理工类样张光伏发电系统
1 引言
随着人类社会的发展，能源的消耗量正在不断增加，世界上的化石能源总有一天将达到极限。同时，由于大量燃烧矿物能源，全球的生态环境日益恶化，对人类的生存和发展构成了很大的威胁。在这样的背景下，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视，各国政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展。而在我国，光伏系统的应用还刚刚起步，市场状况尚不明朗。针对这方面的空白，本文着重于今后发展前景广阔的光伏并网系统，通过对国内外市场和技术的调研，分析了目前光伏市场发展的瓶颈并预测了未来光伏发电的发展前景。相信作为当今发展最迅速的高新技术之一，太阳能光伏发电技术，特别是光伏并网发电技术将为今后的电力工业以及能源结构带来新的变化。 2 光伏发电系统
2.1 光伏发电系统简介
太阳能光伏发电技术的开发始于20世纪50年代。随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于近年得到迅速发展。随着全球经济和科学技术的飞速发展，世界许多国家将光伏发电作为发展的重点，光伏产业的技术进步已经使太阳能应用成为可能，并首先在太阳能资源丰富的国家，如德国和日本，得到了大面积的推广和应用。在国际市场和国内政策的拉动下，中国的光伏产业逐渐兴起，并迅速成为后起之秀，涌现出无锡尚德、南京中电、江苏林洋、常州天合和天威英利等一大批优秀的光伏企业，带动了上下游企业的发展，中国光伏发电产业链正在形成。
太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似，就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。
目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类：离网光伏蓄电系统、光伏并网发电系统及前两者混合系统。
离网光伏蓄电系统是一种常见的太阳能应用方式，系统比较简单而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。
光伏并网发电系统，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。
前两者混合系统是介于上述两方之间的系统。该方案有较强的适应性可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种高。
2.2 光伏发电特点
光伏发电的优势充分体现在充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、、初步的实用性上资源的充足性及潜在的经济性上等。但太阳能能量密度低,稳定性差并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响光伏发电，主要包括以下几个方面：时间周期局限、地理位置局限、气象条件局限。、容量传输局限、光能转换效率偏低。
太阳能光伏发电之所以发展如此迅速，是因为其具有以下优点
(l)取之不尽，用之不竭。地球表面所接受的太阳能约为1.07×1014GWh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以说是一种无限的资源。
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(2)无污染。光伏发电本身不消耗工质，不向外界排放废物，无转动部件，不产生噪声，是一种理想的清洁能源。
(3)资源分布广泛。不同于水电受水力资源限制，火电受到煤炭资源及运输成本等影响，光伏发电几乎不受地域的限制，理论上讲在任何可以得到太阳能的地方都可以利用太阳能进行发电。
(4)建设周期短，建造灵活方便，运行维护费用低。光伏发电系统可以按照需要将光伏组件灵活地串并联，达到所需功率，所以其建设周期短，扩容方便;安装于房顶，沙漠，还可与建筑相结合，从而节约占地面积，节省安装成本;太阳能光伏发电所消耗的太阳能无需付费，一年中往往只需在遇到连续阴雨天最长的季节前后去检查太阳能电池组件表面是否被污染，接线是否可靠以及蓄电池电压是否正常等，因而太阳能光伏发电的运行费用很低。
(5)光伏建筑集成。光伏产品与建筑材料集成是目前国际上研究及发展的前沿，这种产品不仅美观大方，还节省发电站使用的土地面积和费用。
(6)分布式。光伏发电系统的分布式特点将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，更具有明显的意义。
3 光伏发电系统的发展前景
根据国外的经验来看，国家政策引导甚至强制规定，是光伏装机能否在该国大规模应用的关键。各国的补贴政策主要可以分为两类：一类是投资补贴法，即对安装光伏系统直接进行补贴，如日本；一类是上网电价法，即对光伏发电的上网电价进行设定，设定的价格高于传统的火电水电等上网电价，该方法在德国、西班牙等国显示出巨大威力，刺激了光伏产业迅速发展。另外如美国加利福尼亚州将两种政策混合执行。
投资补贴法增加了财政支出，从而增加了纳税人的负担，但这种方法实施起来非常方便。上网电价法使得光伏补贴由电力公用事业的消费者承担，且更加注重光伏发电的实际效果，但增加了管理负担。另外，投资补贴法主要注重设备安装的容量，忽略了设备的实际运行情况，而上网电价法更有效地促进了光伏设备的实际使用情况。
我国特殊国情的要求。光伏发电是农村小康建设的必然途径。近13 亿人中约80 %居住在农村,每年消耗6 亿多t 标准煤的能量,其中约一半来自可再生能源,但这些能源目前只是以传统的利用方式为主。另外我国还有700 万户无电人口,无法用常规电网延伸解决用电问题。光伏发电能维护生态建设成果、改善农村生活环境。目前,有2 亿多人面临沙漠化的威胁,但燃烧传统生物质能源在很多地区仍是主要的生活用能方式,导致森林过度采伐、植被被严重破坏,生活环境不断恶化。建立起清洁、便捷的用能机制,则可为“退耕还林、还草”工程提供切实可靠的保障。
我国光伏产业正以每年30%的速度增长。最近三年全球太阳能电池总产量平均年增长率高达49.8%以上。按照日本新能源计划、欧盟可再生能源白皮书、美国光伏计划等推算，2010年全球光伏发电并网装机容量将达到15GW(1500万千瓦，届时仍不到全球发电总装机容量的1%)，至2030年全球光伏发电装机容量将达到300GW(届时整个产业的产值有可能突破3000亿美元)，至2040年光伏发电将达到全球发电总量的15%-20%。按此计划推算，2010-2040年，光伏行业的复合增长率将高达25%以上（参看资料：15）。其中并网应用会有较大的发展，从而形成并网发电(约46%)、离网供电(约27%)和通讯机站(约21%) 。
从远期看，光伏发电将以分散式电源进入电力市场，并部分取代常规能源。光伏发电可以作为常规能源的补充，在解决特殊应用领域如通信、信电源和边远无电地区民用生活用电需求方面，从环境保护及能源战略上都具有重大的意义。但光伏发电的优势在于解决离网地区通信、微波等设备的能源动力、分散人口地区的小容量电力消费及为有条件建立光伏屋顶的建筑就地提供电力其远期定位只能作为电网节能降耗的重要补充手段。如果超
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出这个战略定位，将造成投资和额外的能源浪费，对减少污染排放量的乐观看法也要大打折扣。
4 结论
作为独立的光伏发电系统 光伏发电作为独立的光伏系统在离网住宅供电、离网工业应用、消费产品和交通信号灯等方面有着良好的应用前景。目前,应用最广泛的大型照明系统如机场跑道照明、宾馆室外照明、公路隧道照明等,小型照明灯具如太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等大多数都是独立的光伏发电系统。光伏发电作为并网光伏系统在光伏电站、户用并网光伏系统、混合光伏系统等领域大有前途。近年来,光伏发电在光伏建筑一体化和光伏声屏障系统也得到了很大发展。和景观、建筑相结合的光伏发电即光伏建筑一体化前景广阔。以光伏集成建筑(BIPV) 为核心的光伏屋顶并网发电应用占据了目前绝对的光伏市场份额,尤其日本和德国近几年光伏安装几乎全部是并网应用。
尽管光伏发电应用发展的道路会有一些曲折，但是其总的前景还是非常乐观的。太阳能取之不尽，用之不竭。随着经济与技术的进一步发展，太阳能光伏发电在不远的将来必将走向千家万户。
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