太阳能发电及部分应用案例.docx

太阳能发电及部分应用案例1. 太阳能并网发电原理简介太阳电池是一种具有光生伏特效应的半导体器件(简称“光伏器件)，它直接将太阳光转换成直流电，是光伏发电的最基本单元。太阳电池由半导体材料组成，其厚度大约为0.2mm，形成两个区域：一个正荷电区，一个负荷电区。负区位于电池的上层，在这一层强迫渗透磷的区域。正区置于电池表层的下面，正负界而区域称为p-n结。制造电池时p-n结被赋子了恒定的特性。当阳光投射到太阳电池内保持松散状态的电子时，这时靠近p-n结的电子朝向电池的表层流动。金属线将光伏组件里每个电池的前面与下一个电池的背面相连，这样使电流通过许多p-n结，建立起所有电池的串联电压。在每个电池p-n结处的电压增加大约0.5V的电动势，这个电池电压与电池的尺寸无关。电流受电池面积和日照强度的影响，较大面积的电池能够产生较强的电流。太阳能光伏并网发电是是完全无污染、无噪声、不耗费化石能源、应用前景最广阔的一种太阳能利用方式。图1 光伏并网系统原理示意图并网发电系统一般由太阳能电池组件，并网逆变器，升压变压器等组成。通常还包括数据采集系统、数据交换、运行显示和监控设备等。并网发电方式是将太阳能电池阵列所发出的直流电通过逆变器转变成交流电能输送到电网中，无需蓄电池进行储能。光伏电站在逆变器前端为直流电，逆变器以及后端的变压器为工频交流电。2. 关于太阳能系统污染情况分析污染按照不同分类方式，有不同的种类，下面是通常采用的分类方式以及种类：按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、农业环境污染按污染性质分：化学污染、物理污染、生物污染按环境要素（形态）分：大气污染、水污染、噪声污染、固体污染和电磁污染，此外还有热污染、光化学污染等等。光伏电站为单个项目，对其进行环境分析，适用于采用按照环境要素来分析。光伏电站是由光伏电池板通过光生伏特效应直接把太阳光能转换成直流电能，而后直流电通过逆变器转换成我们常使用的工频交流电，最后经过变压器升压至110kV并入电网。整个过程中不产生废弃物，压缩气等其他辅助物料，仅仅使用少量清洗光伏板的水，而且不使用任何清洁剂，仅用来冲洗，不造成水污染。整个过程中仅仅变压器等电器冷却风扇产生声音，所以也不存在噪声污染。光伏板在工作过程中即使是夏天最高温度，光伏板表面也只有60左右，不产生其他热源。由上面可以看出，唯一有可能产生的污染仅为电磁污染，下面我们将对整个系统各个部位进行拆分分析。2.1 电磁辐射的产生原理电场和磁场的交互变化产生的电磁波，电磁波向空中发射或泄露的现象，叫电磁辐射。电磁辐射是以一种看不见、摸不着的场。人类生存的地球本身就是一个大磁场，它表面的热辐射和雷电都可产生电磁辐射，太阳及其他星球也从外层空间源源不断地产生电磁辐射。围绕在人类身边的天然磁场、太阳光、家用电器等都会发出强度不同的辐射。电磁辐射是物质内部原子、分子处于运动状态的一种外在表现形式。电磁辐射所衍生的能量，取决于频率的高低：频率愈高，能量愈大。频率极高的X光和伽玛射线可产生较大的能量，能够破坏构成人体组织的分子。事实上 ，X 光和伽玛射线的能量之巨，足以令原子和分子电离化，故被列为“电离”辐射。这两 种射线虽具医学用途 ，但照射过量将会损害健康。X光和伽玛射线所产生的电磁能量，有别于射频发射装置所产生的电磁能量。射频装置的电磁能量属于频谱中频率较低的那一端，不能破解把分子紧扣一起的化学键，故被列为“非电离”辐射。哪里会有电磁辐射？电磁辐射的来源有多种。人体内外均布满由天然和人造辐射源所发出的电能量和磁能量；闪电便是天然辐射源的例子之一。至于人造辐射源，则包括微波炉、收音机、电视广播发射机和卫星通讯装置等。电磁辐射分两个级别，工频段辐射、射频电磁波。