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【知识分享】太阳能光伏发电33大疑问

2016-04-20

1. 太阳能的利用方式有哪些?



  答:太阳能是区别于其他任何一种特殊能源。太阳能的利用方式主要有:


  ①光伏(太阳能电池,太阳电池)发电系统,将太阳能转化为电能;

  ②太阳能热发电系统,利用太阳能的热能产生电能;

  ③太阳能热利用,比如太阳能热水系统;

  ④太阳能集中供暖、太阳能空调取暖和制冷、太阳能建筑等。


  推荐像“阳光动力”太阳能飞机这类的未来移动能源应用的就是光伏发电系统,飞机的起飞、降落、飞行一切的动力、电力来源都来自于太阳能光伏发电系统。



2. 什么是光伏发电?什么是分布式光伏发电?



  答:光伏发电是指利用太阳能光伏电池把太阳辐射能直接转变成电能的发电方式。光伏发电是当今太阳能发电的主流,所以,现在人们通常说的太阳能发电主要是指光伏发电。


  推荐分布式光伏发电,是指在用户所在场地附近建设,运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网,且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。


  推荐分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则,充分利用当地太阳能资源,替代和减少化石能源消费。



3. 您知道光伏发电的历史起源吗?



  荐答:·1839年,19岁的法国贝克勒尔做物理实验时,发现在导电液中的两种金属电极用光照射时,电流会加强,从而发现了“光生伏打效应”;


  推荐·1930年,朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”,使太阳能变成电能;


  推荐·1932年,奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳能电池;


  推荐·1941年,奥尔在硅上发现光伏效应;


  推荐·1954年5月,美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池,这是世界上第一个有实用价值的太阳能电池。同年,威克尔首次发现了砷化镓有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成了太阳能电池。太阳光能转化为电能的实用光伏发电技术由此诞生并发展起来。



4. 光伏电池是怎么发电的?



  答:光伏电池是一种具有光-电转换特性的半导体器件,它直接将太阳辐射能转换成直流电,是光伏发电的最基本单元。光伏电池特有的电特性是借助于在晶体硅中掺入某些元素(例如:磷或硼等),从而在材料的分子电荷里造成永久的不平衡,形成具有特殊电性能的半导体材料。在阳光照射下,具有特殊电性能的半导体内可以产生自由电荷,这些自由电荷定向移动并积累,从而在其两端形成电动势,当用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。


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5. 光伏发电系统由哪些部件构成?



  答:光伏发电系统由光伏方阵(光伏方阵由光伏组件串并联而成)、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。光伏发电系统的核心部件是光伏组件,而光伏组件又是由光伏电池串、并联并封装而成,它将太阳的光能直接转化为电能。光伏组件产生的电为直流电,我们可以直接利用,也可以用逆变器将其转换成为交流电后使用。从另一个角度来看,光伏发电系统产生的电能可以即发即用,也可以用蓄电池等储能装置将电能存放起来,根据需要随时释放出来使用,其系统组成如下图所示:


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6. 为什么说光伏电力是绿色低碳能源?



  答:光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益,是最优质的绿色能源之一。在我国平均日照条件下,安装1千瓦分布式光伏发电系统,1年可发出1200度电,可减少煤炭(标准煤)使用量约400千克,减少二氧化碳排放约1吨。


  推荐根据世界自然基金会(WWF)研究结果:从减排二氧化碳效果而言,安装1平米光伏发电系统相当于植树造林100平米。目前,发展光伏发电等可再生能源将是根本上解决雾霾、酸雨等环境问题的有效手段之一。



7.光伏发电的优点是什么?



