光伏原理及意義篇
1、什么是光伏發(fā)電?什么是分布式光伏系統(tǒng)?
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。
分布式光伏系統(tǒng)是指在用戶場地附近建設(shè),一般接入低于35kV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng),所發(fā)電以就地消納為主,且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特性的光伏發(fā)電設(shè)施。分布式光伏系統(tǒng)的運(yùn)行方式自發(fā)自用、余電上網(wǎng),全額上網(wǎng)兩種方式。自發(fā)自用、余電上網(wǎng)是指分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力由電力用戶優(yōu)先使用,多余電量接入電網(wǎng);全額上網(wǎng)是指分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力**接入電網(wǎng)。
分布式發(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)氐奶柲苜Y源,替代和減少化石能源消費(fèi)。
2、什么是戶用分布式光伏系統(tǒng)?
戶用分布式光伏系統(tǒng)是指利用自然人宅基地范圍內(nèi)的建筑物,比如自有住宅,以及附屬物建設(shè)的分布式光伏系統(tǒng)。戶用分布式光伏系統(tǒng)通常具有安裝容量小,低電壓等級(jí)并網(wǎng),備案及并網(wǎng)流程簡化等特點(diǎn)。
3、您知道光伏發(fā)電的歷史起源嗎?
1839年,19歲的法國貝克勒爾做物理實(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**應(yīng)”;
1930年,朗格**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**塊“硫化鎘”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**個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽能電池。同年,威克爾**發(fā)現(xiàn)了砷化銀有光伏效應(yīng)并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜,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。
1958年美國發(fā)射的第二顆衛(wèi)星,是太陽能電池在太空領(lǐng)域的**應(yīng)用。
1960年太陽能電池第?次并?運(yùn)?,標(biāo)志著光伏發(fā)電正式進(jìn)?電?,成為?們?常都可以使?的電能。
1973年美國特拉華大學(xué)建成世界**個(gè)光伏住宅。
1984年商品化非晶硅太陽能電池組件問世。
4、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:磷或硼等),從而在材料的分子電荷里造成**的不平衡,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,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**應(yīng)”,簡稱“光伏效應(yīng)”。
5、戶用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成?
戶用分布式光伏發(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)、光伏逆變器、光伏支架、光伏并網(wǎng)箱、控制器(可選)、蓄電池組(可選)、交直流電纜等部分組成。
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,可以用逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電后使用,也可**輸送到公共電網(wǎng)。從另一個(gè)角度來看,光伏發(fā)電系統(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。
6、什么是配電網(wǎng)?配電網(wǎng)與分布式光伏系統(tǒng)有什么關(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。
分布式光伏系統(tǒng)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。
7、為什么說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**質(zhì)的綠色能源之一。
在我國平均日照條件下,安裝1千瓦分布式光伏系統(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平方米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當(dāng)于植樹造林100平方米。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。
8、如何看待有報(bào)道說“生產(chǎn)光伏組件時(shí)消耗大量能源”的消息?
光伏電池在生產(chǎn)過程中確實(shí)要消耗**的能量,其中工業(yè)硅提純、高純多晶硅生產(chǎn)、單晶硅棒、多晶硅錠生產(chǎn)幾個(gè)環(huán)節(jié)的能耗較高。但是光伏電池在20年的使用壽命期內(nèi)能夠不斷產(chǎn)生能量。據(jù)測算,在我國平均日照條件下,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**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,1.5-2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。
9、如何看待報(bào)道說“生產(chǎn)光伏電池組件會(huì)產(chǎn)生大量污染物”的消息?
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)物四氯化硅。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)定還原尾氣中四氯化硅、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)**可以滿足環(huán)保要求,不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染問題。
10、壽命期后的光伏組件能實(shí)現(xiàn)回收循環(huán)利用嗎?
光伏組件中的硅、銀、銅、鋁等有價(jià)值的資源,大部分都能夠通過回收實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用,可節(jié)約資源,減少對(duì)原生資源開采并降低資源提煉的耗能,從而減輕生態(tài)環(huán)境影響及破壞。因此,光伏組件的回收與無害化處理是當(dāng)前****產(chǎn)業(yè)界和環(huán)境界**關(guān)注的問題。
2014年2月,報(bào)廢電子電氣設(shè)備(WEEE)指令修訂版在歐盟全面正式生效,其中**次將光伏組件納入指令范圍,規(guī)定報(bào)廢的光伏組件和家用電器作為一類產(chǎn)品需要進(jìn)行強(qiáng)制回收處理。
在我國,隨著近幾年光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展,光伏組件回收的技術(shù)和政策體系也逐步受到關(guān)注,能耗低、污染小,經(jīng)濟(jì)可行的光伏組件回收再利用技術(shù)路徑已經(jīng)開始研究探索。
11、我們有多少太陽光可以利用?它能成為未來主導(dǎo)能源嗎?
地球表面每年接收的太陽能輻射能夠滿足全球全年能源需求的1萬倍。地表每平方米平均每年接收到的輻射大約在1000-2000kWh之間。**能源署數(shù)據(jù)顯示,在全球4%的沙漠上安裝光伏發(fā)電系統(tǒng),就足以滿足全球能源需求。光伏發(fā)電具有廣闊的發(fā)展空間(屋頂、建筑面、空地和沙漠等),潛力**巨大。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),我國僅利用現(xiàn)有建筑屋頂安裝分布式光伏系統(tǒng),其市場潛力就大約為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)一步降低,成為更加具有競爭力的能源供應(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。
(來源 | 國家能源局)
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