家用太阳能发电

家用太阳能发电 浅谈家用太阳能发电系统 班级: 姓名:学号: 摘要:我国目前正处在一个快速发展的时期，但与此同时我国对 资源的需求也十分迫切，并且我国众多的人口使得我国人均资源储备 量并不充足，快速的工业化进程和巨大的消费性需求使我国对国外对 资源具有很强的依赖性。现在，环境污染和能源短缺已经直接威胁到 我国的可持续发展。与此同时，我国幅员辽阔，经济发展并不平衡， 目前在我国还有许多居住在偏远地区的人们没有用上电。以上这些客 观条件迫使我们更加努力的寻找和开发新能源，而太阳能光伏发电就 是其中之一。本文将集中讨论家用太阳能发电的现状、性能及未来的 发展趋势。 关键词:太阳能光伏发电系统能源发展 Abstract: China is now in a period of rapid development, but at the same time China's demand for resources is very urgent, and make our country a large population of reserves per capita resources are not adequate, rapid industrialization and a huge consumer so that our demand for foreign resources has a strong dependence. Now, environmental pollution and energy shortages have been a direct threat to the country's sustainable development. At the same time, China's vast territory, economic development is uneven, there are many people in our country still live in remote areas without access to electricity. These objective conditions forced us to work harder to find and develop new energy sources, and solar photovoltaic power generation is one of them. This article will focus on the current situation, performance and future trends of household solar power. Keywords: Solar EnergyPhotovoltaic systems power source evolution 二十一世纪人类面临着可持续发展的挑战，其中，能源是不可忽 视的重要问题。这不仅仅是由于目前我们所熟识的常规能源的匮乏， 更是因为现如今所使用的常规能源带给我们的一系列环境问题都不 容忽视。 在二十一世纪初期进行的关于世界能源数据的调查显示，石油的 可开采量为39.9年，天然气的可开采量为61年，煤炭的可采量为227 [1]年。不难看出，化学能源的可开采量已经屈指可数，由此可见如今 能源问题迫切需要我们来解决。 因此，人类若想要实现经济的可持续发展，就必须通过开发清洁 可再生的新能源，以此来解决能源问题。太阳能就是能源大家族中的 其中一员，并且它取之不尽、用之不竭。但是，由于太阳能的能量密 度较低，又有间歇、到达量不稳定等等缺点，再加上目前大规模收集、 转换和存贮太阳能的技术不是很成熟，以上这些问题都给太阳能的开发利用带来了一定的限制，使得在许多场合下，往往太阳能被利用的 [2]经济性能却不如常规能源以及核能。不过，全世界的化石燃料正在逐年减少，价格也在不断上升，并且利用太阳能的成本也在随着逐年出现的新技术、新材料和新设备而不断下降。可以预见，太阳能在未来的能源结构中，比例也将逐渐增大，定能成为能源大家庭中的一员后起之秀。 一、家用太阳能发电系统的现状 太阳能的利用方式有三种，他们分别是光—热转换、光—电转换以及光—化学转换。家用太阳能发电系统是根据光伏发电原理，即将 [3]太阳光的光能直接转换为电能的一种发电形式而产生的发电系统，它属于光—电转换。 现今，世界各国都对光伏发电技术十分地重视，并针对它制定相应的规划、不断增加资金、技术等投入，从而使之得以大力发展。二十世纪八十年代以来，光伏技术发电产业一直保持以10%—15%的递增发展速度。九十年代后期，其发展更为迅速，并成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。