中国光伏产业发展现状及对策研究

1编号：南京信息职业技术学院研究性学习课题报告作者杨召云陈亚龙沙长安专业光电子技术研究室光电子技术课题中国光伏产业发展现状及对策的研究指导教师程超完成时间：2011年6月8日2中国光伏产业发展现状及对策的研究摘要：常规能源的逐渐枯竭和自然环境的不断恶化已成为当今人类社会不可回避的现实难题。太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力，已成为未来能源利用的必然趋势。太阳能并网发电代表了太阳能电源的发展方向，是21世纪最具吸引力的能源利用技术。全球范围内太阳能光伏电池产能显著增长的同时，太阳能光伏并网发电的发展步伐逐年加快。本课题主要着重于今后发展前景广阔的光伏并网系统，通过对国内外市场发展现状的调研和各国对光伏的补贴政策的了解，分析了目前光伏并网发电发展的瓶颈并预测了未来光伏并网发电的发展前景。关键词：太阳能并网发电逆变器3目录1引言2光伏发电系统的原理、组成及分类2．1光伏发电系统的原理2．2光伏发电系统的组成2．3光伏发电系统的分类3并网发电系统的优缺点3．1并网发电系统的优点3．2并网发电系统的缺点4光伏并网发电的发展现状和补贴政策4．1国外光伏并网发电发展现状及补贴政策4．2国内光伏并网发电发展现状及补贴政策5未来光伏并网发电对电网的影响6光伏并网系统的市场前景6．1主要技术瓶颈6．2国际市场前景6．3中国市场前景结论参考文献41引言常规能源的储量正随着人类文明的高度发展而迅速枯竭。随着世界性能源紧张和环境污染加剧，开发和使用新能源(可再生能源和无污染绿色能源)是人类目前迫切需要解决的重要问题。太阳能已经成为一种十分具有潜力的新能源，光伏发电系统因其发电过程无污染、无需生产原料、不占据空间等优点受到越来越多的重视。而光伏并网发电则是当今太阳能发电技术发展的必然趋势。太阳能并网发电代表了太阳能电源的发展方向，是21世纪最具吸引力的能源利用技术。全球范围内太阳能光伏电池产能显著增长的同时，太阳能光伏并网发电的发展步伐逐年加快。本课题主要研究了太阳能并网发电的原理及组成，了解了国外和国内在太阳能并网发电方面的发展现状和政策扶持，了解了目前太阳能并网发电存在的主要问题，提出了大力发展太阳能并网发电需解决的问题。2光伏发电系统的原理、组成及分类2．1光伏发电系统的原理一、太阳能光伏发电系统的工作原理工作原理：白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。二、太阳能光伏发电系统的组成光伏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、自动太阳能跟踪系统、自动太阳能组件除尘系统等设备组成。其各部分设备的作用是：⑴太阳能电池方阵：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，这就是光生伏打效应。在光生5伏打效应的作用下，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。⑵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。目前我国与太阳能发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封式免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为2VDC；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池，每只蓄电池的额定电压为12VDC。⑶充放电控制器：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。⑷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。逆变器保护功能：a、过载保护；b、短路保护；c、接反保护；d、欠压保护；e、过压保护；f、过热保护。⑸交流配电柜：其在电站系统的主要作用是对备用逆变器的切换功能，保证系统的正常供电，同时还有对线路电能的计量。(6)太阳能跟踪系统：太阳能跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。国内自主知识产权、首家完全不用电脑软件的太阳空间定位跟踪仪，具有国际领先水平，能够不受地域和外部条件的限制，可以在-50℃至70℃环境温度范围内正常使用；跟踪精度可以达到±0.001°，最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。该太阳能跟踪系统可以广泛的使用于各类设备的需要使用太阳跟踪的地方，价格实惠、性能稳定、结构合理、跟踪准确、方便易用。把加装了该太阳能跟踪系统的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军6舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，该自动太阳能跟踪系统都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳！该太阳能跟踪控制技术属于具有我国自主知识产权的国家发明专利产品，发明专利申请号：200610146201.8，现已大批量投产。．