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分布式光伏发电的技术应用及影响研究
分布式光伏发电的技术应用及影响研究

　　摘要：随着现代工业的发展，全球能源危机和空气污染问题日益突出，太阳已成为许多国家关注的一个理想可再生能源。分布式光伏发电已成为可再生资源利用的重要形式。介绍了光伏发电系统的结构、工作原理以及对城市配电网的影响。

　　关键词:分布式发电; 光伏发电系统; 配电网
　　中图分类号： U665.12 文献标识码： A 文章编号：
　　太阳能作为一种清洁的可再生能源，被国际社会公认为是最理想的替代能源。太阳能的利用主要有光热利用、光伏利用和光化学利用三种主要形式。
　　与其他常规能源相比，光伏发电具有明显的优越性：
　　是高度的清洁性，发电过程中无损耗、无废物、无废气、无噪音、无毒害、无污染，不会导致“温室效应”和全球性气候变化；
　　是绝对的安全性，利用太阳光能发电，对人、动物、植物无任何伤害或损害；
　　是普遍的实用性，不需开采和运输，使用方便，凡是有阳光照射的地方就能实现光伏发电，可广泛用于通信、交通、海事、军事等各个领域，上至航天器，下至家用电器，大到兆瓦级电站，小到玩具，都能运行光伏发电；
　　是资源的充足性，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然能源。太阳不停地向宇宙空间中发送着巨大的能量。据计算，仅一秒钟发出的能量就相当于１．３亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。而到达地球表面的太阳能，大约相当于目前全世界所有发电能力总和的２０万倍。地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的２００倍。人类只要利用太阳每天光照的5%，就可以解决和满足全球所需能源。
　　光伏发电系统工作原理太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池，又称光伏电池.太阳能电池发电的原理是光生伏打效应.当太阳光（或其他光）照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光生电子-空穴对.在电池内电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”.若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出，这样，太阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能.太阳能电池将光能转变为电能的基本原理是：太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生电子―空穴对，称为“光生载流子“，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；电性相反的光生载流子被半导体P-N结所产生的静电场分离开；光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。
　　 其工作原理示意图如下：