  荐答:①太阳能资源取之不尽,用之不竭。


  推荐②绿色环保。光伏发电本身不需要燃料,没有二氧化碳的排放,不污染空气。不产生噪音。


  推荐③应用范围广。只要能获得光照的地方就可以使用太阳能发电系统,它不受地域、海拔等因素制约。


  推荐④无机械转动部件,操作、维护简单,运行稳定可靠。一套光伏系统只要有太阳,电池组件就会发电,加之现在均采用自动控制数,基本不用人工操作。


  推荐⑤太阳电池生产材料丰富:硅材料储量丰富,地壳丰度在氧元素之后,列第二位,达到26%之多。


  推荐⑥使用寿命长。晶体硅太阳能电池寿命可长达20~35年。在光伏发电系统中,只要设计合理、选型适当,蓄电池的寿命也可长达10年。


  推荐⑦太阳电池组件结构简单,体积小且轻,便于运输和安装,建设周期短。


  推荐⑧系统组合容易。若干太阳电池组件和蓄电池单体组合成为系统的太阳电池方阵和蓄电池组;逆变器、控制器也可以集成。系统可大可小,极易扩容。


  推荐能量回收期短,大约0.8-3.0年;能量增值效应明显,大约8-30倍。



8.如何看待有报道说“生产光伏电池组件时消耗大量能源”的消息?



  答:光伏电池在生产过程中确实要消耗一定的能量,其中工业硅提纯、高纯多晶硅生产、单晶硅棒/多晶硅锭生产三个环节的能耗较高。但是光伏电池在20年的使用寿命期内能够不断产生能量。据测算,在我国平均日照条件下,光伏发电系统全寿命周期内能量回报超过其能源消耗的15倍以上。


  推荐在北京以最佳倾角安装的1千瓦屋顶光伏并网系统的能量回收期 为1.5-2年,远低于光伏系统的使用寿命期。也就是说,该光伏系统前1.5-2年发出的电量是用来抵消其生产等过程消耗的能量,1.5-2年之后发出的能量都是纯产出的能量。


  推荐所以,应该从全生命周期的角度评价光伏电池的能耗。



9.如何看待有报道说“生产光伏电池组件会产生大量污染物”的消息?



  答:光伏电池组件生产包括高纯多晶硅、硅锭硅片、光伏电池和光伏组件几个产业链环节。相关污染的报道主要是指光伏组件的原材料-高纯多晶硅生产中产生的副产物。


  推荐高纯多晶硅生产主要使用改良西门子法,该法将冶金级硅转化成三氯氢硅,再加氢气还原成太阳能级多晶硅,另外会形成副产物四氯化硅。四氯化硅遇潮湿空气即分解成硅酸和氯化氢,如果处理不当会产生污染问题。


  推荐但是目前我国多晶硅生产企业采用的改良西门子法已可做到闭路循环生产,将副产物四氯化硅和尾气(氢气和氯气)回收利用,实现清洁生产。


  推荐2010年12月,国家发布了《多晶硅行业准入条件》,规定还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%。因此,成熟的改良西门子法生产技术完全可满足环保要求,不会产生环境污染问题。



10.我们有多少太阳光可以利用?它能够成为未来主导能源吗?



  答:地球表面接受的太阳能辐射能够满足全球能源需求的1万倍。地表每平方米平均每年接收到的辐射大约在1000-2000kWh之间。国际能源署数据显示,在全球4%的沙漠上安装光伏发电系统,就足以满足全球能源需求。光伏发电具有广阔的发展空间(屋顶、建筑面、空地和沙漠等),潜力十分巨大。


  推荐据初步统计,我国仅利用现有建筑屋顶安装分布式光伏发电,其市场潜力就大约为3亿千瓦以上,再加上西部广阔的戈壁,光伏发电市场潜力约为数十亿千瓦以上。随着光伏发电的技术进步和规模化应用,其发电成本还将进一步降低,成为更加具有竞争力的能源供应方式,逐步从补充能源过渡为替代能源,并极有希望成为未来的主导能源。



11.我国太阳能资源是如何分布的?



