论文部分内容阅读
摘要：本文分析了当前国内光伏产业发展现状，并提出了光伏产业的发展方向，简单介绍了小型（家庭）分布式光伏发电系统的组成及工作原理，为小型（家庭）分布式光伏发电系统的实现提供了理论和实际参考经验。
关键词：光伏发展 分布式光伏 光伏系统原理 家庭太阳能
中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号：
一、光伏产业现状。
在全世界范围内，人们面对化石能源的逐渐枯竭和人类生态环境的日益恶化，都逐渐认识到能源供应方面必须走可持续发展的道路。中国作为一个拥有人口超过13亿，经济总量位居世界第二位，但却是是世界上最大的能源消耗国和第一大二氧化碳排放国。中国单位GDP的能耗是日本的7倍、美国的6倍，甚至是印度的2.8倍，这表明我们在GDP质量上与其它国家有着很大的差距，对GDP的疯狂追求使我们付出了环境污染的代价和高耗能的代价，最近在全国组织工作会议上习近平主席指出再也不能简单以国内生产总值增长率来论英雄了。这让我们社会反思GDP中的问题，剔除GDP中含有无效的成分和水分，降低单位GDP能耗，改变能源消费结构，逐渐提高可再生能源在工业经济中的比例，最终摆脱对化石能源的依赖。
在可再生能源中，太阳能光伏提供了独特的优势和机遇，太阳能是至今为止地球上可用的最大能量来源，它提供了其他可再生能源不能提供的好处。太阳能电池给人类创造了一种越过一级和二级能源，直接向地球上一切能量的总源泉- 太阳，索取能量的捷径：光能直接转化为电能。光伏是新能源中最有可能民间普及的能源方式，其应用灵活性、产业链广度、就业覆盖力，是水/核/风等能源无法比拟的，但目前来看，由于中国的光伏行业近10年左右的高速发展，光伏产能已经达到35GW，占全球总产能的60%以上，而中国光伏产品90%以上出口，70%销往欧盟，10%销往美国，销往世界其他国家的约占10%，国内市场不到10%。而另一方面，我们生产光伏太阳能天池的高纯度晶体硅等原料又主要依赖进口，因此光伏行业受到国际上贸易保护主义的影响很大，相当多的光伏企业都因为美国双反以及欧洲的反倾销调查致使产品积压资金链断裂因而破产，比如享有盛誉的新奥光伏不得不转移生产线进入美国市场，甚至无锡尚德这样的龙头企业也受到了相当大的冲击。光伏这样一个可再生、无限量、无污染、触手可及的新能源产业方向在哪里呢，其实就在我们脚下——中国国内光伏市场，中国城市大面积的独栋/别墅/公共建筑，农村的平房/独院，是中国光伏市场尚未开发的蓝海，分布式光伏屋顶系统，发电量小，自发自用，不影响电网运行，市场大，这也恰是欧美鼓励发展的方向，最近中国国务院出台了6大政策扶持光伏产业，包括增加国内光伏装机容量、扶持光伏骨干企业、光伏电站及分布式光伏发电电价补贴等令人振奋人心的政策和意见，其中“重点拓展分布式光伏发电的应用”更是让人期待，如果光伏产品可以走进人们日常生活的方方面面，那么，巨大的产能将会化整为零，光伏技术将在解决能源危机，改善环境方面发挥更大的价值，因此光伏进入中国千家万户，才是光伏产业的真正发展方向。
二、小型（家庭）分布式太阳能发电系统的组成及工作原理
一般来说，小型太阳能光伏发电系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组和逆变器等部分。小型家庭式太阳能光伏发电系统的结构如图所示。
小型太阳能光伏发电系统的结构图
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，一个组件上，太阳能电池的标准数量是36片（10cm×10cm），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。
控制器也是整个光伏系统的核心部件之一，其运行状态决定着系统的运行状态，它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出,是整个系统的核心控制部分。
蓄电池将太阳电池产生的電能储存起来,当光照不足,或负载需求大于太阳能电池所发的电量时,将储存的电能释放,以满足负载的能量需求,它是太阳能光伏系统的储能部件，目前光伏系统常用的是铅酸蓄电池,通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池。
混合型逆变器是将直流电变换为交流电的设备，具有光伏并网、离网发电功能，混合型逆变器能有效克服现有太阳能逆变器只能并网发电、以及离网逆变器在太阳光照较弱时，负载用电受到限制的局限，可有效地提高设备对太阳能的利用效率，特别适用于电网不稳定或电网供电成本较高的场合，虽然混合型逆变器具有很大的优势，但还并没有得到全面普及，所以选择并网型逆变器或者根据用户环境使用离网型逆变器，也可以满足不同用户的大部分需求。
220V交流市电线路既可以接收光伏发出的多余电量，供其它用户使用，又可以在夜晚或蓄电池电量不足时提供给负载以稳定的电源，满足用户用电的可靠性。
三、小型分布式太阳能发电系统的整体优点
