太陽能發電站

國內最早的太陽能熱發電示範電站是南京玻纖院春輝公司與以色列魏茲曼研究院合作的南京江寧區70kW塔式太陽能熱發電試驗工程，於2005年建成併發電成功。“十一五”期間，在國家863計劃支持下，中國科學院電工研究所等10家單位於北京八達嶺開始建設1MW的太陽能塔式熱發電實驗項目，這是亞洲首座太陽能塔式熱發電技術應用項目。該電站於2010年底實現併網發電，每年的發電量達到270萬千瓦時。

甘肅、山東、江蘇等在內的各地方政府都開始光熱發電項目的建設準備工作並制定相應規劃。目前國內規模最大的項目是內蒙古50兆瓦槽式太陽能熱發電項目，該項目落戶內蒙古鄂爾多斯市巴拉貢創業區，2011年6月開始招標。各大電力集團也開始積極布局，在全國各地開展光熱發電前期工作，並預留了大量土地以備將來的大規模擴張。

1982年美國建成了一座1000萬千瓦的塔式太陽熱中間試驗電站。美國計劃到2000年，太陽能發電站總裝機容量將達4000萬千瓦。2000年和2020年，生產的電量佔總能量的百分比將是7%和25%。由於光熱轉換器（聚光器）需要佔據較大的空間採光受熱，設備偏大，以美國在加利福尼亞州計劃建一座1萬千瓦發電設備為例，集光裝置達40萬平方米，200萬千瓦，則需佔地50平方千米。據估計，大型太陽能發電站效率僅為30%左右。另外，太陽能發電站還需要有應付晚上和陰天用電需要的蓄電器，而所需的聚光器造價也較昂貴，發電經濟性差，因此，影響了廣泛地推廣和應用。

位於美國加州和內華達州交界的莫哈韋沙漠的伊凡帕太陽能發電站是世界上最大的太陽能發電站，佔地8平方公里。2017年3月該發電站開啟。

在甘肅敦煌市西部的一片沙漠中將建起一座我國目前最大的太陽能發電站。

這個規模在10兆瓦的太陽能電站，是我國政府批准的第三個太陽能電站示範項目，另外的兩個是255千瓦的內蒙古鄂爾多斯項目、1兆瓦的上海市崇明島項目。

而這個即將在2009年3月20日公開招標的10兆瓦、投資僅在5個億的項目卻引來了全國50家光伏企業的爭奪。“國企有華能、華電等五大發電集團、也有無錫尚德等民企，甚至也吸引了德國與丹麥外資企業。”

敦煌項目採取特許經營權的方式，國家發改委有一系列政策確保該項目的盈利前景。“這個項目可能為下一步國家制定光伏發電政策時提供依據。誰獲得了這個項目，也就意味著在未來獲得了政策和經驗等方面的先發優勢。”業界人士說，這一項目的成行也許將真正激活光伏發電的國內市場，改變其兩頭在外的格局。

太陽能發電系統主要包括：太陽能電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。

1．太陽能電池組件

太陽能電池組件是發電系統中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能直接轉換為直流電，供負載使用或存貯於蓄電池內備用。一般根據用戶需要，將若干太陽能電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣（陣列），再配上適當的支架及接線盒組成太陽能電池組件。

2．充電控制器

在太陽能發電系統中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩、高效的為蓄電池充電，並在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現象的發生。高級的控制器可以同時記錄並顯示系統各種重要數據，如充電電流、電壓等。控制器主要功能如下：

1）過充保護 避免蓄電池因充電電壓過高而造成損壞。

2）過放保護 避免蓄電池因放電到過低的電壓而損壞。

3）防反接功能 避免蓄電池及太陽能電池板因正負極接反而不能使用甚至釀成事故。

4）防雷擊功能 避免因雷擊而損壞整個系統。

5）溫度補償 主要針對溫差大的地方，保證蓄電池處於最佳的充電效果。

6）定時功能 控制負載的工作時間，避免能源浪費。

7）過流保護 當負載過大或短路時，自動切斷負載，保證系統的安全運。

8）過熱保護 當系統工作溫度過高時，自動停止給負載供電，故障排除后，自動恢復正常工作。

9）自動識別電壓 對於不同的系統工作電壓，自動識別，無須另外設置。

3．蓄電池

蓄電池作用是將太陽能電池方陣發出直流電貯存起來, 供負載使用。在光伏發電系統中, 蓄電池處於浮充放電狀態。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電，同時方陣還給負載用電，晚上負載用電全部由蓄電池供給。因此, 要求蓄電池的自放電要小, 而且充電效率要高, 同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。