  答:我国太阳能总辐射资源丰富,总体呈“高原大于平原、西部干燥区大于东部湿润区”的分布特点。其中,青藏高原最为丰富,年总辐射量超过1800 kWh/m2,部分地区甚至超过2000 kWh/m2。四川盆地资源相对较低,存在低于1000 kWh/m2的区域。

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12.农业大棚、鱼塘可以安装分布式光伏并网系统吗?


  答:大棚的“升温、保温”一向是困扰农户的重点问题。“光伏农业大棚”,有望解决这一难题。由于夏季的高温,在6~9月份众多品类的蔬菜无法正常成长,而“光伏农业大棚”,如同在农业大棚外表添补了一个分光计,可隔绝红外线,阻止过多的热量进入大棚;在冬季和黑夜的时候,则能阻止大棚内的红外波段的光向外辐射,降低晚上温度下跌的速度,起到保温的作用。


  推荐“光伏农业大棚”能供给农业大棚内照明等所需电力,剩余的电力还能并网。在离网形式的“光伏农业大棚”中,可与LED系统相互调配,白日阻光保障植物的成长,同时发电;黑夜LED系统应用白日所发电力,提供照明。


  推荐在鱼塘中也可以架设光伏阵列,池塘可以继续养鱼,光伏阵列还可以为养鱼提供良好的遮挡作用,较好地解决了发展新能源和大量占用土地的矛盾。因此,农业大棚和鱼塘可以安装分布式光伏发电系统。


  推荐《国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》明确提出“鼓励开展多种形式的分布式光伏发电应用。鼓励各级地方政府在国家补贴基础上制定配套财政补贴政策,并且对公共机构、保障性住房和农村适当加大支持力度。因地制宜利用废弃土地、荒山荒坡、农业大棚、滩涂、鱼塘、湖泊等建设就地消纳的分布式光伏电站。”


13.什么是“光伏上网标杆电价”政策?



  答:“光伏上网标杆电价”政策是根据光伏发电的当前成本,并考虑合理利润后制定的电价,光伏项目开发商以这样的价格将光伏电量出售给电网企业,其中,高出当地脱硫燃煤火电机组上网标杆电价的差额部分采取“全网分摊”的办法对电网企业进行回补。“光伏上网标杆电价”政策前期主要适用于大型光伏电站,目前也可以适用于分布式光伏发电项目。


14.如何取得当地的太阳能资源数据?


  答:全国各地的辐照量及日照时数详见下图,如果想得到更详细的太阳能资源数据,可以从县级气象台(站)、国家气象局公共气象服务中心取得;另外也可以从大型安装商或设计单位得到或者从NASA官方网站(https://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/)获得辐照量参考数据。


15. 光伏阵列安装倾角由什么决定?


  答:光伏阵列的安装倾角主要由安装地域的经度、纬度、最佳辐照量决定,由于安装条件限制,组件安装倾角不能达到最佳时可适当调整角度,非朝南的屋顶发电量会受到较大影响。


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全球主要城市光伏组件最佳安装倾角


16. 光伏阵列的安装朝向如何确定?对发电效果有何影响?


  答:由于影响光伏发电的主要原因为日照量,所以组件安装时应向阳光最充足的方向安装。不同安装角度对光伏组件的发电效率亦有影响。下图展示了中国南方某城市光伏组件各朝向的不同效率。(注意:不同地点和不同气候条件下,不同朝向的光伏电池发电效率是不同的。)

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17. 如何选用光伏组件?


  答:根据安装现场的具体情况可选用不同类型、不同规格的光伏组件,安装现场的有效利用面积决定组件的规格尺寸,单位面积内想安装更大容量的话可选用高效率组件。根据现有建筑的外观也可选择不同边框颜色的组件,根据现场的串并联接线方式确定组件的接插件长度。


  推荐组件的选用,需综合考虑安装面积,装机容量,成本等要素。一般来讲应选用信誉度好,质量好,有认证,质保售后服务好,具有防火认证的组件产品。


18. 薄膜光伏组件特性有哪些?


