太阳能光伏发电技术应用综述

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河南科技 2012.10 上能源是社会和经济发展以及科技创新的重要物质保障，开发利用可再生能源是解决能源危机的主要途径，太阳能光伏发电是一种最具有可持续发展的最理想的特殊性能优越的可再生能源发电技术，太阳能光伏发电设备产业，是人类社会发展与科技创新的重大项目工程，是世界发展速度最快的产业之一。为实现能源和环境可持续发展，世界各国均将太阳能光伏发电作为可再生能源发展的重点，我国也将太阳能光伏发电列入新能源发展计划之中。本文，笔者介绍了太阳能光伏发电的优点和我国的发展现状，对太阳能光伏发电进行了技术经济分析，并对太阳能光伏发电产品推广应用提出了建议。一、太阳能光伏发电的优点太阳能光伏发电的能量资源是来自太阳能，太阳能量资源有取之不尽，用之不竭的巨型可再生能源。据测验统计，太阳能照射到地球上的能量资源，要比目前人类消耗总能量大 6 000倍，太阳能在地球上分布很广，只要有光照的场所和地理位置适合的地区，就可使用太阳能发电系统来发电。现在的光伏发电设备非常便利，即装即发电，不用任何类型的变压器，只要符合机电电压产品，就可直接使用。太阳能发电装置，不论是平原，山区高原以及广阔的大海和太空都可使它来发电，目前人类所有的建筑物包括楼房、馆所、房墙、房项、窗户以及走廊休闲空间等都可利用起来，使用太阳能光伏发电设备发电来取得电力资源，以解决供电不足的问题。光伏发电全过程是利用太阳的光辐射能通过光电池作用直接转换为电能，因此光伏发电是一种最具有可持续发展的，最具特殊性能的可再生能源的发电技术。太阳能光伏发电，能量转换过程简单，它是直接将光能转换为电能，没有中间环节（如热能转换为机械能，再由机械能推动磁电机组运转作用产生电能的机械旋转作用），所以光伏发电不但无噪音，而且又无能耗无有毒污染气体排放、无水源冷却系统与设备，节省了资金投入。目前人类使用的电力资源恰恰相反，它的换取模式主要以燃煤、燃气、燃油等，一次性燃烧物质在燃烧过程中，把热能转换成机械能，再由机械能推动发电机组运转的作用中获得到了电能。这种 “以燃烧物质” 作为换电模式，其中间环节多，有一个环节出了问题，发电就无法进行，并且往往因燃煤不到位，水源不足而停止。除此之外，从发展眼光来看，它在发电运转过程还给人们许多烦恼。它排出有害气体和物质，不但污染了水源和海洋，而且更为严重的是污染空气，使空气臭氧层浓度加大，地球温度上升，破坏了人类赖以生存的地球。总之，热磁电体系换电模式，所付出的代价实在太大，甚至它的危害性到了无法估量的地步。相比之下，光伏发电所具有的生态环保优势非常明显，发展潜力很大。二、太阳能光伏发电技术经济分析1.特点。太阳能发电组件结构具有体积小、重量轻，便于运输和安装，光伏发电系统建设周期短，电负荷容量大小，方便灵活，极易组合扩容等特点，可随人之需而定。光伏发电系统性能稳定可靠，使用寿命长（ 30 年以上），一套光伏发电系统，只要有太阳能电池组件发电，有自动化控制系统来控制，基本可实现无人值守与维修降低成本。光伏发电过程本身不需要水源的，可以安装在没有水源的荒漠戈壁滩上以及太空和海洋地带。它可节省土地资源又节约水源，大大扩大它自身发电领域。2.产品优势。随着科学技术的发展，太阳能光伏发电产品成本下降速度加快。（ 1）光伏发电成本逐年下降。在 20世纪 60 年代第一个地面用光伏组件发电售价 1 500美元 /W，经过改进后下降到 300美元 /W，到 2003 年，世界主要公司光伏组件成本下降，售价下降为2.53 美元 /W，由于光伏组件成本下降，光伏组件发电，电价也随之下降。