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(yáng)電池把太陽(yáng)輻射能直接轉變成電能的發(fā)電方式。光伏發(fā)電是當今太陽(yáng)光發(fā)電的主流，所以，現在人們通常說(shuō)的太陽(yáng)光發(fā)電主要是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電。

分布式光伏發(fā)電，是指在用戶(hù)所在場(chǎng)地附近建設、運行方式以用戶(hù)側自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)，且在配電系統平衡調節為特征的光伏發(fā)電設施。

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，充分利用當地太陽(yáng)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(shí)驗時(shí)，發(fā)現在導電液中的兩種金屬電極用光照射時(shí)，電流會(huì )加強，從而發(fā)現了 “光生伏打效應”；

• 1930年 朗格首次提出用“光伏效應”制造“太陽(yáng)電池”，是太陽(yáng)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(yáng)電池；

• 1941年，奧爾在硅上發(fā)現光伏效應；

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

1954年，美國貝爾實(shí)驗室

美國貝爾實(shí)驗室制成的第一批太陽(yáng)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-電轉換特性的半導體器件，它直接將太陽(yáng)輻射能轉換成直流電，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體材料。在陽(yáng)光照射下，具有特殊電性能的半導體內可以產(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，當用導體將其兩端閉合時(shí)便產(chǎn)生電流。這種現象被稱(chēng)為“光生伏打效應”，簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏效應”。

太陽(yáng)能發(fā)電原理圖

4. 光伏發(fā)電系統由哪些部件構成？

答：光伏發(fā)電系統由光伏方陣（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(yáng)的光能直接轉化為電能。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用，也可以用逆變器將其轉換成為交流電，加以應用。從另一個(gè)角度來(lái)看，對于光伏系統產(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(lái)，按照需要隨時(shí)釋放出來(lái)使用。其系統組成如下圖所示。

太陽(yáng)電池發(fā)電系統示意圖

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)或地區發(fā)電廠(chǎng)接受電能，通過(guò)配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類(lèi)用戶(hù)的電力網(wǎng)，是由架空線(xiàn)路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開(kāi)關(guān)、無(wú)功補償電容、計量裝置以及一些附屬設施等組成的，一般采用閉環(huán)設計、開(kāi)環(huán)運行，其結構呈輻射狀。

分布式電源接入配電網(wǎng)，使配電系統中發(fā)電與用電并存，配電網(wǎng)結構從放射狀結構變?yōu)槎嚯娫唇Y構，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(shuō)光伏電力是綠色低碳能源？

答：光伏發(fā)電具有顯著(zhù)的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，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)電系統全壽命周期內能量回報超過(guò)其能源消耗的15倍以上，光伏發(fā)電的碳排放量?jì)H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)達國家已經(jīng)將其作為戰略性新興產(chǎn)業(yè)，并在近20年中獲得了快速發(fā)展。我國面臨著(zhù)更為嚴峻的能源和環(huán)境壓力，如參比歐盟相同的光伏占發(fā)電量15%的目標，則到2030年我國光伏總裝機容量將達到10.5億千瓦，按年發(fā)電1200小時(shí)計算，年發(fā)電量可達12600億千瓦時(shí)，相當于2012年全國總用電量的25%，可節約用煤4.08億噸標準煤，實(shí)現減排二氧化碳約9.9億噸，年減排二氧化硫、氮氧化物、粉塵分別達到914萬(wàn)噸、184萬(wàn)噸、23萬(wàn)噸，同時(shí)可減少因燃煤發(fā)電帶來(lái)的固廢排放1.4億噸和用水31.75億噸。根據世界自然基金會(huì )（WWF）研究結果：從減排二氧化碳效果而言，安裝1平米太陽(yáng)能光伏相當于植樹(shù)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(wèn)題的有效手段。

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

答：太陽(yáng)電池在其生產(chǎn)過(guò)程中確實(shí)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(gè)生產(chǎn)環(huán)節的能耗較高。但是太陽(yáng)能電池在20-25年的使用壽命期內能夠不斷產(chǎn)生能量。據測算，在我國平均日照條件下，光伏發(fā)電系統全壽命周期內能量回報超過(guò)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)系統的能量回收期為1.5-2年，遠低于光伏系統的使用壽命期20-30年。也就是說(shuō)，該光伏系統前1.5-2年發(fā)出的電量是用來(lái)抵消其生產(chǎn)等過(guò)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。所以應該從全生命周期的角度評價(jià)光伏電池的能耗。

8. 我們有多少太陽(yáng)光可以利用？它能夠成為未來(lái)主導能源嗎？

答：地球表面接受的太陽(yáng)能輻射能夠滿(mǎn)足全球能源需求的1萬(wàn)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。國際能源署數據顯示，在全球4%的沙漠上安裝太陽(yáng)能光伏系統，就足以滿(mǎn)足全球能源需求。太陽(yáng)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(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，面臨著(zhù)能源和環(huán)境的雙重壓力，從2007年開(kāi)始我國已經(jīng)成為世界二氧化碳第一排放國，且還將持續走高。據國際能源署統計，2012年我國二氧化碳排放新增量為3億噸，超過(guò)歐美當年減排2.5億噸的總減排量，我國承受的國際壓力越來(lái)越大。據預測，直到2030年，我國才會(huì )達到排放頂點(diǎn)；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56%，我國還是電力消費和電力裝機世界第一大國，可常規能源儲采比卻遠遠低于世界平均水平。如果不把光伏發(fā)電等可再生能源戰略性新興產(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)境可持續發(fā)展的主要出路之一。隨著(zhù)光伏發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步和規�；瘧�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方式，逐步從補充能源到替代能源并極有希望成為未來(lái)的主導能源。