二十一世纪以来，一些发达国家乃至发展中国家都纷纷制定了包括家用太阳能发电系统在内的可再生能源发展计划。其中，美国和日本为争夺世界太阳能光伏发电市场的霸主地位，争相出台许多有关太阳能技术的研究开发计划。光伏发电产业的 [4]年销售额也从2004年的70亿美元增加到了2010年的300亿美元。 美国是最先制定太阳能光伏发电技术发展计划的国家，早在1997年，美国就提出“百万太阳能屋顶计划”，那时它规划,到了2010年美国将有100万个家庭安装太阳能屋顶，其安装总量将在3000MW以上。由于技术的成熟，生产成本大幅度降低，截止到2008年，家用太阳能系统售价就已经降到每瓦3.5美元。同时，在2005年夏天通过的能源法案中，明确提出了安装太阳能设施的家庭可以获得税收优惠，这无疑起到了促进美国家庭太阳能设施不断普及的作用。而在太阳能产业中能够脱颖而出、后来居上的日本为了推广家用太阳能系统，也推出了一系列的优惠措施。日本在2009年开始对家庭购买太阳能发电系统实施补贴和税赋优惠的措施，日本家庭在那时购买太阳能系统时，价格便已经降至110万日元，而日本家用太阳能系统在前 [5]一年的售价约为230万日元。 现阶段,在我国家用太阳能光伏发电系统的主要作用是用于使无电、缺电地区的人们能够方便快捷实惠的用上电。在我国的西部地区，包括西藏、贵州、甘肃、内蒙古、青海、新疆和四川等地，还有很多人居住在高海拔地区或是人迹罕至的不发达地区，他们所处的地方还没有通电。同时，许多生活在我国海岛上的居民也是如此，虽然他们中有的所居住的岛屿会使用柴油发电，但进柴油的运输费用很高，从而导致电价也高，并且电力的供应时间很短，这都给岛上的居民用电带来诸多不便。因此,他们大多数时候仍然使用蜡烛和煤油灯来照明，有些则用电筒，无电、缺电在降低他们生活水平的同时,也在很大程度上制约了上述这些地区的经济发展。可是，我国这些西部省份和沿 海岛屿有着较为丰富的太阳能资源，它们中的大部分地区完全可以利用既环保又经济的可再生能源——太阳能来解决其用电问题。 截止到2005年底，我国已有约75万套家用太阳能光伏发电系统进入用户家庭。在这些用户之中，大多数都是牧区的牧民家庭，但是这些家庭的通电水平还比较低，一般只能满足基本的照明需要。除此以外，有一些林区和农区的养蜂户和农户以及无电的学校、商店等小单位也已经在使用家用太阳能光伏发电系统，还有一些缺电地区的城镇居民，也已经成为了家用太阳能光伏发电系统的用户。如果这些家用太阳能光伏发电系统的保有量按80%计，加上国家光明工程和送电到乡工程的光伏电站，中国目前至少有100万户家庭主要依靠光伏发 [6]电系统解决基本的生活照明用电。 到2005年底，中国的光伏发电市场累计安装量达到70MW，其中约43%为农村电力建设方面的应用，而全国大约还有300万无电户，估计其中至少还有150万户需要在今后的十年内采用光伏或风光互补发电系统来解决。由于居住条件的限制，他们中的大多数只能采用分散的供电方式，即采用家用太阳能光伏发电系统。而许多已经用上光伏系统的用户也将升级换代，从离网发电系统转变为并网发电系统, [7]提高用电水平。因此，中国的光伏市场潜力仍然很大。 二、家用太阳能发电系统的性能 太阳能发电系统分为离网发电系统与并网发电系统: 1、离网发电系统。它主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池 组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。 2、并网发电系统。就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，发展难度较大。而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网发电的主流。 家用太阳能发电系统既可以是离网型发电系统也可以是并网型发电系统，但我国并网发电尚处于起步阶段。 家用太阳能发电系统一般由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电;在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。 家用太阳能发电系统需要考虑各种因素来安装使用，只有掌握了准确的资料后，才能使产品的效益达到最大化。 这些因素主要有: 1、地理位置。主要包括地点、纬度、经度、海拔等。这些地理环境因素决定了太阳能的充分与否，也决定了发电系统是否能有效的 发挥作用。 2、气象条件。其中包括逐月太阳能总辐射能、直接辐射能(或日照百分比)，年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速，以及冰雹、降雪等特殊天气情况。这些气候条件因素决定了太阳能的辐射量是否充分，从而决定是否适合安装家用太阳能发电系统以及安装太阳能发电系统之后所能使用的电量多少。 