国外许多机构预测认为，光伏发电的电价在 2020 年可降低到与火力发电的电价相竞争水平的电价每度在 2006 年时为0.25 美元 /（ kW· h），到 2010 年下降为 0.14 美元 /（ kW· h），光伏电价下降是光伏发电走进百姓家庭的最好因素。但是按照当前0.14 美元 /（ kW· h）换面成人民币为 0.886 元 /（ kW· h）光电比火电每度还要贵两毛多钱，说明还有差距，还需要继续下降，降至比火电还低的水平，光电产品就有更强劲的竞争力。（ 2）光伏发电组件的快速增长。面对日益逼近的石化能源逐步走向枯竭，保护人类赖以生存的地球的生态环境，光伏发电的优势更为明显。世界上发达国家，如美、德、日等国家十分重视可再生能源的开发利用。美国、日本欧洲提出的世界太阳能发展预测目标在 2010 年装机总量达到 14 GW，其中日本 4.8GW，欧洲 3.0 GW，美国 3.0 GW，中国 0.25 GW，其他 2.95 GW；2020 年，装机总量达到 200 GW，其中日本 30 GW，欧洲 41 GW，美国 36 GW，中国 1.6 GW，其他 91.5 GW。中国近 20 年来，光伏产业长期维持在全球市场 1左右的份额。 2003年、 2004 年中国太阳能电池组件的生产量有了大幅度增长， 2003 年过 1.2 万 kW，约占世界份额的 2.2。 2004 年达 3.5 万 kW，约点世界份额的3。截至 2007年底，中国太阳能发电量已达到 4 000 MW，而世界累计实际生产只有 12 GW。最近 5年，中国的太阳电池产量由2002 年 536.8 MW 到 2007年增加到 4 000 MW，平均每年增长率近 50，见表 1。三、太阳能光伏发电技术在中国的开展我国政府高度重视光伏产业的开发与使用工作。 2007 年 8月由国家发改委经国务院审议通过了可再生能源中长期发展广东省东莞宏威数码机械有限公司彭玉利67网络出版时间 2013-01-29 1346网络出版地址 http//www.cnki.net/kcms/detail/41.1081.T.20130129.1346.126.html河南科技 2012.10 上工业技术INDUSTRY TECHNOLOGY规划，规划提出 2006 年 --2020 年中国可再生能源发展的指导思想。我国中长期光电发展目标是在 2010 年光伏发电总量为25万 kW· h，到 2010年达到 160万 kW· h 指标要求。国家有政策和指标要求，各级领导重视，有一心一意献身光电事业的广大科技人员，谐调一致，共同攻关，协同作战，有目标，有计划地对光电产业进行了大刀阔斧的创新、改造、完善工作。在短短 10 年里，我国的光伏发电设备产业得到迅速发展，品质不断地提高，产品价格大幅度下降，其市场竞争力更强大。据统计，无锡和常州产电将扩大到 1 000 MW。 2008 年阿特斯的产能达到 500MW，保定和南京的产能分别扩大到 600 MW，研发单位达到数十个，相应人员配制的力量也逐年扩大。目前有河北与美国在中国廊坊建设一座产能 500 MW 薄膜电池厂，苏州在 2009 年底实现产能 1 000 MW 薄膜光伏电池厂等，形成常规化晶体硅光伏发电和薄膜光伏发电系统装制两种形式。两股力量汇聚在一起，力量更强大，速度更快，更有力地推动光伏发电产业不断的向前发展。四、太阳能光伏发电产品推广应用建议太阳能光伏发电是个新鲜事物，因此难免存在这样那样诸多问题和缺陷，所以需要有自力更生，独立自主的精神。