工频段国家标准电场强度为4000v/m，磁感应强度为0.1mT；射频电磁波的单位是W/cm2，国家标准限值为40，对于一般公众环评取值为20%。2.2 光伏系统电磁污染分析2.2.1 逆变器前端逆变器前端包括光伏阵列，汇流箱和直流开关柜三个部分，我们称之为直流部分。由于光伏发电会根据太阳光福照度影响而影响，在较短时间内阳光是相对比较稳定的，所以直流部分电流变化较小，相对稳定。根据电磁感应原理，稳定的直流电路会产生磁场，但是不会激发电场，所以不会产生电磁波。即使电流微有波动，会产生极少能量的电磁波，其电磁辐射也可以忽略不计。2.2.1 逆变器及其后端逆变器及其后端主要有逆变器，隔离变压器，交流柜以及升压变压器（110kV）。在以上设备中，由于升压变压器为变压前后电流电压变化极大，具体参数相对于电网的高压变电站电流小多了，所以我们采用目前常见的电网实测值作参考。而逆变器设备本身必须满足认证要求，我国通用安全标准采用IEC-621091和IEC-621092认证测试标准，其要求必须满足下面条件：国家标准为：工频段国家标准电场强度为4000v/m，磁感应强度为0.1mT；射频电磁波的单位是W/cm2，国家标准限值为40。上面标准已经明显低于国家标准，而实际上对逆变器进行测量，测量值远远低于该值，10%都不到。逆变器通常位于光伏电站里面，而电磁辐射随距离的平方降低，及20m的距离，电磁辐射仅为1/4，已经可以忽略。而事实上逆变器距离人群一般在公里级数上，以1km距离来算，电磁辐射仅为一百万分之一，辐射完全可以忽略。对于变压器，根据现场粤电以及国内同行对550kV变压器进行实地测量得到数据为13.4V/m和0.5uT，220kV变压器为0.5 V/m和0.3uT左右，也仅为国家标准的一千分之一，在距离变压器100m以后，其辐射远低于手机待机状态下的辐射量。3. 光伏发电的发展与国内外案例3.1 光伏发电发展光伏发电最早应用于航天领域，在国际上上世纪六七十年代就已经有民用案例，我国发展相对滞后，但也在上世纪80年代开始应用。我国从上世纪80年代起就开始推广100500W的农牧民户用太阳能发电设备。后来实施光明工程，解决边远地区无电的2300万人民的生活用电问题。从2001年起，实施“全球环境基金/世界银行可再生能源发展项目”和联合国开发计划署支持的可再生能源村落发电项目计划，到现在为止，已安装50万套以上100500W的用户太阳能发电设备，在边远地区和海岛上建立了县级、乡级、村级、学校用1kW、10kW至100kW大大小小的太阳能发电站将近1000座，累计总容量已达50MW，今后还会以超过30%的速度逐年迅速增加。从1985年在甘肃省榆中县园子乡建成10kW太阳能发电站起，经过20多年，我国独立型户用和大型光伏发电项目设备技术已基本成熟，仅仅2013年和2014年就分别装机超过10GW，国内总装机量超过30GW（30000MW），已经非常成熟。而在发达国家，比如德国，日本，意大利，美国等国，安装量也已经超过30GW，特别是德国，其国内太阳能与风电等可再生能源发电比例超过50%。3.2 国内外部分案例展示香港理工大学邵逸夫楼8kW光伏项目，并网时间为1999年香港嘉道里农场光伏屋顶，并网时间为2003年香港别墅屋顶电站 日本Sanyo太阳能屋顶青岛火车站光伏发电项目（2008年） 武汉火车站2.2MW光伏发电项目（2009年） 广东火车南站光伏发电项目 北京地铁安装屋顶发电项目目前国内排名前十的火车站中已有就有七座是光电建筑（北京南站、天津西站、上海虹桥站、武汉站、广州南站、南京南站、杭州东站），及在火车站屋顶上建设光伏电站，而且装机容量较大，最大的容量达到10MW以上，比如杭州火车站等。而最早建设的为武汉和青岛两个火车站，分别为2009年和2008年，距今已经正常运行7年以上。如上图。而国外应用案例则更多，比如