太阳能发电技术的综合评价及应用前景解析_郭小亚.pdf

太阳能发电技术的综合评价及应用前景解析郭小亚杨成志尹子蘅（中国市政工程华北设计研究总院有限公司）摘要：针对当前发电技术应用管理工作，太阳能发电技术作为一种新型的发电方式受到了广大人民群众的认可与应用，在现实生活中，太阳能资源凭借绿色环保、资源丰富等诸多优势受到了社会各界的关注。基于此，本文以保利 代鹭洲居住区 -型别墅为主要研究对象，首先说明了此类太阳能发电系统项目的应用要求和基本概况；其次简单分析了太阳能发电技术的主要类型；最后论述了光伏发电技术的综合评价及应用前景，希望能够给同行提供一定的参考。关键词：太阳能；发电技术；晶硅电池；综合评价；应用前景 引言经过科研人员的不断探索，光伏技术逐渐成熟，发电效率逐步提高，太阳能作为一种新型可再生的绿色能源被大量应用于企业自备发电。针对此种现象，国家已大力支持光伏新能源产业，在 -建筑节能与可再生能源利用通用规范中已明确要求，新建建筑物需考虑太阳能利用设施。为实现“碳达峰、碳中和”目标，大力倡导新能源利用，实现光伏产业的可持续发展已成为必然趋势。项目概况保利 代鹭洲居住区 -型别墅位于北京市昌平区 小 汤 山 镇 南 侧。当 地 年 水 平 辐 照 度 为 ，光资源较好，较适合安装光伏发电系统。根据实际情况，建议按照屋面倾角安装。设计人员通过实地勘察后，进一步收集别墅建筑区域附近地理位置、地质结构、外界自然气候及其他水文条件数据信息，具体情况如下：此类型别墅屋顶为瓦面屋顶，屋顶比较复杂，共有 个面。为了充分利用屋顶面积，铺设可发电的汉瓦，这样既可以保持原来瓦面屋顶的造型和美观需求，又可以自发自用电，减少峰电时期的用电量。总体的屋顶全铺汉瓦设计图如图所示，整体效果如图 所示。本项目提供两套方案：（）屋顶全铺设汉瓦；（）北面屋顶和一楼屋顶不铺设汉瓦。其中，针对方案 的屋顶全铺设汉瓦设计方案，即在本方案二楼屋顶共铺设 汉瓦 块，一楼屋顶共铺设 汉瓦 块，汉瓦不能铺到的地方均用配套瓦铺设，需要配套瓦 块，装机容量为 .。在汉瓦方案（）中，本方案二楼 号、号、号屋顶朝向北，考虑到北向不见阳光等情况，不铺设汉瓦，直接铺设配套瓦，一楼屋顶绝大部分被遮挡，不铺设汉瓦。二楼其余屋顶共铺设 汉瓦 块，一楼屋顶和二楼屋顶汉瓦不能铺到的地方均用配套瓦铺设，共需要配套瓦 块，装机容量为 .。经过研发人员的不断优化与探索，一个完整的汉瓦组件是接收光能转化成电能连接到光伏逆变器，逆变器把直流电转换成交流电，再低压并网。其中，计量表是双向计量。项目方案设计人员应加强技术交流与合作，设计科学合理的光伏发电计划，满足相关区域人们的生产生活需求。图 屋顶全铺汉瓦设计图电气技术与经济 技术与交流 图 屋顶全铺汉瓦效果图 太阳能发电技术主要类型.光伏发电（）晶硅太阳电池技术单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池是主要的类型。据有关资料显示，单晶硅太阳电池的光电转换效率为 左右，实验室效率最高可达到 .，目前晶硅太阳电池主要可分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池，其技术成熟度高、产业规模较大，是一种主流产品。单晶硅太阳能电池的使用寿命基本在 年左右，目前已经将其应用于各类建筑空间和地面结构；针对多晶硅太阳能电池，其与单晶硅电池发电效率相比较低，商业化生产的多晶硅电池光电转换效 率 约 为 左 右，实 验 室 效 率 最 高 可 达 到 .，此类晶硅电池的应用成本较低 ，但使用寿命比单晶硅电池短。（）薄膜太阳电池发电技术硅基薄膜和多元化合物薄膜太阳电池是主要的薄膜电池，此种电池研发技术目前处于试用阶段，发电企业研发领域相对较小，产业发展规模较为分散，却存在诸多优势，例如，此种电池结构的材料消耗相对较少，电耗低、成本低、重量轻，便于大规模生产，能够用于太阳能资源较少的地段发电。此处以 为主要研究对象，通过查阅资料可以得知，科研人员将太阳能发电产品集成在平屋顶、斜屋顶、幕墙、天棚等大多数建筑上。