太阳能光伏发电在广东地区的发展思路与探讨

郑广豪

广东电网公司东莞供电局

前言

太阳能是指太阳光的辐射能量。太阳能发电的利用主要有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式，而光电转换是现阶段作为光能利用的主要模式，其基本原理是利用光生伏打效应将太阳能辐射能直接转换为电能。目前的光伏发电系统除了可为房屋提供照明等电能外，还可以串联后并入工业企业用电系统及电网供电，最终实现太阳能光伏发电的工业生产。

1 目前太阳能光伏发电的国家政策情况

太阳能既是一次能源，又是可再生的清洁新能源。根据国家能源发展战略规划方向，今后将重点放在鼓励和推动新能源的发展，同时国家相继出台了一系列扶持光伏发电发展的措施，现在正推进企业自发自用式太阳能发电系统的研究和实施，并将陆续出台扶持政策来积极推动太阳能的开发与利用。国务院新闻办2012年10月28日发布了《中国的能源政策（2012）》白皮书，提出到“十二五”末，非石化能源消费占一次能源消费比重将达到11.4%，非石化能源发电装机比重达到30%，加快推进太阳能及风能的利用。同时在“十二五”时期，中国将坚持集中开发与分布式利用相给和，推进太阳能的多元化利用，到2015年，中国将建成太阳能发电装机容量2100万千瓦以上，太阳能集热面积达到4亿平方米。2012年7月7日国家能源局正式发布了《太阳能发电发展“十二五”规划》的通知。2013年6月14日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，部署大气污染防治十条措施，研究促进光伏产业健康发展。光伏产业发展会议明确指出：一是加强规划和产业政策引导，促进合理布局，重点拓展分布式光伏发电应用；二是电网企业要保障配套电网与光伏发电项目同步建设投产，优先安排光伏发电计划，全额收购所发电量；三是完善光伏发电电价支持政策，制定光伏电站区域上网标杆电价。

2 太阳能光伏发电原理（主要技术参数及参考指标）

我国的太阳能资源丰富，年总辐射量在860 kwh/m2～2080kwh/m2之间，年直接辐射量在230 kwh/m2～1500 kwh/m2之间，年平均直射比在0.24～0.73之间，年日照小时数在870～3570h之间。根据中国1978～2007年平均的总辐射年总量的空间分布图查看，广东地区的多年平均年日照时数为：1473～1925小时，多年平均太阳能辐射总量在：4291.8MJ/m2.a左右，属我国太阳能资源较丰富区域，是比较适合建设太阳能光伏发电项目的地区。

2.1 光伏发电基本原理说明

太阳电池的发电原理是利用光入射于半导体时所引起的光电效应，光伏电池的基本特性和二极管类似，可以用简单的PN结来说明，下图为光伏电池的单元模型。当具有适当能量的光子入射于半导体时，光与构成半导体的材料相互作用产生电子和空穴(因失去电子而带正的电荷)，如半导体中存在PN结，则电子向N型半导体扩散，空穴向P型半导体扩散，并分别聚集于两个电极部分，即负电荷和正电荷聚集于两端，如用导线连接这两个电极，就有电荷流动产生电能。利用这一原理，可将光能转化为电能储存起来，通过调节与控制技术，将电能变换为各种需要的标准，以满足不同负载的需要，这就是太阳能逆变电源。光伏发电与传统的发电方式是完全不同的，既没有旋转的转动部分，也不排出气体，是清洁的、无噪声的发电。

下图是光伏电池等效电路，其中Rsh是漏电阻；Rs是串联电阻，它是构成光伏电池的半导体电阻和透明电极电阻等之和。

2.2 光伏发电基本原理方框图

根据应用场合的不同，光伏发电系统一般可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合型光伏发电系统。