努力做好不断地创新改进和完善产品的质量工作，必须拿出物美价廉又经得起考验的一流新产品来，逐步走进百姓家庭，让百姓放心、政府放心以及管理部门都放心。与此同时也要争取外援，努力学别人之长处，进行有条件升级改造，创新与完善自己的不足。本文，笔者对于太阳能光伏发电技术应用提出如下建议。1.加强光伏发电的优越性能宣传指导，目前多数人群对光伏发电认识不足，存在着半信半疑的思想和观望的态度。因此需要拿出光伏发电实际产品，用事实说服人。2.光伏发电产品，目前以小中型为主，产品需要走进百姓家庭，或社区和边远山区无电区域。这样很需要政府和有关部门与单位合作出台相应的政策与法规等。建议房地产商或有关单位进行协商，在房顶，走廊空间，楼房馆所以及照明路灯等，配置并安装光伏发电设备系统。让百姓将来也得到低廉价格实实在在的东西。3.建议筹建一批机电产品，例如，日常使用的电视机、空调、电风扇以及电冰箱等。它们可直接使用直流电流，不用变压器来降低电压，可节省零件和能耗费用。4.建议政府和有关部门协同在加油站附近或公共场所附近也建立直流充电设备，以满足车来人往的需求。目前汽车、电动车、自行车等，使用过的废旧直流电池真不少，建议光伏发电设备系统是否可以将废品加以利用。当做储电的零部件使用，为光伏发电设备节省储电的成本。 HK表 1 2002 年 2007 年中国太阳能电池产量统计项目累计用量年使用量年增长率 2002 年2.3860.53743.52003 年3.1300.74739.22004年4.3301.260.82005 年6.0901.7949.32006 年8.6502.5642.92007 年12.6404.0056.2GW某电厂 2 165MW 机组为俄制抽汽供热机组。 1 机组于1999 年 5月投入生产。 2机组于 1999 年 12 月投入生产。 TSI 系统（汽轮机监视系统）采用 PHILPS公司的 RSM-700 系统。 ETS系统（汽轮机事故跳闸系统）采用上海东方自动控制公司的 ETS系统。按俄方汽轮机系统设计要求， ETS系统中有相邻两个水平瓦振大于 80 μ m跳机保护逻辑。本文，笔者分析了瓦振通道同时超限，引起 ETS系统瓦振保护动作造成运行中的 1机组跳机的问题，通过对该机组振动的全面测试，找到了故障原因，确定了处理方案。一、汽轮发电机机组发生振动的危害监测汽轮发电机组的振动并维持其在允许范围内，对于机组安全经济运行有重大意义。机组振动异常是运行中常见故障之一，汽轮发电机组振动是一项常见的主要故障，若不能及时正确进行处理，将对机组的造成损伤，影响生产，甚至产生严重后果，必须引起重视。汽轮机振动的危害汽轮机一旦发生振动超标应立即打闸停机否则其危害很大，主要表现如下。1.直接造成机组事故。当机组振动过大，特别是发生在高压端，有可能引起保安器误动作而发生停机事故。2.损坏机组零件。机组的轴瓦、轴承座的紧固螺钉、凝汽器和空气冷却器的管道以及主油泵的蜗母轮等零件在振动过大时能引起损坏，轴瓦钨金因振动过大造成磨损等。3.动静部分摩擦。当振动过大发生在汽轮机上时，轻则使端部轴封及隔板汽封磨损，间隙增大，机组运行的经济性降低；重则使端部轴封磨损而造成转子弯曲，导致重大事故。若振动过大发生在发电机上时，则影响滑环及电刷的磨损程度，造成发电机或励磁机事故。4.使机组零件松动或破坏建筑物。转子振动过大会使各连接部件松动，将使与机组相连接的轴承、轴承座、主油泵及涡母轮、凝汽器及发电机冷却器的管道等发生共振，引起法兰连接螺栓松动，地脚螺栓断裂，从而造成重大事故。二、汽轮发电机组常见的振动现象及其原因分析汽轮发电机由于质量不平衡、转子热弯曲等原因，振动总是大唐洛阳热电厂王卫东68