我国按各地区接受太阳能总辐射量划分,可分为五类地区,其中,一、二、三类地区全年日照时数大于2000小时,这三类地区总面积约占全国总面积的70%,具有利用太阳能的良好条件,所以:我国绝大多数地区的太阳能资源相当丰富,采用太阳能光伏发电系统非常有利。
1 太阳能光伏系统工程组成
太阳能光伏系统工程一般分为并网运行系统和独立运行系统两大类。其中并网运行系统一般分为两大部分:光伏电池系统和控制系统。独立运行系统常运用于光电建筑一体化,一般分为四大部分:光伏电池系统、控制系统、蓄电池组和支撑结构系统。光伏电池系统通常采用晶体硅或薄膜材料加工而成,是光伏系统中最关键的技术,使用寿命为20～30年。市场上生产和使用的光伏电池以晶体硅材料为主,晶体硅约占光伏电池总量的90%,主要有单晶硅电池和多晶硅电池,单晶硅光电转换平均效率约为15～18%,多晶硅的平均效率约为12～15%,目前市场价格约在每瓦14～16元。薄膜电池材料主要有三种:非晶硅(a-Si)、铜铟硒(CIS,CIGS)和碲化镉(CdTe),光电转换平均效率约为5～8%,目前市场价格一般在每瓦12～14元之间。由于弱光效应和温度系数效应两个因素影响,在立面光伏幕墙方面,相同功率非晶硅光伏幕墙比晶体硅光伏幕墙多发15～20%的电量。
控制系统是利用太阳能电池的光伏效应将太阳能转化为直流电能并贮存,或通过逆变器等将直流电能转化为交流电直接供交流负载使用,主要包括控制器、逆变器等。
蓄电池组用来贮存光伏电池发出的电能,并向负载供电。如光伏电池所发电能直接向负载供电,则无需蓄电池组。
支撑结构系统主要是光伏系统工程的依附结构,包括简易支撑系统、屋面系统和幕墙系统等。将太阳能光伏系统与屋面或幕墙综合考虑,形成光伏屋面系统和光伏幕墙系统,这两种系统是太阳能光伏建筑一体化技术中最常见的两种形式。
2 太阳能光伏系统成本分析
要进行太阳能光伏系统成本分析,首先需确定光伏系统工程每平米年发电量,从而计算出系统的投资回收期,下面通过方大大厦太阳能光伏系统应用实例进行论述。
2.1 光伏系统工程应用实例
从相关资料可知,每平方米晶体硅电池的年发电量为110～120KWh,薄膜电池的年发电量为40～50 KWh,下面通过方大大厦具体工程实例进行验证。
方大大厦位于深圳高新技术产业园区内(如图1),2002年底,在大厦成功安装了匡内第一个太阳能光伏系统,于当年完成调试并开始正常工作。光伏幕墙系统用于该大厦正立面红色三角形的电梯筒顶部(见图2),光伏电池采用多晶硅,设计峰值发电功率艿10.8Kwp,平均光电转换率14%,输出频率为50±0.5HZ,电压220± 10%。该幕墙所发电量主要提供南北两侧楼梯间及地下车库照明,目前系统运行稳定。
从2003年I月正式运作开始,一直对该光伏幕墙系统进行数据记录并定期归档,保证了记录数据的真实性和连续性c已运行近7年时间,截止到2008年12月,共6年整时间,累计发电量为钽42034kWh,累计可发电天数为13%天。
深圳属于Ⅲ类光气候区,从图3可以看出,每年的5月至10月,深圳的太阳辐照度较强,发电效率较高,每年的1月至4月相对较低。另外,从光伏幕墙发电量与每月具各发电条件天数(图4)的基本波形比较来看,两图基本匹配,也从另一个方面反映出检测数据比较符合实际情况。
由于本工程的光伏幕墙完全是按照建筑要求进行布置,并没有按照光伏电池最佳的倾斜角和方位角进行设计,为说明光伏幕墙的实际发电量,需将幕墙按最佳设置角度进行换算,计算出在最佳条件下每平方米光伏电池的年发电量。换算后每平米年平均发电量如表1。
从以上汇总表可以看出,每平方米光伏幕墙年平均发电量为111.0千瓦时,与晶体硅年发电量为110～120KWh相吻合。按每度电￥1.OO计算,每平米光伏幕墙的产出值为￥111.00元。
3 太阳能光伏系统应用面临的因难 虽然光伏发电系统存在一些问题,但作为一种绿色能源,它具有火力、水力发电无可比拟的优势,同时,光伏发电技术已成熟,是最具可持续发展理想特征的可再生能源技术,也是世界最优先发展的技术之一,应该大力推广。 当前,光伏系统的推广和运用的困难主要有以下两点:一是光伏系统的造价较高,晶体硅电池的光伏系统工程每平米造价约为4OO0～6000元,薄膜电池的光伏系统工程每平米造价约为2000～3000元,在光伏电池的有效使用年限内一般无法回收成本;二是发电成本远远高于市电成本,建设方一般难以接受。目前,太阳能光伏发电成本约为2～3千瓦时,而火力发电成本约为0.3元/千瓦时,水力发电的运营成本约为0.05元/千瓦时。基于以上两点,使光伏系统工程产业不能形成规模化地推广和运用,反过来又直接影响光伏系统造价居高不下,产生恶性循环,从而严重阻碍了光伏系统的推广和运用。 那如何走出这个恶性循环的怪圈?政府的相关扶持政策非常重要。政府相关政策的制定对推动光伏发电技术的发展和运用有着举足轻重的作用,欧美和日本等国家的相关政策值得我们借签。 4 太阳能光伏系统的相关扶持政策 前些年,我国也出台了一些相应的光伏系统挟持政策,但力度不大,效果也不好。09年3月,财政部下发《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,对单项工程应用太阳能光电产品装机容量大于50kWp以上工程进行补助,补助标准为20元/Wp。 09年7月,财政部、科技部和国家能源局联合发布《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》,对单个项目装机容量大于3O0kWp以上工程进行补助,并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助,偏远无电地区的独立光伏发电系统按`总投资的20%给予补助。这两项暂行办法都非常明确地提出了相应的挟持办法,必将对我国光伏产业的持续、健康发展起到积极地推动作用。 所以,现阶段,我们需要解决两个方面的问题,一是成本的问题。我们应该加大光伏电池自主创新的力度,研发不受制于国外技个的低成本的浒伏发电技术,大大降低光伏系统工程的成本,使其具有更优的性价比,国内现在不少企业正在加紧向这方面努力;二政策的问题。政府应多出台一些相应的扶持政策,如对中小型光伏系统工程,乃至家庭式的光伏发电系统,积极鼓励使用光伏系统,引导光伏发电技术走上良性发展的道路。解决了这两个方面的问题,我国太阳能光伏系统的发展一定能走到世界的前列。