ 废水 、 废气 、废渣 ） 的大批火力发电厂也将退出历史舞台 ， 人类的家园将更加美好 。 1.1 太阳能热发电 将吸收的太阳辐射 热能转换成电能 的发电技术称太阳能热发电技术，它包括两大类型： 一是利用太阳热能直接发电； 二是太阳热能间接发电，就是利用光 热 电转换，即通常所说的太阳能热发电。 根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同，该系统可以分为 分散型 和 集中型 两大类。 太阳能热发电类型 分散型发电系统 是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。 集中型发电系统 也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。 典型太阳能热发电站热力循环系统原理图 G太阳锅炉蓄热器锅炉汽轮发电机组凝汽器给水泵凝结水泵塔式太阳能发电系统原理图 1定日镜； 2接收器； 3塔； 4热盐槽； 5冷盐槽 6蒸汽发生器； 7汽轮发电机组； 8凝汽器 塔式太阳能热动力 发电的示意图 亚洲首座兆瓦级 太阳能塔式热发电项目 该项目位于北京市延庆县，将建成 100面定日镜，收集的太阳光反射聚集到 100m高的太阳能吸热塔的吸热器里，热能通过将水加热产生蒸汽作为动力用于发电。该项目完成后，年发电量将达到 200多万度，可满足 1000余户家庭一年的用电需求。 目前，国际上最大的商业化太阳能热塔式发电站是西班牙 PS10，装机容量为 11MWe，在建的最大太阳能热塔式发电站是西班牙 PS20，装机容量为20MWe。 2007、 2008两年，世界上太阳能热发电的在建装机容量是 07年之前 20年的 8倍，太阳能热发电技术已经进入快速发展时期。太阳能热发电单位千万投资为 2,500-2,900美元，太阳能热发电年效率可达 15% -20%，发电成本 15美分 /kWh。随着技术和规模的发展，有望在 2020年发电成本降至 4美分 /kWh左右。 太阳能光发电 是指不通过热过程直接将太阳的光能转换成电能的太阳能发电方式，可分为光伏发电、光感应发电、光化学发电、光生物发电，其中光伏发电是太阳能光发电的主流，通常所说的太阳能光发电就指光伏发电。 光伏发电 是根据光生伏打效应原理，利用太阳能电池（光伏电池）将太阳能直接转化成电能。 2.2 光伏发电 2.2.1 太阳能光伏发电优缺点 优点： (1)结构简单，体积小，重量轻。 (2)易安装，易运输，建设周期短。 (3)容易启动，维护简单，随时使用，保证供应。 (4)清洁，安全，无噪声。 (5)可靠性高，寿命长。 (6)故障率低。 (7)降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。 缺点： (1)能量分散，占地面积大。 (2)间歇性大。除了 昼夜 这种周期变化外，太阳能光伏发电还常常受 云层 变化的影响。小功率光伏发电系统可用蓄电池补充，大功率光伏电站的控制运行比常规火电厂、水电站、核电厂要复杂。 (3)地域性强。 2.2.2 光伏发电发展概况 （ 1）国际光伏发电情况及特征 （ a）市场迅猛增长 2000年 2008年，年装机容量平均增长 45%，累计装机容量平均增长 34%； 2008年，新增装机容量 5950MW，较上年增长 110%； 累计装机容量 14730MW； 全球光伏业产值 371亿美元。 14730900302000400060008000100001200014000160000 . 0 %2 0 . 0 %4 0 . 0 %6 0 . 0 %8 0 . 0 %1 0 0 . 0 %1 2 0 . 0 %1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008M W p全球累计装机量 欧洲累计装机量 全球增长率 欧洲增长率全球及欧洲光伏系统累计装机量及增速 （数据来源：欧洲光伏协会） 全球历年光伏发电系统年装机量 （ b）欧美日是光伏系统的主要市场 欧洲： 2008年 新增装机容量 4870MW，占全球新增 82%； 较上年增长 219%； 累计装机容量 9003MW； 占全球累计 61.2%，较上年增长 100%。 个例： 2008年 西班牙 新增装机容量 2460 MW，较上年增长 285%，占当年全球 新增 41%； 德国 新增装机容量 1860 MW，较上年增长 40%； 美国 新增装机容量 360 MW，较上年增长 64%； 韩国 新增装机容量 280 MW，较上年增长 537%； 意大利第五，日本第六。 德国 3 1 . 3 %日本 3 . 9 %西班牙4 1 . 3 %意大利 4 . 0 %欧洲其它5 . 2 %美国 6 . 1 %韩国 4 . 7 %中国 0 . 8 % 印度 0 . 7 % 世界其它2 . 1 %2008年全球光伏系统新增装机量分布 2007年全球并网发电占全部光伏系统装机量的 90%； 德国、日本并网站 99%；建筑光伏一体化占主要位置。 （ c）并网发电占主导地位 消费产品1%并网系统90%偏远地区离网系统4%离网工业用途 4%2007年光伏电池市场（按应用领域）分布 （ d）光伏发电成本下降，但仍很高，发展靠政策扶植 0 . 