  答:薄膜光伏组件由于其特有的制备工艺,使其具有以下特性:


  推荐(1)光伏组件的温度特性。由于工作温度的动态变化,光伏组件在不同温度下转换效率不同,工作温度越高,光伏组件转换效率越低,。薄膜光伏组件相比于晶体硅光伏组件温度系数较小,因此随着温度的上升,薄膜光伏组件功率下降程度较小,因此薄膜光伏组件应用到建筑上具有更加优异的功率输出特性。


  推荐(2)光伏组件的弱光特性。在太阳辐照强度较低的情况下,如早上、傍晚和阴雨天,由于薄膜光伏电池的光吸收系数较高,尤其当光伏组件应用到建筑上,安装条件受到一定限制,多数情况下并不是最佳倾角进行安装,且组件受到周边环境的阴影影响较大,薄膜光伏组件发电量优势会更加明显。


  推荐(3)薄膜光伏组件通过镀膜工艺在玻璃基板上制备发电膜层,然后通过激光划刻工艺将膜层划分成若干个子电池并将子电池串接起来,子电池之间的分割线宽度视觉不易显现,因此构成的光伏幕墙具有比较好的颜色一致性和透光均匀性。


  推荐(4)薄膜光伏组件可以通过结构设计构成中空结构,此中空结构凭借其特有的发电膜层能够实现较高性能的保温节能作用。


19. 薄膜光伏组件应用到建筑屋面上有什么特殊优势?


  答:国内屋面一般分为平屋面、坡屋面和具有一定弧度的屋面,薄膜光伏组件应用到建筑屋面上具有以下优势:


  推荐(1)由于薄膜光伏组件具有优异的弱光输出特性,同时在反射光和散射光的间接照射下仍能保证较大的功率输出,因此薄膜光伏组件具有较强的不同朝向安装的适应能力。

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  推荐(2)由于薄膜光伏组件可以设计成轻质结构,如柔性CIGS组件,因此在安装时对于屋面的承重要求较低,可以安装在承重能力较差的屋面上。


  推荐(3)对具有一定弧度的屋顶,可以采用柔性可卷曲光伏组件(如柔性CIGS组件),实现光伏组件与屋面的良好结合,降低风压影响。柔性CIGS组件屋顶铺设案例如下图所示:

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20.光伏发电系统的常见故障有哪些?系统各部件可能出现哪些典型问题?


  答:由于电压未达到启动设定值造成逆变器无法工作、无法启动,由于组件或逆变器原因造成发电量低等;系统部件可能出现的典型问题有接线盒烧毁、组件局部烧毁。


21. 如何处理光伏发电系统的常见故障?


  答:系统在质保期内出现问题时,可先电话联系安装商或运营维护商将系统问题说明,安装商或运营维护商会根据用户叙述内容进行解答,如无法将故障排除会派出专人到现场进行检修。


22. 分布式建筑光伏发电系统的寿命有多长?


  答:一般情况下,建筑光伏发电系统的设计使用年限为25年,无法满足同寿命周期的构配件应易于维修、更换。


  推荐而在做结构设计时,设计使用年限应分两种情况考虑:


  推荐(1)附加式屋面光伏系统的结构设计使用年限不应小于25年;


  推荐(2)除附加式屋面光伏系统外的其他形式的建筑光伏系统(如光伏幕墙、光伏采光顶、光伏窗、光伏遮阳、光伏栏杆等)的支承结构,其结构设计使用年限应不小于其替代的建筑构件的设计使用年限。


23. 导致光伏发电系统效率下降和损失的主要因素有哪些?


 答:光伏发电系统效率受外界影响有所损失,包括遮挡、灰层、组件衰减、温度影响、组件匹配、MPPT精度,逆变器效率、变压器效率、直流和交流线路损失等,如下图所示:

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  推荐每个因素对效率的影响也不同,在项目前期要注意系统的最优化设计,项目运行过程采取一定的措施减少灰尘等遮挡对系统的影响。


24. 如何降低光伏发电系统的维护成本?