安全可靠、无噪声、无辐射、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、寿命长；就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题，因为建设在用户侧，容量小，电压等级低，所产生的电力主要自用，从而对电网的影响也小，这样不受地理位置限制、建设周期短、拆装简易、移动方便；即装即用、拆装损毁成本低、可以方便地与建筑物相结合，电压稳定、电源质量高，适用于城市、乡村、农场、山头、海岛、高速公路等各种地方的用电，也是可以作为非常优秀的应急备用电源。
四、小型（家庭）分布式太阳能发电系统安装所需条件
1、申请。
根据国家电网颁布的《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》安装光伏发电项目的个人用户需满足何种条件，国家电网和下属电力公司并无硬性规定。只要个人用户提出申请，且具备所有条件（个人住宅提供居民身份证、户口簿、房产证等材料；占用公共面积提供其他业主、物业、居委会的同意证明），电力公司受理用户申请后，会安排工作人员上门现场勘察，做一套接入系统方案；如附近的电源点、家里光伏安装在什么位置等。
2、安装施工。
购买家庭用的光伏发电系统设备前计算家庭用电需求，一般家庭8kw足以满足家庭需要,这也符合国家电网对分布式光伏发电网点装机容量的规定，根据市面上一块250W规格的电池板进行简单计算，用户只需购买太阳能电池板数量8000W/250W=32块。目前前市场上的太阳能电池板大致分为单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜电池以及非晶硅薄膜电池。对于太阳能电池而言，最重要的参数是转换效率，目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25%，多晶硅电池效率为20.4%,薄膜电池效率不到20%，非晶硅薄膜电池的效率仅10.1%，其价格也差距较多，根据个人需求进行合理的选择购买。
3、申请入网
北京地区申请一个月左右可以入网，业主根据接入方案找有资质的施工单位施工后，提出并网申请，电力公司会派人上门安装电表、和用户签并网合同，并进行并网调试。电力公司会免费为用户安装两块电表，一块是计量光伏发电电量的电表，另一个是双向计量电表，即用户自己用电和卖到电网的电量计量电表。这样用户可以实时看到自己每天的用电情况、发电情况和输到电网上的电量情况。也就是电力公司提倡的，发电量可以全部上网，也可全部自用，或者自发自用，余电上网。
参考文献:
[1] 刘树民，宏伟. 太阳能光伏发电系统的设计与施工[D] ．科学出版社 版次：2006-4-1
［2］崔容强，赵春江，吴达成．并网型太阳能光伏发电系统［M］．北学工业出版社，2007
关键词：光伏发展 分布式光伏 光伏系统原理 家庭太阳能
中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号：
一、光伏产业现状。
在全世界范围内，人们面对化石能源的逐渐枯竭和人类生态环境的日益恶化，都逐渐认识到能源供应方面必须走可持续发展的道路。中国作为一个拥有人口超过13亿，经济总量位居世界第二位，但却是是世界上最大的能源消耗国和第一大二氧化碳排放国。中国单位GDP的能耗是日本的7倍、美国的6倍，甚至是印度的2.8倍，这表明我们在GDP质量上与其它国家有着很大的差距，对GDP的疯狂追求使我们付出了环境污染的代价和高耗能的代价，最近在全国组织工作会议上习近平主席指出再也不能简单以国内生产总值增长率来论英雄了。这让我们社会反思GDP中的问题，剔除GDP中含有无效的成分和水分，降低单位GDP能耗，改变能源消费结构，逐渐提高可再生能源在工业经济中的比例，最终摆脱对化石能源的依赖。
在可再生能源中，太阳能光伏提供了独特的优势和机遇，太阳能是至今为止地球上可用的最大能量来源，它提供了其他可再生能源不能提供的好处。太阳能电池给人类创造了一种越过一级和二级能源，直接向地球上一切能量的总源泉- 太阳，索取能量的捷径：光能直接转化为电能。光伏是新能源中最有可能民间普及的能源方式，其应用灵活性、产业链广度、就业覆盖力，是水/核/风等能源无法比拟的，但目前来看，由于中国的光伏行业近10年左右的高速发展，光伏产能已经达到35GW，占全球总产能的60%以上，而中国光伏产品90%以上出口，70%销往欧盟，10%销往美国，销往世界其他国家的约占10%，国内市场不到10%。而另一方面，我们生产光伏太阳能天池的高纯度晶体硅等原料又主要依赖进口，因此光伏行业受到国际上贸易保护主义的影响很大，相当多的光伏企业都因为美国双反以及欧洲的反倾销调查致使产品积压资金链断裂因而破产，比如享有盛誉的新奥光伏不得不转移生产线进入美国市场，甚至无锡尚德这样的龙头企业也受到了相当大的冲击。光伏这样一个可再生、无限量、无污染、触手可及的新能源产业方向在哪里呢，其实就在我们脚下——中国国内光伏市场，中国城市大面积的独栋/别墅/公共建筑，农村的平房/独院，是中国光伏市场尚未开发的蓝海，分布式光伏屋顶系统，发电量小，自发自用，不影响电网运行，市场大，这也恰是欧美鼓励发展的方向，最近中国国务院出台了6大政策扶持光伏产业，包括增加国内光伏装机容量、扶持光伏骨干企业、光伏电站及分布式光伏发电电价补贴等令人振奋人心的政策和意见，其中“重点拓展分布式光伏发电的应用”更是让人期待，如果光伏产品可以走进人们日常生活的方方面面，那么，巨大的产能将会化整为零，光伏技术将在解决能源危机，改善环境方面发挥更大的价值，因此光伏进入中国千家万户，才是光伏产业的真正发展方向。
