光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

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光伏發(fā)電、分布式光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是指利用太陽能光伏電池把太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式。光伏發(fā)電是當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流，所以，現(xiàn)在人們通常說的太陽能發(fā)電主要是指光伏發(fā)電。

分布式光伏發(fā)電，是指在用戶所在場(chǎng)地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施分布式光伏發(fā)電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則充分利用當(dāng)?shù)靥柲苜Y源，替代和減少化石能源消費(fèi)。

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光伏發(fā)電的歷史起源

• 1839年，19歲的法國(guó)貝克勒爾做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)電液中的兩種金屬電極用光照射時(shí)，電流會(huì)加強(qiáng)，從而發(fā)現(xiàn)了“光生伏打效應(yīng)”；
• 1930年，朗格首次提出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽能電池”，使太陽能變成電能;
• 1932年，奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化”太陽能電池；
• 1941年，奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng);
• 1954年5月，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室恰賓、富勒和皮爾松開發(fā)出效率為6%的單晶硅太陽能電池，這是世界上第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽能電池。同年，威克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化嫁有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化錫薄膜，制成了太陽能電池。太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)由此誕生并發(fā)展起來。

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光伏電池是怎么發(fā)電的?

光伏電池是一種具有光-電轉(zhuǎn)換特性的半導(dǎo)體器件，它直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成直流電，是光伏發(fā)電的最基本單元。光伏電池特有的電特性是借助于在晶體硅中摻入某些元素(例如:磷或確等)，從而在材料的分子電荷里造成永久的不平入射光衡，形成具有特殊電性能的半導(dǎo)體材料。在陽光照射下，具有特殊電性能的半導(dǎo)體內(nèi)可以產(chǎn)生自由電荷，這些自由電荷定向移動(dòng)并積累，從而在其兩端形成電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)用導(dǎo)體將其兩端閉合時(shí)便產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象被稱為“ 光生伏打效應(yīng) ”,簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。

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光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏方陣(光伏方陣由光伏組件串并聯(lián)而成)、控制器蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件是光伏組件，而光伏組件又是由光伏電池串、并聯(lián)并封裝而成，它將太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏組件產(chǎn)生的電為直流電，我們可以利用，也可以用逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電，加以應(yīng)用。從另一個(gè)角度來看，對(duì)于光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能可以 即發(fā)即用 ，也可以用蓄電池等儲(chǔ)能裝置將電能存放起來根據(jù)需要隨時(shí)釋放出來使用。其系統(tǒng)組成如下圖所示:

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配電網(wǎng)及其與分布式光伏的關(guān)系

配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，通過配電設(shè)施就地分配或按電壓逐級(jí)分配給各類用戶的電力網(wǎng)，是由架空線路、電纜、桿塔配電變壓器、隔離開關(guān)、無功補(bǔ)償電容、計(jì)量裝置以及一些附屬設(shè)施等組成的一般采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)呈輻射狀。

分布式電源接入配電網(wǎng) ，使配電系統(tǒng)中發(fā)電與用電并存，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)從放射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，短路電流大小、流向以及分布特性均發(fā)生改變。

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光伏電力是綠色低碳能源

光伏發(fā)電具有 顯著的能源環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益 ，是最優(yōu)質(zhì)的綠色能源之一。在我國(guó)平均日照條件下，安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1年可發(fā)出1200度電，可減少煤炭(標(biāo)準(zhǔn)煤)使用量約400千克，減少二氧化碳排放約1噸根據(jù)世界自然基金會(huì)(WWF)研究結(jié)果:從減排二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當(dāng)于植樹造林100平米。目前，發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源將是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問題的有效手段之一。

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生產(chǎn)光伏電池組件消耗大量能源嗎

光伏電池在其生產(chǎn)過程中確實(shí)要消耗一定的能量，特別是工業(yè)硅提純、高純多晶硅生產(chǎn)、單晶硅棒/多晶硅錠生產(chǎn)三個(gè)環(huán)節(jié)的能耗較高。但是光伏電池在20-30年的使用壽命期內(nèi)能夠不斷產(chǎn)生能量。據(jù)測(cè)算，在我國(guó)平均日照條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)能量回報(bào)超過其能源消耗的15倍以上。在北京以最佳傾角安裝的1千瓦屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的能量回收期為1.5-2年，遠(yuǎn)低于光伏系統(tǒng)的使用壽命期。也就是說，該光伏系統(tǒng)前1.5-2年發(fā)出的電量是用來抵消其生產(chǎn)等過程消耗的能量，15-2年之后發(fā)出的能量都是純產(chǎn)出的能量。所以應(yīng)該從全生命周期的角度評(píng)價(jià)光伏電池的能耗。

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生產(chǎn)光伏電池組件產(chǎn)生大量污染嗎

光伏電池組件生產(chǎn)包括高純多晶硅、硅錠硅片、光伏電池和光伏組件幾個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。相關(guān)污染的報(bào)道主要是指光伏組件的原材料-高純多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。高純多晶硅生產(chǎn)主要使用改良西門子法，該法將冶金級(jí)硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，再加氫氣還原成太陽能級(jí)多晶硅，另外會(huì)形成副產(chǎn)物四氫化硅。四氯化硅遇潮濕空氣即分解成硅酸和氯化氫，如果處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生污染問題。但是目前我國(guó)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)采用的改良西門子法已可做到閉路循環(huán)生產(chǎn)，將副產(chǎn)物四氯化硅和尾氣(氫氣和氯氣)回收利用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。2010年12月，國(guó)家發(fā)布了《多晶硅行業(yè)準(zhǔn)入條件》，規(guī)定還原尾氣中四氧化硅、氯化氫、氫氣回收利用率不低于98.5%、99%、99%因此，成熟的改良西門子法生產(chǎn)技術(shù) 完全可滿足環(huán)保要求，不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染問題 。

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太陽光能夠成為未來主導(dǎo)能源嗎?

地球表面接受的太陽能輻射能夠 滿足全球能源需求的1萬倍 。地表每平方米平均每年接收到的輻射隨地域不同大約在1000-2000kwh之間。國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，在全球4%的沙漠上安裝太陽能光伏系統(tǒng)，就足以滿足全球能源需求。太陽能光伏享有廣闊的發(fā)展空間(屋頂、建筑面、空地和沙漠等)，其潛力十分巨大。

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)， 我國(guó)僅利用現(xiàn)有建筑屋頂安裝分布式光伏發(fā)電，其市場(chǎng)潛力就大約為3億千瓦以上，再加上西部廣闊的戈壁，光伏發(fā)電市場(chǎng)潛力約為數(shù)十億千瓦以上。 隨著光伏發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化應(yīng)用，其發(fā)電成本還將進(jìn)步降低，成為更加具有競(jìng)爭(zhēng)力的能源供應(yīng)方式，逐步從補(bǔ)充能源到替代能源并極有希望成為未來的主導(dǎo)能源。