　　太阳能光伏发电系统的组成及分类
　　光伏发电系统一般分为两类：离网系统和并网系统。
　　离网系统是指太阳能电池发完电后储存在蓄电池内，然后供给用电设备使用的系统。该系统一般包括：太阳能电池阵列、充放电控制器、蓄电池组、逆变器等几个部分。离网系统具有使用灵活、用途广泛的特点。
　　并网系统是指太阳能电池发完电后通过并网逆变器直接输送入电网的系统。该系统一般包括：太阳能电池阵列、并网逆变器、升压控制系统等几个部分，节省了蓄电池组和充放电控制器。这类系统单位造价较低，但需要外网的支持三、光伏产业的发展趋势
　　尽管金融危机对对全球光伏产业的发展产生了重大冲击与影响，但这种冲击，估计只是短期的影响。从长远来看，光伏产业属于新兴的朝阳产业，具有光明的发展前景。
　　其原因主要在于：
　　1、传统的化石能源即石油、煤炭、天然气等均是濒临枯竭的不可再生资源，太阳能是最有前途的替代能源。
　　国际能源机构预测，到2050年，世界石油开采量将比现在减少30%，而到2080年，世界石油开采总量只有现在的50%，煤炭开采量将减少40%。人类必须寻求新的能源。
　　2、从整体看，世界各国对太阳能光伏发电的政策扶持力度在逐年加大。
　　虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。
　　各国的补贴政策主要分为两类：一类是对安装光伏系统直接进行补贴，如日本以及我国现行的“国家金太阳”和“光电建筑一体化”补贴项目；另一类是对光伏发电的上网电价进行设定，如德国、西班牙等国以及我国正在准备实施的“分布式光伏发电”项目。而美国加利福尼亚州，则是将两种政策混合执行。
　　光伏科技的进步，使光电转换效率不断提高、光能发电成本不断降低。
　　技术进步是降低光伏发电成本、提高光能利用效率、促进光伏产业和市场发展的重要因素。几十年来围绕着降低成本的各种研究开发项工作取得了显著成就，表现在电池效率不断提高、硅片厚度持续降低、产业化技术不断改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。
　　光伏新政--分布式光伏发电
　　 分布式发电通过家庭及工厂“自发自用为主，多余电量上网”的模式，免去大型电站因为电网集中接入和长距离输送存在的并网难问题，有利于光伏发电广泛应用。
　　光伏产业利好，但是仍存在一些发展瓶颈：
　　首先：分布式利用作为光伏发电发展的主要方向，但是，现行的电力体制和价格机制与之尚不适应，巨大的市场空间难以释放。应该尽快启动国内光伏发电市场，完善电价补贴等相关扶持政策，并加快拨付可再生能源电价附加补贴资金。
　　按照金太阳示范工程的规定，对于项目开发商和建筑业主非同一主体的项目，可以按照合同能源管理的方式实施，即安装光伏系统后，建筑业主将节省的电费支付给光伏开发商。这种做法电网公司认为是“变相卖电”，属于违反电力法，很多地方不予支持。此外，在开发商和建筑业主之间也常常因为利益分配的问题产生矛盾。因此需要针对此类项目出台规范的合同能源管理办法和交易标准，否则开发商将面临很大的潜在风险。
　　其次：由于分布式光伏发电存在发电量小、分布性广、可调节性差等特点，接入电网后对电网的规划设计、调控运行将产生一定的影响。因此对全面的数据监控平台，远程管理，中央控制提出了更高的技术要求。
　　第三：本着就地安装，自发自用的原则，通过智能逆变器转变后的电能直接用于负载（用电设备），因此对逆变器输出电能的谐波、畸变的电能质量方面提出了更高的要求。
　　第四：根据分布式光伏发电的基本要求：提高系统效率，降低能源消耗的原则。太阳能光伏电网所产生的是直流电，在我国一般是经过整流、逆变等环节再上网发电，假如将光伏电池产生的直流电采用分布式发电方式，直接驱动直流电器，就减少了很多环节，既节约投资又保证效率。
　　四、太阳能光伏发电与建筑设计一体化的优点
　　1.从建筑设计施工技术和经济角度来看，光伏发电与建筑设计一体化有如下优点：
　　（1）并网光伏供电系统一般安装在闲置的屋顶或外墙面上，无需额外用地或增建其他设施，适合于人口密集的住宅小区使用，这对于寸土寸金的大中城市中的建筑尤显重要。
　　（2）可实现原地发电、原地用电，在一定的距离之内可以节省电站输送电网的设施投资；对于联网用户系统来说，光伏供电系统所发电力既可供给本建筑物负载使用，也可将富余电力送入电网。在阴雨天、夜晚或光强度较弱的季节，建筑物所需负载可以由外电网供电。由于有光伏发电系统和公共电网共同负载供应电力，增加了供电的可靠性和安全性。
　　（3）夏季是日照旺季，由于大量制冷设备的使用，使电网成为用 电高峰，常出现某些地区限电拉闸现象，而此时也是光优发电系统发电量最多的时候，光优建筑一体化系统除了保证自身建筑用电外，还可以向外电网供电，从而可大大缓解高峰期电力需求的紧张状态。
　　（4）电于光伏发电系统安装在屋顶、外墙壁等外围护结构上，吸收了太阳能又把它转化为电能，大大降低了室外综合气温，减少了墙体受热和室内空调机的负荷，既节约了能源，又利于确保室内的空气品质。
　　（5）可以杜绝由于采用煤炭等化石燃料发电而导致的废气、废渣对大自然环境的严重污染，这也正是当前在世界范围内大力倡导节约能源和环境保护所寻求的重要途径之一。
　　2.建筑与光伏发电系统相结合就是把组装好的光伏组件（平板或曲面板）安装在住宅楼或高层建筑的屋顶（或外墙面）上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。这种做法质量要求和技术含量较高，且成本也较高，普遍推广受一定限制。
　　2.1建筑与光伏器件相结合建筑与光伏系统的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化；由于一般建筑物的外围护结构表面通常采用外墙涂料、幕墙或各式外墙面砖，目的是保护结构主体和装饰建筑外表。如果将光伏器件代替部分建筑材料，做成像外墙面砖、幕墙玻璃等样子来“装饰”建筑物的屋顶、外墙、门窗和遮阳设施，这样，既可当作保护主体结构和装饰建筑外表的装饰材料，又可用来发电，供建筑物内部照明等设施和冬季采暖、夏季制冷所需之电力，可谓一举多得。但是，要把光伏器件当作建材来使用，必须具备建材所要求的几项基本条件：坚固耐用、保温隔热、防水防潮，具有一定的强度和刚度等。
　　1）光伏器件用作屋顶材料建筑物的屋企顶用作太阳能光伏发电系统的一种部分有其特有的优势：日照条件好，基本上不容易被它物遮挡，可以充分接受太阳光的辐射，且光伏器件组成系统后可以紧贴屋面结构安装，减少了自然界风力对其的不利影响；太阳能电池组件替代屋面保温隔热层来保护屋面不受严寒酷暑侵袭，不但节约了建筑成本，就是太阳能光伏发电系统本身，其单位面积的价格也可大大降低；用太阳能光伏器件代替建筑屋顶材料，使其适用范围不再局限于平屋面，坡屋面、弧形或球形屋面也同样可以采用。与屋面结合为一体的另一种光伏发电系统是：采用太阳能瓦代替普通瓦。太阳能是太阳能光电池与屋顶瓦结合成一体化的产品；这种材料的特点在于使太阳能光伏器件与建筑实现真正意义上的一体化，即把太阳能光电瓦像普通瓦一样摊铺在屋面上，不需要另外安装什么支架，只需把太阳能瓦拼缝部位处理得不透风、不漏水即可。
　　2）光伏器件与外墙面相结合对多层、小高屋和高层建筑来说，朝阳外墙面是受太阳光照射最大的外表面；为了有效利用墙面收集太阳能，可以采用多种墙体材料和构造做法，包括与太阳能电池板一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附着于外墙面的集热器等等，既节能环保，又使建筑立面设计多样化。
　　3）光伏器件与外墙窗、遮阳板及其它建筑构件一体化设计。光伏器件要与外墙窗或天窗相结合，只需做到该器件既能吸收光能后发电，又能透光即可；而与遮阳板结合，则可使光电板通过光控装置随阳光照射方向作相应转动就能做到既遮阳又发电了；光伏器件还可与小区内景观小品，如路灯、围栏、凉亭等组合成一体化设计，白天吸收光能并转换成电能予以储存，夜晚释放电能使路灯、彩灯、节日灯大放异彩。
　　结束语
　　太阳能光伏发电作为一种取之不尽、用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着光伏发电产业化进程和技术开发的深化, 它的效率、性价比将得到提高, 它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用, 也将极大地推动中国“绿色电力工程”的快速发展。
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