4．逆變器

絕大多數用電器，如日光燈、電視機、電冰箱、電風扇和絕大多數動力機械等都是以交流電工作，要想這類用電器能正常工作，太陽能發電系統需要將直流電變換成交流電，具有這種功能的電力電子設備稱作逆變器。逆變器還具有自動穩壓功能，可改善光伏發電系統的供電質量。

下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：

1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為100W/90%=111W；若按每天使用5小時，則耗電量為111W*5小時=555Wh。

2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。

3.充電控制器的選擇：130W的太陽能電池板它的最大輸出電流是7.7A。因此應該選取充電電流至少為8A的充電控制器。

4.蓄電池的選擇：若採用12V的蓄電池，其放電深度為50%，則應使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄電池；若選擇24V的蓄電池，則蓄電池的容量應為555Wh/24V/50%=45Ah。

太陽能電池的額定輸出功率與轉換效率有關，一般來講，單位面積的電池組件，轉換效率越高，其輸出功率越大。太陽能電池的轉換效率一般在14~17%之間，每平方厘米的電池片，其輸出功率在14~16mW,每平方米的太陽能電池組件輸出功率約120WP.

太陽能電池組件的測試，需用專門的檢測設備，在標準的條件下檢測。由於檢測設備非常昂貴，一般的檢測方法是：利用碘鎢燈或白熾燈，模擬太陽光，比較樣品作對比測試，主要檢測其開路電壓與短路電流，檢測的時候注意控制溫度，不能超過25℃。

功率=電壓X電流（W=UI）用電量=功率X時間（Q=Wh）

太陽能光伏發電需要綜合考慮各種因素，只有掌握了準確的資料后，才能確定電池板的安裝方式、最低功率、規格（太陽能電池板每天的有效發電量必須太於負載的用電量）及蓄電池的容量、性能及控制方式。使產品達到最佳性價比。如果對相關因素的估算失誤，就會直接影響到獨立光伏發電系統性能和造價。

（1）現場的地理位置.。

包括：地點、緯度、經度、海拔等。

（2）安裝地點的氣象條件。

包括：逐月太陽能總輻射量，直接輻射量（或日照百分比），年平均氣溫，最長連續陰雨天數，最大風速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。

（3）最大負載量。

包括：負載每天工作時間及平均耗電量，連續陰雨天需工作的時間。

（4）負載用電特性

由於太陽能電池陣列輸出的電流是直流，如果負載是交流的話，需要經過逆變器的轉換，才能正常工作，這樣太陽能最終供給負載的能量損耗就增大，從而所需太陽能電池就會增大，導致太陽能供電系統造價增大。

（5）交流負載對電源的要求

交流負載除了需要更大的太陽能電池板外，對逆變器的要求也會因負載的不同而不同。一般來講純電阻性質的負載例如電熱絲，對逆變器要求不高，可用普通的修正波逆變器。而電視、電動機對電源要求相對要高，需要的逆變器功率及輸出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆變器，才能保證負載能正常工作，不受干擾。負載要求不同，造價也不同。

（6）使用限制

由於部分國家和地區，對蓄電池有特定的環保要求，特別是鎳鎘電池在歐美國家受到嚴格限制，還有鉛酸電池在運輸方面也會受到限制，這些因素都將導致太陽能光電產品的造價增大。

（1）防水、防雹、防風。

一般太陽能電池板採用鋼化玻璃封裝，外框用鋁合金封裝，能有效抵禦冰雹襲擊，安裝用金屬支架固定，能抵禦10級以上大風。

（2）防晒、防凍。

一般都有通風、散熱窗子，以利於蓄電池散熱。對於冬季特別寒冷地區，蓄電池採用防凝固的膠體電池。

（3）控制保護

為了最大限度延長電池板及蓄電池的使用壽命，一般都有防反充、過充、過放保護電路控制，避免損壞電池板及蓄電池過早的老化。

（4）零件選擇

由於太陽能光電產品使用環境不同，溫度相差較大，因此要求零件的工作溫度範圍要寬。

（5）維護

太陽電池發電系統沒有活動部件，不容易損壞，其維護也非常簡便。不過也需做定期維護，否則可能影響正常使用，甚至縮短使用壽命。

一般來說，太陽電池板方陣傾角應超過30度，所有灰塵可由雨水沖刷而自行清潔，在風沙較大地區，應當經常清除灰塵，保持方陣表面的乾淨，以免影響發電量。清潔時可拭去灰塵，有條件時可用清水清洗，再用乾淨抹布擦乾。切勿用腐蝕性溶劑或硬物沖洗擦拭。定期檢查所有安裝部件的緊固程度。遇到冰雹、狂風、暴雨等異常天氣，應及時採用保護措施。經常檢查蓄電池的充放電情況，隨時觀察電極或接線是否有腐蝕或接觸不良之處。

