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科普贴:认识光伏发电

国际太阳能光伏网  来源:火电技术  日期:2017-11-02
  光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
 
  1光伏效应
 
  如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发,以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前,将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离,将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大。
 
  2、原理
 
  太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
 
  太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
 
  (1) 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。
 
  (2) 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染。
 
  3、系统组成
 
  光伏发电系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,逆变器,交流配电柜,太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分设备的作用是:
 
  电池方阵
 
  在有光照(无论是太阳光,还是其它发光体产生的光照)情况下,电池吸收光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成电能,是能量转换的器件。太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。
 
  蓄电池组
 
  其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。太阳能电池发电对所用蓄电池组的基本要求是:a.自放电率低;b.使用寿命长;c.深放电能力强;d.充电效率高;e.少维护或免维护;f.工作温度范围宽;g.价格低廉。
 
  控制器
 
  是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。由于蓄电池的循环充放电次数及放电深度是决定蓄电池使用寿命的重要因素,因此能控制蓄电池组过充电或过放电的充放电控制器是必不可少的设备。
 
  逆变器
 
  是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,
 
  而负载是交流负载时,逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器电路简单,造价低,但谐波分量大,一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高,但可以适用于各种负载。
 
  4、系统分类
 
  光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统。
 
  1、独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统,通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
 
  2、并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。
 
  可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能,当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑;不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能,一般安装在较大型的系统上。 并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,还没有太大发展。而分散式小型并网光伏,特别是光伏建筑一体化光伏发电,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网光伏发电的主流。
 
  3、分布式光伏发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。 

       4、分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。
 
  5、优缺点
 
  与常用的发电系统相比,太阳能光伏发电的优点主要体现在:
 
  太阳能发电被称为最理想的新能源。①无枯竭危险;②安全可靠,无噪声,无污染排放外,绝对干净(无公害);③不受资源分布地域的限制,可利用建筑屋面的优势;④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电;⑤能源质量高;⑥使用者从感情上容易接受;⑦建设周期短,获取能源花费的时间短。
 
  缺点:
 
  ①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。利用太阳能来发电,设备成本高,却太阳能利用率较低,不能广泛应用,主要用在一些特殊环境下,如卫星等。
 
  6、应用领域
 
  一、用户太阳能电源:(1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收录机等;(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、 灌溉。
 
  二、交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。
 
  三、通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。
 
  四、石油、海洋、气象领域:石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等
 
  五、家庭灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。
 
  六、光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。
 
  七、太阳能建筑将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。
 
  八、其他领域包括:(1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;(3)海水淡化设备供电;(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。
 
  相关政策
 
  国家能源局于2013年11月26日发布有效期为3年的《光伏发电运营监管暂行办法》,规定电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目的上网电量,明确了能源主管部门及其派出机构对于光伏发电并网运营的各项监管责任,光伏发电项目运营主体和电网企业应当承担的责任,从而推进光伏发电并网有序进行。正文如下:
 
  《光伏发电运营监管暂行办法》
 
  第一章 总则
 
  第一条 为加强监管,切实保障光伏发电系统有效运行,优化能源供应方式,促进节能减排,根据《中华人民共和国可再生能源法》、《电力监管条例》等法律法规和国家有关规定,制定本办法。
 
  第二条 本办法适用于并网光伏电站项目和分布式光伏发电项目。
 
  第三条 国务院能源主管部门及其派出机构依照本办法对光伏发电项目的并网、运行、交易、信息披露等进行监管。
 
  任何单位和个人发现违反本办法和国家有关规定的行为,可以向国务院能源主管部门及其派出机构投诉和举报,国务院能源主管部门及其派出机构应依法处理。
 
  第四条 光伏发电项目运营主体和电网企业应当遵守电力业务许可制度,依法开展光伏发电相关业务,并接受国务院能源主管部门及其派出机构的监管。
 
  第二章 监管内容
 
  第五条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电项目运营主体和电网企业电力许可制度执行情况实施监管。
 
  除按规定实施电力业务许可豁免的光伏发电项目外,其他并网光伏发电项目运营主体应当申领电力业务许可证。持证经营主体应当保持许可条件,许可事项或登记事项发生变化的,应当按规定办理变更手续。
 
  第六条 国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定对光伏发电电能质量情况实施监管。
 
  光伏发电并网点的电能质量应符合国家标准,确保电网可靠运行。
 
  第七条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电配套电网建设情况实施监管。
 
  接入公共电网的光伏发电项目,接入系统工程以及接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。接入用户侧的光伏发电项目,接入系统工程由项目运营主体投资建设,接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。
 
  第八条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网服务情况实施监管。
 
  电网企业应当按照积极服务、简洁高效的原则,建立和完善光伏电站项目接网服务流程,并提供并网办理流程说明、相关政策解释、并网工作进度查询以及配合并网调试和验收等服务。
 
  电网企业应当为分布式光伏发电接入提供便利条件,在并网申请受理、接入系统方案制订、合同和协议签署、并网验收和并网调试全过程服务中,按照“一口对外”的原则,简化办理程序。
 
  电网企业对分布式光伏发电项目免收系统备用容量费和相关服务费用。
 
  第九条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网环节的时限情况实施监管。
 
  光伏电站项目并网环节时限按照国家能源局有关规定执行。
 
  分布式光伏发电项目,电网企业自受理并网申请之日起25个工作日内向项目业主提供接入系统方案;自项目业主确认接入系统方案起5个工作日内,提供接入电网意见函,项目业主据此开展项目备案和工程设计等后续工作;自受理并网验收及并网调试申请起10个工作日内完成关口电能计量装置安装服务,并与项目业主按照要求签署购售电合同和并网协议;自关口电能计量装置安装完成后10个工作日内组织并网验收及并网调试,向项目业主提供验收意见,调试通过后直接转入并网运行,验收标准按国家有关规定执行。若验收不合格,电网企业应向项目业主提出解决方案。
 