3、最大负载量。它包括负载每天工作时间以及平均耗电量，连续阴雨天需工作的时间。这些条件决定了一个家用太阳能发电系统能否满足用电需求。 4、负载用电特性。由于太阳能电池阵列输出的电流是直流，如果所负载的是交流的话，需要经过逆变器的转换才能正常工作，这样会使得太阳能最终供给负载的能量损耗增大，从而所需太阳能电池就会增大，导致家用太阳能发电系统造价增大。 5、交流负载对电源的要求。交流负载除了需要更大的太阳能电池板之外，对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。一般来讲，纯电阻性质的负载，例如电热丝，对逆变器的要求并不高，可以用普通的修正波逆变器。而电视、电动机等对电源要求相对较高，需要的逆变器功率及输出特征都要求较高，因此需用大功率的正弦波的逆变器，才能保证负载能够正常工作，从而不受干扰。 对家用太阳能发电系统的检查与维修也十分重要。一般太阳能电池板倾斜度在30度左右，沙尘可在雨水的冲刷下流走，但是，在风沙较大的地区，应经常给它清除灰尘，从而保持太阳能电池板方阵表 面的干净，以免影响发电量。同时应定期检查所有安装部件的紧固程度，在遇到极端天气时应采取有效的保护措施。不仅如此，还应根据系统的蓄能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放电而损坏。发现其 [8]他异常情况时也应及时检查和维修。 三、家用太阳能发电系统的发展趋势 二十世纪九十年代以来，我国光伏发电迅猛发展，到2020年前，我国光伏技术产业将会得到不断完善与发展，成本将不断下降，光伏市场将会发生巨大的改变:预计，2010—2020年，家用太阳能光伏发电将会由离网发电系统向并网发电系统转变，发电成本到2020年将约为0.6元/kWh。届时，我国光伏产业的技术水平将有望达到世界 [9]先进行列。 对于太阳能资源的利用，国内面临的阻碍问题与国外一样，都是费用昂贵，降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。尽管其光电转换效率也比较可观，但受原料价格和提纯工艺的限制，发电成本始终高高在上。因此，今后家用太阳能发电系统将主要围绕提高发电效率和能力、降低发电成本、延长发电寿命、使家用太阳能发电系统实用美观等方向发展，这也是推广太阳能发电应用的关键所[10]在。专家们预测，到2050年，太阳能光伏发电在发电总量中将占 [11]13%—15%，到2100年将约占64%。 目前，我国的家用太阳能光伏发电产业还处于初级阶段，为了保证其在我国的健康发展，需要做好以下工作:1、加强科研力度，提 高我国太阳能发电系统的整体水平，研制太阳能电池新材料，提高电池的光电转换效率;2、研究太阳能光伏发电的软并网技术，减少光伏电能对电网的冲击;3、探索并实现家用太阳能发电与建筑物建设相结合实现建筑物绿色发电与自我供电;4、制定并出台保护太阳能光伏发电发展以及有助于推行家用太阳能发电系统的政策、措施以及法律法规，对太阳能发电的电价采取保护措施，实行保护政策，促进太阳能发电产业的发展。 太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁可再生新能源，具有独特的发展优势和巨大的开发利用潜力，在未来其发展将不可限量。家用太阳能发电系统，是减少碳排放量、保护我们赖以生存的家园的一种有效途径～ 参考文献: [1]王长贵.新能源和可再生能源的现状和展望[J]，太阳能光伏产业发展论坛论文集，2003 [2]徐丕玉，刘艳荣，沈平.现代自然科学技术概论[M]，北京:首都经济贸易大学出版社，2011 [3]Palz W.PV for the new century status and prospects for PV in Europe[J]，Renewable Energy World，2000 [4]史保平.家用太阳能发电系统的研究[C]，中国知网,2009 [5]羡纹.家用太阳能发电的尴尬[J]，环境Environment，2008 [6]刘宏，吴达成，杨志刚，翟永辉.家用太阳能光伏电源系统[M]， 北京:化学工业出版社，2007 [7]李龙.家用太阳能光伏发电系统的现状及发展前景[J],新学术论坛,2008 [8]杨富强，戚丽娜.家用太阳能发电系统的可行性分析[J],电源技术应用,2013 [9]艾斌，杨洪兴，沈辉.风光互补发电系统的优化[I]:CAD设计方法[J]，太阳能学报，2003 [10]韩立立.家用太阳能光伏并网发电系统的研究[C],中国知网,2013 [11]WEN Li-zi.Vastutilivation of solar power is not a dream[J]，China Territory Today，2005