二、小型（家庭）分布式太阳能发电系统的组成及工作原理
一般来说，小型太阳能光伏发电系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组和逆变器等部分。小型家庭式太阳能光伏发电系统的结构如图所示。
小型太阳能光伏发电系统的结构图
太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20－25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，一个组件上，太阳能电池的标准数量是36片（10cm×10cm），这意味着一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，正好能为一个额定电压为12V的蓄电池进行有效充电。
控制器也是整个光伏系统的核心部件之一，其运行状态决定着系统的运行状态，它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制,并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出,是整个系统的核心控制部分。
蓄电池将太阳电池产生的電能储存起来,当光照不足,或负载需求大于太阳能电池所发的电量时,将储存的电能释放,以满足负载的能量需求,它是太阳能光伏系统的储能部件，目前光伏系统常用的是铅酸蓄电池,通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池。
混合型逆变器是将直流电变换为交流电的设备，具有光伏并网、离网发电功能，混合型逆变器能有效克服现有太阳能逆变器只能并网发电、以及离网逆变器在太阳光照较弱时，负载用电受到限制的局限，可有效地提高设备对太阳能的利用效率，特别适用于电网不稳定或电网供电成本较高的场合，虽然混合型逆变器具有很大的优势，但还并没有得到全面普及，所以选择并网型逆变器或者根据用户环境使用离网型逆变器，也可以满足不同用户的大部分需求。
220V交流市电线路既可以接收光伏发出的多余电量，供其它用户使用，又可以在夜晚或蓄电池电量不足时提供给负载以稳定的电源，满足用户用电的可靠性。
三、小型分布式太阳能发电系统的整体优点
安全可靠、无噪声、无辐射、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、寿命长；就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题，因为建设在用户侧，容量小，电压等级低，所产生的电力主要自用，从而对电网的影响也小，这样不受地理位置限制、建设周期短、拆装简易、移动方便；即装即用、拆装损毁成本低、可以方便地与建筑物相结合，电压稳定、电源质量高，适用于城市、乡村、农场、山头、海岛、高速公路等各种地方的用电，也是可以作为非常优秀的应急备用电源。
四、小型（家庭）分布式太阳能发电系统安装所需条件
1、申请。
根据国家电网颁布的《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》安装光伏发电项目的个人用户需满足何种条件，国家电网和下属电力公司并无硬性规定。只要个人用户提出申请，且具备所有条件（个人住宅提供居民身份证、户口簿、房产证等材料；占用公共面积提供其他业主、物业、居委会的同意证明），电力公司受理用户申请后，会安排工作人员上门现场勘察，做一套接入系统方案；如附近的电源点、家里光伏安装在什么位置等。
2、安装施工。
购买家庭用的光伏发电系统设备前计算家庭用电需求，一般家庭8kw足以满足家庭需要,这也符合国家电网对分布式光伏发电网点装机容量的规定，根据市面上一块250W规格的电池板进行简单计算，用户只需购买太阳能电池板数量8000W/250W=32块。目前前市场上的太阳能电池板大致分为单晶硅电池、多晶硅电池、薄膜电池以及非晶硅薄膜电池。对于太阳能电池而言，最重要的参数是转换效率，目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25%，多晶硅电池效率为20.4%,薄膜电池效率不到20%，非晶硅薄膜电池的效率仅10.1%，其价格也差距较多，根据个人需求进行合理的选择购买。
3、申请入网
北京地区申请一个月左右可以入网，业主根据接入方案找有资质的施工单位施工后，提出并网申请，电力公司会派人上门安装电表、和用户签并网合同，并进行并网调试。电力公司会免费为用户安装两块电表，一块是计量光伏发电电量的电表，另一个是双向计量电表，即用户自己用电和卖到电网的电量计量电表。这样用户可以实时看到自己每天的用电情况、发电情况和输到电网上的电量情况。也就是电力公司提倡的，发电量可以全部上网，也可全部自用，或者自发自用，余电上网。
参考文献:
[1] 刘树民，宏伟. 太阳能光伏发电系统的设计与施工[D] ．科学出版社 版次：2006-4-1
［2］崔容强，赵春江，吴达成．并网型太阳能光伏发电系统［M］．北学工业出版社，2007