  第十条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电项目购售电合同和并网协议签订、执行和备案情况实施监管。
 
  电网企业应与光伏电站项目运营主体签订购售电合同和并网调度协议,合同和协议签订应当符合国家有关规定,并在合同和协议签订10个工作日内向国务院能源主管部门派出机构备案。光伏电站购售电合同和并网调度协议范本,国务院能源主管部门将会同国家工商行政管理部门另行制定。
 
  电网企业应按照有关规定及时与分布式光伏发电项目运营主体签订并网协议和购售电合同。
 
  第十一条 国务院能源主管部门及其派出机构对电力调度机构优先调度光伏发电的情况实施监管。
 
  电力调度机构应当按照国家有关可再生能源发电上网规定,编制发电调度计划并组织实施。电力调度机构除因不可抗力或者有危及电网安全稳定的情形外,不得限制光伏发电出力。
 
  本办法所称危及电网安全稳定的情形,应由国务院能源主管部门及其派出机构组织认定。
 
  光伏发电项目运营主体应当遵守发电厂并网运行管理有关规定,服从调度指挥、执行调度命令。
 
  第十二条 国务院能源主管部门及其派出机构对电网企业收购光伏发电电量的情况实施监管。
 
  电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内光伏发电项目的上网电量。因不可抗力或者有危及电网安全稳定的情形,未能全额收购的,电网企业应当及时将未能全额上网的时间、原因等信息书面告知光伏发电项目运营主体,并报国务院能源主管部门派出机构备案。
 
  第十三条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电并网运行维护情况实施监管。
 
  并网光伏电站项目运营主体负责光伏电站场址内集电线路和升压站的运行、维护和管理,电网企业负责光伏电站配套电力送出工程和公共电网的运行、维护和管理。电网企业安排电网设备检修应尽量不影响并网光伏电站送出能力,并提前三个月书面通知并网光伏电站项目运营主体。
 
  分布式光伏发电项目运营主体可以在电网企业的指导下,负责光伏发电设备的运行、维护和项目管理。
 
  第十四条 国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定对光伏发电电量和上网电量计量情况实施监管。
 
  光伏电站项目上网电量计量点原则上设置在产权分界点处,对项目上网电量进行计量。电网企业负责定期进行检测校表,装置配置和检测应满足国家和行业有关电量计量技术标准和规定。
 
  电网企业对分布式光伏发电项目应安装两套计量装置,对全部发电量、上网电量分别计量。
 
  第十五条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电电费结算情况实施监管。
 
  光伏发电项目电费结算按照有关规定执行。以自然人为运营主体的,电网企业应尽量简化程序,提供便捷的结算服务。
 
  第十六条 国务院能源主管部门及其派出机构对光伏发电补贴发放情况实施监管。
 
  电网企业应按照国家核定的补贴标准,及时、足额转付补贴资金。
 
  第三章 监管措施
 
  第十七条 国务院能源主管部门派出机构与省级能源主管部门应当加强光伏发电项目管理和监管信息共享,形成有机协作、分工负责的工作机制。
 
  第十八条 电网企业应向所在地区的国务院能源主管部门派出机构按季度报送以下信息:
 
  1.光伏发电项目并网接入情况,包括接入电压等级、接入容量、并网接入时间等。
 
  2.光伏发电项目并网交易情况,包括发电量、自用电量、上网电量、网购电量等。
 
  3.光伏电站项目并网运行过程中遇到的重要问题等。
 
  并网光伏电站运营主体应根据产业监测和质量监督等相关规定,定期将运行信息上报,并对发生的事故及重要问题及时向所在省(市)的国务院能源主管部门派出机构报告。
 
  国务院能源主管部门及其派出机构根据履行监管职责的需要,可以要求光伏发电运营主体和电网企业报送与监管事项相关的其他文件、资料。
 
  第十九条 国务院能源主管部门及其派出机构可采取下列措施进行现场检查:
 
  1.进入并网光伏电站和电网企业进行检查;
 
  2.询问光伏发电项目和调度机构工作人员,要求其对有关检查事项作出说明;
 
  3.查阅、复制与检查事项有关的文件、资料,对可能被转移、隐匿、损毁的文件、资料予以封存;
 
  4.对检查中发现的违法行为,有权当场予以纠正或者要求限期改正。
 
  第二十条 光伏发电项目运营主体与电网企业就并网无法达成协议,影响电力交易正常进行的,国务院能源主管部门及其派出机构应当进行协调;经协调仍不能达成协议的,由国务院能源主管部门及其派出机构按照有关规定予以裁决。
 
  电网企业和光伏发电项目运营主体因履行合同等发生争议,可以向国务院能源主管部门及其派出机构申请调解。
 
  第二十一条 国务院能源主管部门及其派出机构可以向社会公开全国光伏发电运营情况、电力企业对国家有关可再生能源政策、规定的执行情况等。
 
  第二十二条 电网企业和光伏发电项目运营主体违反本办法规定,国务院能源主管部门及其派出机构可依照《中华人民共和国可再生能源法》和《电力监管条例》等追究其相关责任。
 
  电网企业未按照规定完成收购可再生能源电量,造成光伏发电项目运营主体经济损失的,应当按照《中华人民共和国可再生能源法》的规定承担赔偿责任。
 
  第四章 附则
 
  第二十三条 本办法由国家能源局负责解释,各派出机构可根据本地实际情况拟定监管实施细则。
 
  第二十四条 本办法自发布之日起施行,有效期为3年。
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