2.3 发电系统的主要单元组成，典型的光伏发电系统由四个部分组成：

（1）光伏电池阵列：单体光伏电池发出的电能很小，是直流电，为满足实际应用需求，获得足够大的发电量，要将单体光伏电池连接成电池组，再由电池组组成太阳能光伏阵列。

（2）储能系统：储能系统将光伏发电系统日间发出的电能储存起来供需要时使用。

（3）逆变器为将光伏电池阵列所发出的直流电转换成实际应用中所需要的交流电，需要将直流电转换成交流电的逆变系统，逆变系统的效率直接影响整个系统的效率。

（4）直流控制系统：在电能从光伏阵列到储能单元，再到逆变单元的传输和交换过程中，要保持系统的高效与安全运行，所以需要直流控制系统对整个过程进行调整、保护和控制。

（5）送出系统：输、送、配电、控制设备等。

光照强时，太阳能电池的低压直流电直接提供给直流升压电路，通过充电器给蓄电池充电储能。光照弱时，太阳能电池输出功率达不到光伏发电的要求，这时，作为储能装置的蓄电池就为直流升压电路提供低压直流电，保证了光伏发电系统的连续性和稳定性。另外，可增加太阳自动跟踪系统使太阳能电池板跟随太阳运动而转动，充分利用太阳能，提高光伏发电系统的效率。

2.4 光伏组件主要性能表

以单块195wp多晶硅透光型太阳能组件为例（其中单位Wp：是指太阳能电池板的峰值功率）。

2.5 光伏发电站发电量计算

（1）光伏组件基础数据：单块光伏板最大峰值功率一般为：195Wp及235Wp；

（2）太阳能列阵的方位角和倾斜角：方位角为0°，根据广东省所处北半球位置情况，光伏列阵倾角为25°，全年水平面上热能总辐射为：4291.8 MJ/m2年；

（3）并网光伏系统发电效率估计

光伏发电设备本身存在不同程度的效率和损耗问题，一般情况下光伏发电系统的综合效率约为：85%。

（4）发电量实际计算

根据以上数据，实际电量估计随着设备使用年限的增加光伏板的效率也是逐渐下降的，一般参照系统运行25年电能输出总衰减20%平均值计算递减。以一万千瓦的安装容量计算，建设完工后全年的发电量约为：961 kwh（即广东某个地区的年平均利用小时数，但各县市会有差异）。

3 太阳能光伏发电单位造价及分析

3.1 估算造价情况：根据某企业推进的金太阳项目的有关设计参数，结合广东地区的情况，初步估算了项目的投资费用，单位千瓦投资约为：1.201万元。

3.2 初步经济评价：

电价计算备注：1）2013年6月以前，上网电价按1元/kwh执行；2）“金太阳”项目是将太阳能电量用于企业自发自用，可以并网平衡但不上网；3）国家目前的新的思路是（见附件国家能源局6月发的《关于补充分布式光伏发电规模化应用示范区重点项目建设方案的通知》：光伏发电的自发自用和多余上网电量部分均执行同一补贴标准，多余上网电量的单位电量收益为当地脱硫标杆电价加上补贴标准（细则未出台）。

4 广东地区光伏发电的发展思路及初步规划设想

根据国务院最近颁发的国发〔2013〕24号《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，意见明确要“大力开拓分布式光伏发电市场。鼓励各类电力用户按照“自发自用，余量上网，电网调节”的方式建设分布式光伏发电系统”。而广东属沿海经济发达地区，用于大量的厂房屋顶资源，完全有利于进行光伏发电的综合开发利用。

作为电网公司，不管从提高清洁能源结构比例上考虑，还是从响应国家能源发展战略上考虑，都应积极探讨太阳能光伏发电在实施中将要遇到的各种问题，完善光伏发电并网运行服务，真正使太阳能这种清洁的能源利用得到快速发展，为人类做出更大的贡献。

[1]国务院.国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见

[2]国家能源局. 太阳能发电发展“十二五”规划

[3]王民浩. 太阳能发电工程技术标准

[4]日本太阳光发电协会. 太阳能光伏发电系统的设计与施工