原理及意義篇

1. 什么是光伏發(fā)電？什么是分布式光伏發(fā)電？

答：光伏發(fā)電是指利用太陽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)今太陽光發(fā)電的主流，所以，現(xiàn)在人們通常說的太陽光發(fā)電主要是指太陽能光伏發(fā)電。

分布式光伏發(fā)電，是指在用戶所在場地附近建設(shè)、運行方式以用戶側(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�陽能資源，替代和減少化石能源消費。

2. 您知道光伏發(fā)電的歷史起源嗎？

答：

• 1839年，19歲的法國貝克勒爾做物理實驗時，發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)電液中的兩種金屬電極用光照射時，電流會加強(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“太陽電池”，是太陽能變成電能；

• 1932年 奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池；

• 1941年，奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)；

• 1954年5月美國貝爾實驗室恰賓、富勒和皮爾松開發(fā)出效率為6%的單晶硅太陽電池，這是世界上第一個有實用價值的太陽電池。同年，威克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了太陽電池。太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)由此誕生并發(fā)展起來。

1954年，美國貝爾實驗室

美國貝爾實驗室制成的第一批太陽電池

3. 光伏電池是怎么發(fā)電的？

答：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永久的不平衡，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并積累，從而在其兩端形成電動勢，當(dāng)用導(dǎo)體將其兩端閉合時便產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。

太陽能發(fā)電原理圖

4. 光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成？

答：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，我們可以直接以直流電的形式應(yīng)用，也可以用逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電，加以應(yīng)用。從另一個角度來看，對于光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能我們可以即發(fā)即用，也可以用蓄電池等儲能裝置將電能存放起來，按照需要隨時釋放出來使用。其系統(tǒng)組成如下圖所示。

太陽電池發(fā)電系統(tǒng)示意圖

5. 什么是配電網(wǎng)？配電網(wǎng)與分布式光伏發(fā)電有什么關(guān)系？

答：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、開環(huán)運行，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。

分布式電源示意圖

6. 為什么說光伏電力是綠色低碳能源？

答：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)能量回報超過其能源消耗的15倍以上，光伏發(fā)電的碳排放量僅是燃煤發(fā)電的5%左右。歐盟已提出2030年光伏發(fā)電約占總發(fā)電量15%的宏偉愿景。世界發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將其作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并在近20年中獲得了快速發(fā)展。我國面臨著更為嚴(yán)峻的能源和環(huán)境壓力，如參比歐盟相同的光伏占發(fā)電量15%的目標(biāo)，則到2030年我國光伏總裝機(jī)容量將達(dá)到10.5億千瓦，按年發(fā)電1200小時計算，年發(fā)電量可達(dá)12600億千瓦時，相當(dāng)于2012年全國總用電量的25%，可節(jié)約用煤4.08億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，實現(xiàn)減排二氧化碳約9.9億噸，年減排二氧化硫、氮氧化物、粉塵分別達(dá)到914萬噸、184萬噸、23萬噸，同時可減少因燃煤發(fā)電帶來的固廢排放1.4億噸和用水31.75億噸。根據(jù)世界自然基金會（WWF）研究結(jié)果：從減排二氧化碳效果而言，安裝1平米太陽能光伏相當(dāng)于植樹造林100平米，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。

7. 如何看待有報道說“生產(chǎn)光伏電池組件時消耗大量能源”的消息？

答：太陽電池在其生產(chǎn)過程中確實要消耗一定的能量，特別是工業(yè)硅提純、高純多晶硅生產(chǎn)、單晶硅硅棒/多晶硅硅錠生產(chǎn)三個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗較高。但是太陽能電池在20-25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)能量回報超過其能源消耗的15倍以上。在北京以最佳傾角安裝的1kWp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20-30年。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價光伏電池的能耗。

8. 我們有多少太陽光可以利用？它能夠成為未來主導(dǎo)能源嗎？

答：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。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，面臨著能源和環(huán)境的雙重壓力，從2007年開始我國已經(jīng)成為世界二氧化碳第一排放國，且還將持續(xù)走高。據(jù)國際能源署統(tǒng)計，2012年我國二氧化碳排放新增量為3億噸，超過歐美當(dāng)年減排2.5億噸的總減排量，我國承受的國際壓力越來越大。據(jù)預(yù)測，直到2030年，我國才會達(dá)到排放頂點；我國不僅是原油進(jìn)口大國，也已成為原煤進(jìn)口的第一大國，2012年凈進(jìn)口原煤2.4億噸。原油的對外依存度高達(dá)56%，我國還是電力消費和電力裝機(jī)世界第一大國，可常規(guī)能源儲采比卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。如果不把光伏發(fā)電等可再生能源戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)作為我國的百年大計，能源短缺和環(huán)境的持續(xù)惡化就不能得到根本的改善。大力發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是我國能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要出路之一。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。