首先，作为建筑结构的重要组成部分，具备不可分割效果；其次，能够和其他建筑结构施工环节同时进行；最后，附加价值相对较高，具备建筑材料功能、发电功能，且可以提升建筑美感。经过大量实践表明，薄膜太阳电池发电技术的优势相对较多。第一，太阳能是一种绿色环保的清洁能源，通过光伏建筑一体化处理应用太阳能发电，不污染环境，开发利用过程中不会产生任何生态方面的副作用；第二，节省占用空间，光伏阵列可安装在闲置屋顶或外墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；第三，此种发电技术的应用效果和灵活性较高，发电技术管理人员根据不同的用电负荷和使用环境，选择并网或离网光伏技术，可以充分利用光伏系统所发出的电力；第四，能够达到节能减排降耗的诸多作用，光伏阵列吸收太阳能转化为电能，起到建筑节能作用，为实现社会的可持续发展奠定夯实基础。因此，发展太阳能光伏建筑一体化是大势所趋。在现实生活中，国内外技术研发人员采用此种发电技术取得了较好的效果，例如，汉能总部办公楼 项目的实施，技术研发人员在 层外墙使用折线结构，并设有一定间距的采光通廊，结合组件其他部位喷涂形成光线的漫反射等措施来实现光的透过。根据这样的原理，汉能总部的幕墙实现了室内均匀给光，满足采光要求。同时，广东汉能光伏有限公司 薄膜发电项目采用薄膜发电组件与建筑相结合，大幅降低了建筑能耗且建筑色彩风格和谐统一。进一步了解后发现，山东禹城汉能光伏基地综合楼 应用示范项目采用 与屋顶电站相结合方案，是国家光电建筑应用示范项目、节能降耗典型代表。对于西方国家，例如，德国泰尔汉姆薄膜发电应用项目，采用特有的蓝色与建筑物风格搭配，提升建筑格调，整体结合层间幕墙应用，具体的施工案例图如图 所示。此研发项目科学合理的运用适量装机容电气技术与经济 技术与交流 量为 的 组件后，每年可以节约使用标准煤 .，减排 .、.，在减排 烟 尘.后，达到预设的工作效果。图 德国泰尔汉姆薄膜发电应用项目案例图（）聚光太阳电池技术聚光太阳能电池与平板电池相似，管理人员通过多元的聚光方法能够促使太阳能表面照度明显提升，摒弃了传统落后的发电模式，发电人员利用先进的光学系统即可达到预设的发电效果。在充分发挥高光电转换效率的同时，德国内部某个研究所目前利用此种技术，相继研发了三结砷化镓聚光电池结构，光电转换效率可达 .左右。.光热发电（）槽式光热发电首先，管理人员结合太阳运动的线性抛物面反射镜的聚光原理，采用特定方式将大量太阳能资源集中到抛物面焦线处的吸热管中，在相关资源被加热传导后，结合热力循环机理进行发电处理，此类发电系统被称作槽式光热发电，发电技术管理人员应按照统一方式对聚光器、吸热管和储热器进行统一管理。其次，槽式光热发电系统的特点是结构简单、成本较低，研发人员妥善应用适量聚光吸热装置就可构建完整的光热发电系统。然而此类发电技术也存在诸多弊端，例如，此种系统发电模式下的聚光比相对较低，传热介质温度难以提高，一般在 左右，并且槽式发电系统的传输线路相对较长，在热量资源损失较大的情况下，发电系统运行效率相对较低。（）塔式光热发电操作人员利用多个跟踪太阳运动的定日镜，将太阳辐射反射至放置于塔上的吸热器，加热传热介质，按照热力能源循环机理发电的系统被称作太阳能塔式发电。主要元器件包括定日镜、太阳塔、吸热器和储热器等结构。对此类发电系统全面应用后，首先，整体聚光比相对较高，基本可以达到 ，继而将系统运行温度提升到 左右；其次，发电系统的热传递线路相对较短，热量损失较少；再次，太阳能塔式发电适合于大规模、大容量商业化应用 ；最后，塔式光热发电系统内部结构相对复杂，研发人员应投入大量资金和精力创设此类系统。光伏发电技术综合评价及应用前景.光伏发电技术综合评价第一，从光伏发电技术的开发环境来讲，利用光伏发电技术期间不会受到水力资源条件的限制，在大量太阳能资源被充分开发利用的过程中，操作人员可以采用适当手段对太阳能资源进行辐射管理，整体的发电效果相对不错，充分发挥其体积较小、不受地形约束的优点。