在一些簡單的系統中應根據蓄能情況，控制用電量，防止蓄電池因過放電而損壞。發現有異常情況應當立即檢查、維修。

1．太陽能電池峰值功率

普遍存在的一個問題就是：認為只要有陽光就可以輸出額定功率， 100WP的峰值功率，如果在普通光照條件下，照射10小時，就可發電1000WH，也就是1度電，其實太陽能峰值功率WP是在標準條件下：輻射強度1000W/m，大氣質量AM1.5，電池溫度25℃條件下，太陽能電池的輸出功率。（這個條件大約和我們平時晴天中午前後的太陽光照條件差不多）按廣東地區的光照條件，折算成標準光照時間大約為3.3~3.5小時。在陰雨天，太陽電池也可以產生一定的能量，它的功率大約在額定功率的5-15%

2．太陽能發電損耗

通常誤認為：太陽能電池組件每天輸出的電量會被負載全部利用。實際上，太陽能電池組件安裝存在相當大的損耗，大約在15~20%，充電、放電過程中，損耗在20%左右，如果有逆變器，損耗在10%以上，總的來說，太陽能發電利用率大約在50%左右。總之，所有能量轉換過程中，都必須遵循能量守恆的定律，絕對不會無中生有，也不會百分百利用。

3．如何降低太陽能發電損耗

一般來講，為了儘可能降低損耗，常採取如下措施：

⑴太陽能電池組件傾斜，與光線成垂直角度，一般廣東地區傾斜35~40度。

⑵太陽能電池所有組件開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流等參

數盡量一致，連接電纜儘可能粗些、短些。

⑶蓄電池如果採用串聯，所有的單元內阻盡量一致，儘可能小。

⑷為了減少線路間的損耗，條件允許的話，儘可能採用高電壓、低電流的方案，這樣使線路承受的電流儘可能小，從而降低損耗。在設計控制電路時，儘可能採用集成化高的、穩定性好的元器件。

隨著地球資源的日益貧乏，基礎能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂是無處不在。太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、環保新能源越來越受到重視。這樣，太陽能照明產品隨著太陽能熱水器普及之後應然而生，在這裡我們就太陽能燈具和使用市電燈具的效果作實用對比。

*對比一

市電照明燈具安裝複雜：在市電照明燈具工程中有複雜的作業程序，首先要鋪設電纜，這裡就要進行電纜溝的開挖、鋪設暗管、管內穿線、回填等大量基礎工程。然後進行長時間的安裝調試，如任何一條線路有問題，則要大面積返工。而且地勢和線路要求複雜、人工和輔助材料成本高昂。

太陽能照明燈安裝簡便：太陽能燈具安裝時，不用鋪設複雜的線路，只要做一個水泥基座，然後用不鏽鋼螺絲固定就可。

*對比二

市電照明燈具電費高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費，要長期不間斷對線路和其它配置進行維護或更換，維護成本逐年遞增。

太陽能照明燈具免電費：太陽能照明燈具是一次性投入，長期受益，維護成本低。

*對比三

市電照明燈具有安全隱患：市電照明燈具由於在施工質量、景觀工

程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的衝突等方面帶來諸多安全隱患。

太陽能照明沒有安全隱患：太陽能燈具是超低壓產品，運行安全可靠太陽能照明的其它優勢：綠色環保，能為高尚生態小區的開發和推廣增加新的賣點；可持續降低物業管理成本，減少業主公共分攤部分的費用。綜上對比所述，太陽能照明安全無隱患、節能無消耗、綠色環保、安裝簡便、自動控制免維護。

國內光伏電站從立項—設計---建設---併網運營的全部流程，並與說明。鑒於如何有效地控制成本、提高收益率是投資商們的核心關注點，光伏電站投資項目首期建設成本自然成為重點。而光伏電站作為一個長期運營投資的項目，整體的光伏發電系統25年穩定運營的可靠性更應予以重視。