  答:建议选择市面上口碑好、售后服务好的光伏产品。合格的产品能降低故障的发生率,用户应严格遵守系统产品的使用手册,定期对系统进行检测和清洁维护。


25. 系统后期维护怎么处理,多久维护一次?怎样维护?


  答:根据产品供应商的使用说明书对需要定期检查的部件进行维护,系统主要的维护工作是擦拭组件,雨水较大的地区一般不需要人工擦拭,非雨季节大概1个月清洁一次。降尘量较大地区可以酌情增加擦拭次数,降雪量大的地区应及时将厚重积雪去除,避免影响发电量和雪融化后产生的不均匀遮挡,及时清理遮挡组件的树木或杂物等。


26. 雷雨天气需要断开光伏发电系统吗?


  答:分布式光伏发电系统都装有防雷装置,所以不用断开。为了安全保险,建议可以选择断开汇流箱的断路器开关,切断与光伏组件的电路连接,避免防雷模块无法去除的直击雷产生危害。运维人员应及时检测防雷模块的性能,以避免防雷模块失效所产生的危害。


27. 雪后需要清理光伏发电系统吗?光伏组件冬天积雪消融结冰后如何处理?可以踩在组件上面进行清理工作吗?



  答:雪后组件上如果堆积有厚重积雪是需要清洁的,可以利用柔软物品将雪推下,注意不要划伤玻璃。组件是有一定承重的,但是不能踩在组件上面清扫的,会造成组件隐裂或损坏,影响组件寿命。一般建议不要等积雪过厚再清洗,以免组件过度结冰。


28.光伏发电系统能抵抗冰雹的危害吗?



  答:光伏并网系统中的合格组件必须通过正面最大静载荷(风载荷、雪载荷)5400pa,背面最大静载荷(风载荷)2400pa和直径25mm的冰雹以23m/s的速度撞击等严格的测试。因此冰雹不会对光伏发电系统带来危害。


29. 安装后如果连续阴雨或者雾霾,光伏发电系统还会工作吗?会不会电力不足或者断电?



  答:光伏电池组件在一定弱光下也是可以发电的,但是由于连续阴雨或者雾霾天气,太阳光辐照度较低,光伏系统的工作电压如果达不到逆变器的启动电压,那么系统就不会工作。


  推荐并网分布式光伏发电系统与配电网是并联运行的,当分布式光伏发电系统不能满足负载需求或由于阴天而不工作时,电网的电将自动补充过来,不存在电力不足与断电问题。


30. 冬天天冷时会不会电力不足?



  答:光伏系统的发电量的确受温度的影响,直接影响因素是辐照强度和日照时长以及太阳电池组件的工作温度。冬天难免辐照强度会弱,日照时长会短,一般发电量较夏天会少,这也是很正常的现象。但由于分布式光伏系统与电网相联,只要电网有电,家庭负载就不会出现电力不足和断电的情况。


31. 光伏发电系统对用户有电磁辐射危害吗?



  答:光伏发电系统是根据光生伏打效应原理将太阳能转换为电能,无污染,无辐射。逆变器、配电柜等电子器件都会通过EMC(电磁兼容性)测试,所以对人体没有危害。


32. 光伏发电系统有噪音危害吗?



  答:光伏发电系统是将太阳能转换为电能,不会产生噪音影响,逆变器的噪音指标不高于65分贝,也不会有噪音危害。


33. 我国目前获得许可的光伏系统和产品检测和质量认证机构有哪些?



  答:认证机构主要有:北京鉴衡认证中心、中国质量认证中心以及中国建材检验认证集团。


  推荐检测机构主要有:中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心、国家太阳能光伏产品质量监督检验中心、中国电子科技集团公司第十八研究所、中国航天科技集团公司第811研究所、深圳电子产品质量检测中心、扬州光电产品检测中心、国家建筑材料工业太阳能光伏(电)产品质量监督检验中心等。


(来源:ME现代能源)