第二，从光伏发电技术的管理水平来说，现如今晶硅太阳电池发电技术的水平相对成熟，管理人员投入较少成本就可获取大量电力能源，大部分厂家在全面掌握光伏发电技术后研发了相关光伏发电主流产品。例如，采用薄膜太阳能技术虽然应用成本相对较低，但是转换率相对较低，尚处于摸索阶段，国内人员使用光伏并网逆变器的光电转换率基本可达到 ，在运行性能逐步提高的同时，波形的失真率能够达到 以下，整个太阳能转换效率明显提升。第三，从光伏发电技术的发电经济效果来讲，国外光伏设备生产厂家看到了商机，在短时间内制造了大批量的电池产品。然而，我国的光伏发电站项目初始投资金额急剧下降，基本在 .万元 左右，由于此项开发项目没有引起国家发电管理部门的高度重视，部分光伏电站的建设施工费用高达.元（），较大项目的施工成本也只能降低至 .元（）。据有关资料显示，截止到 年，光伏发电技术人员学习国外光伏发电系统操作模式后，将整个运营成本降低至 .元（），有研究学者结合当前系统的发展趋势后预测，年，光伏发电系统的开发成本不能超过 .元（）。第四，从接网技术应用标准来看，整个光伏发电量因子保持在.（）.（）。因为光伏发电技术涉及的内容相对较多，在外界各种客观环境因素影响下，光伏发电技术效果不稳定，时常出现电能转换中断的情况，尤其在外界恶劣天气影响下，电力系统的运行效率可能急剧下降。进一步了解后发现，光伏发电在中午 点 下午 点电能转换的效率最大 。第五，为了确保光伏发电产生的电力能源满足实际电网系统运行需求，首先，技术管理人员应采用多种管理措施对光伏发电波动性进行综合管控；其次，电气技术与经济 技术与交流 应高度重视太阳能辐射强度的诸多干扰条件，在综合考虑并控制相关因素后，对电力网络系统进行优化与调整；最后，还应加强对光伏电网运行参数的统一安排，进一步提升电网运行的安全性和稳定性。第六，结合国内法律法规政策和相关太阳能资源的形式需求，电力管理部门应投入适当建设资金，积极引进电力管理的复合型人才，对光伏发电技术进行自主创新与应用，研制出清洁高效的电力能源后，最大限度地提升电网系统运行要求和技术应用标准。.光伏发电技术应用前景大量实践表明，操作人员应采用统一方式将光伏发电开发地点安设在太阳能资源较为充足的地带，例如，可以在荒漠区域建立适量的发电站，也可以在屋顶建筑结构上部安设诸多光伏发电系统。管理人员应合理运用各类光伏发电的技术应用条件，确保相关区域的发电效率逐步提升。从我国光伏发电技术的应用前景来看，在 年国内的光伏发电技术已经基本成熟，国家管理部门充分意识到太阳能资源的绿色环保及综合利用的诸多优势。加大研发及推广力度，进一步达到集约化、规模化发展效果后，将光伏发电站的投资成本降至最低，确保相关企业获取最大经济效益和社会效益。年间光伏发电将基本进入到规模化生产，此期间国家政策支持可能会逐渐减弱甚至取消 ，预计在 年左右，光伏发电技术运行状况相对平稳。此时管理人员应高度重视光伏发电技术应用的限制条件，对光伏企业整体的发展速度和发展规模进行统筹规划。结束语总而言之，太阳能发电技术的综合评价及应用前景涉及的内容是相对较多的，当地政府及电力企业管理部门应具备与时俱进的思想，积极利用先进的计算机技术，及时更新并学习国内外先进的太阳能发电技术，采用适当管控措施统一协调好光伏发电和光热发电技术的应用，通过各项技能培训约束相关人员的工作行为，有效确保光伏发电系统运行效率全面提升，在诸多太阳能资源被充分开发与利用后，节约企业经济投资成本，最后促进太阳能发电行业的可持续发展。参考文献 杨高强，黄兴，丁治雄，等光伏发电技术在照明领域中的应用及发展 光源与照明，（）：李英峰，张涛，张衡，等太阳能光伏光热高效综合利用技术 发电技术，（）：李香梅太阳能发电技术在海警舰艇上的应用 船舶物资与市场，（）：张立文，张聚伟，田葳，等太阳能光伏发电技术及其应用 应用能源技术，（）：-夏英俊太阳能光伏发电并网技术的应用分析 环球市场，（）：（收稿日期：-）电气技术与经济 技术与交流