2光伏发电系统的组成光伏发电系统一般是包括太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成，其系统组成如图1所示。控制器蓄电池组直流/交流逆变器交流负载直流负载太阳能电池方阵图1光伏发电系统1.太阳能电池方阵光伏电池板是系统的基本单元，当光照在电池阵列上时，电池吸收光能并产生光伏效应，将太阳能转化为直流电能。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，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，可以满足负载所要求的输出功率(见图2)。单体组件方阵7图2太阳能电池单体、组件和方阵2.充放电控制器由于光伏电池阵列具有强烈的非线性特性，为保证光伏电池阵列在任何日照和环境温度下始终可以输出相应的最大功率，通常引入了光伏电池最大功率点跟踪（MPPT-MaximumPowerPointTracking）控制。充放电控制器是能自动防止蓄电池组过充电和过放电并具有简单测量功能的电子设备。由于蓄电池组被过充电或过放电后将严重影响其性能和寿命，充放电控制器在光伏系统中一般是必不可少的。充放电控制器，按照开关器件在电路中的位置，可分为串联控制型和分流控制型；按照控制方式，可分为普通开关控制型(含单路和多路开关控制)和PWM脉宽调制控制型(含最大功率跟踪控制器)。开关器件，可以是继电器，也可以是MOSFET模块。3.直流/交流逆变器逆变器的作用就是将光伏电池板和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。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，将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形，又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。从长远看，SPWM脉宽调制正弦波逆变器将成为发展的主流。4.蓄电池组蓄电池组一般是由一定数量的铅酸蓄电池经由串、并联组合而成，其容量的选择应与光伏电池阵列的容量相匹配。该部分的主要作用是光伏电池阵列发出的直流电直接储存起来，供负载使用。太阳能电池发电系统对所用蓄电池组的基本要求是：(1)自放电率低；(2)使用寿命长；(3)深放电能力强；(4)充电效率高；(5)少维护或免维护；(6)工作温度范围宽；(7)价格低廉。目前我国与太阳能电池发电系统配套使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池和镉镍蓄电池。配套200Ah以上的铅酸蓄电池，一般选用固定式或工业密封免维护铅8酸蓄电池；配套200Ah以下的铅酸蓄电池，一般选用小型密封免维护铅酸蓄电池。2．3光伏发电系统的分类目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏发电系统，并网光伏发电系统及建筑光伏一体化发电系统。1.离网光伏发电系统离网式光伏发电系统是离网系统输出的电力被直接消耗使用而不传送到公共电网中。离网式系统中需配备一个蓄电池，用于储存电力以满足阴天光伏发电机不工作时的用电需求。对于无法接入公共电网的偏远地区，离网式光伏发电系统是解决用电需求的最完美的解决方案。较之于连接公共电网，它不仅能很大程度的节约安装成本，而且还更加简便可行。对于农村地区尤其是发展中国家的农村实现电气化，以及对于偏远地区的通讯系统、气象台或山地居民区来说，离网式系统起了至关重要的作用。离网发电系统见图3所示。图3离网发电系统2.并网光伏发电系统太阳能电池并网发电系统是利用光生伏打效应原理制成的，太阳光中的光子能产生电荷，通过太阳能组件传递到与之相连的逆变器上，逆变器将直流电（DC）转变成交流电（AC），输出电力与公共电网相连接，为当地提供电力。它主要由太阳能电池方阵和逆变器两部分组成。当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市9电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。并网发电系统见图4所示。图4并网发电系统3.建筑光伏一体化发电系统建筑光伏一体化发电系统（BIPV）是一种度身定制的光伏发电安装系统，它将太阳能发电机组完美的集成于建筑物的墙面或屋顶上。它的工作原理与普通的光伏发电系统完全相同，唯一区别就是太阳能组件既被用作系统发电机，又被用作建筑物的外墙材料。用作BIPV的电池既可以是透明的也可以是半透明的，这样光线依然能穿过重叠的电池进入室内，不影响室内的采光。建筑光伏一体化发电系统见图5。图5建筑光伏一体化发电系统103并网发电系统的优缺点3．1并网发电系统的优点与离网太阳能发电系统相比，并网发电系统具有以下优点：1.利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。2.所发电能馈入电网，以电网为储能装置。当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，提高系统的平均无故障时间和蓄电池的二次污染，并降低了造价。3.光伏电池组件与建筑物完美结合，既可发电又能作为建筑材料和装饰材料，使物质资源充分利用发挥多种功能，不但有利于降低建设费用，并且还使建筑物科技含量提高、增加“卖点”。4.分布式建设，就近就地分散发供电，进