2 5 0 . 30 . 5 0 . 63火电 水电 风电 核电 光伏发电 2007年不同能源发电成本比较 （ 2）我国光伏发电情况及特点 （ a）规模小，发展相对缓慢 2000 2008年，平均增长 29%，低于世界平均水平（ 34%） 2008年 新装机容量 45MW，占全球 0.8% 截至 2008年累计装机容量 145MW 2007 年我国光伏系统安装量及市场份额 应用领域 装机容量 （ MWp） 市场份额 （） 农村电气化 (包括农村道路照明 ) 9 45 通信和工业应用 3 15 光伏产品（路灯、草坪灯、城市景观、 LED 照明、交通信号等） 6 30 并网光伏发电 非聚光 1.7 10 低倍聚光 (内蒙古上海 ) 0.3 合计 20 100 （ b）独立光伏系统占光伏市场主导地位 世界光伏电池（组件）产量快速增长 1988 2007年 光伏电池平均增长量率 30% ， 2008年 全球光伏电池产量达： 6850MW，较 2007年增长 67% 中国是世界光伏电池的最大供货商 晶硅电池占主导地位，薄膜电池所占比例呈上长升趋势 晶硅光伏电池一直占主导地位，现仍占 80%以上； 薄膜电池近几年发展很快， 2004年 2008年产量年均增长率达 83%，2008年产量 890MW，较 2007年增长 96%，市场份额上升到 3%。 光伏产业发展概况 世界 产业规模快速扩大 2007年 光伏产业产值 909亿元， 从业人数 8.28万人； 2008年 光伏产业产值 2000亿元， 从业人数 20万人； 光伏产业发展概况 我国已成为世界光伏电池生产大国 2007年中国（大陆） 电池 生产企业 50余家，生产能力 2900MW，产量1088MW,比上年增长 148.1%，占全球产量的 26.3%，正式成为世界第一大家；2008年电池产量约 2000MW，较 2007年增长 83%，占世界产量 29%； 2007年我国 电池组件 生产能力 3800MW，产量 1717MW， 2008年产量约2500MW，较 2007年增长 46%，占世界总产量的 40% 在全球电池年产量超过 20MW的 35家企业中，中国企业 14家（包括台湾 4家），占 35家产量的 36%。 我国 晶硅电池占主导地位 2007年占电池总产量的 97%， 2008年占 95%； 薄膜电池正在发展。 多晶硅供应及电池销售对国际市场依存度很高 2008年我国电池制造业需多晶硅 16150吨，当年自产 4800吨，其余 70%进口； 2008年我国组件产量与电池产量差 500MW，从国外进口； 2008年我国光伏电池 97%出口。 我国光伏产业呈现“集聚”发展 环渤海，以单晶硅为主； 长三角，以光伏电池和组件为主； 珠三角，以光电类小产品为主； 中西部，以多晶硅生产为主。 光伏产业发展概况 2.2.3 太阳能电池发电原理 当太阳光照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 这个过程的的 实质 是：光子能量转换成电能的过程。 光伏发电原理图 太阳能电池发电原理图 2.2.4 太阳能光伏发电系统的组成 一套基本的太阳能 发电系统 是由 太阳电池板 、充电控制器 、 逆变器 和 蓄电池 构成 ： 太阳能 电池组件 直 /交流 逆变器 交流负荷 光伏并网发电系统概要图 （ 1）太阳能电池板（电池组件） 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中 价值最高 的部分。 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。 一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。 目前商业化的太阳能光伏电池分类 能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。 各种材料太阳能电池特点 种类 电池类型 商用效率 优点 晶硅电池 单晶硅 1417% 效率高 技术成熟 多晶硅 1315% 效率高 技术成熟 薄膜电池 非晶硅 57% 弱光效应好 成本相对较低 碲化镉 58% 弱光效应好 成本相对较低 铜銦硒 58% 弱光效应好 成本相对较低 硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过 90%，而这一发展趋势还在继续增长。 （ 2）逆变器 太阳能的直接输出一般都是 12VDC、 24VDC、 48VDC。为了能够满足并网输电要求，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电。逆变器就是一种将低压直流电转变为交流电的电子设备，因为我们通常是将 220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。 500kW并网逆变器 40kW并网逆变器 一些光伏电站图片 美国加利福尼亚塔式热发电站 第二部分 光伏电站概（估）算编制 2.1 编制依据 参考风电标委 20070001号文发布的：