農(nóng)村光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析

李天驕

摘要 當(dāng)前，綠色環(huán)保、節(jié)能降耗已經(jīng)成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的主流，國家在“十三五”規(guī)劃中明確了“推動形成綠色生產(chǎn)生活方式，加快改善生態(tài)環(huán)境。堅(jiān)持在發(fā)展中保護(hù)、在保護(hù)中發(fā)展，持續(xù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的方向。筆者作為一名高中生，對電子電器非常感興趣，始終關(guān)注國家新技術(shù)、新能源的發(fā)展情況。2016年利于暑假機(jī)會，開展社會實(shí)踐活動，前往政府相關(guān)部門以及國網(wǎng)襄陽供電公司進(jìn)行采訪，對國家近幾年推行的能源替代項(xiàng)目之一：居民光伏發(fā)電進(jìn)行了了解和初步研究，深感利用好太陽能為民造福、綠色居家的必要性和緊迫性，在廣大農(nóng)村地區(qū)推廣光伏發(fā)電的重要意義和光明前景。

關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電；太陽能；發(fā)電系統(tǒng)

中圖分類號 TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）12—0101—02

1家庭光伏發(fā)電技術(shù)初探

家庭光伏發(fā)電是分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的一個子類，指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電裝置位于用戶附近，所發(fā)電能就地利用，以380/220V電壓等級接入電網(wǎng)。

1.1工作原理

光伏發(fā)電技術(shù)是以能量轉(zhuǎn)化為依據(jù)將太陽能輻射通過電光效應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)形式。光與電之間的轉(zhuǎn)化是依靠太陽能電池作為轉(zhuǎn)化裝置。太陽能電池主要是由半導(dǎo)體光電二極管組成，太陽能通過半導(dǎo)體光電二極管轉(zhuǎn)化成電能。

因此，當(dāng)多個太陽能電池串聯(lián)并聯(lián)在一起就會輸出大量的電能，太陽能電池具有永久性、清潔性和靈活性3大優(yōu)點(diǎn)。太陽能電池壽命長，與傳統(tǒng)意義上的發(fā)電形式進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)，依靠太陽能產(chǎn)生能量的電池具有零污染的優(yōu)勢。

1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其主要設(shè)備的構(gòu)成為：

1）太陽能板。家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最為重要的組成部分就是能將太陽能轉(zhuǎn)變成電能存入蓄電池中的太陽能電池板。太陽能電池板是家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)中最重要的部件之一，其轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價值的重要因素是控制器。

2）蓄電池。蓄電池能將太陽能電池板轉(zhuǎn)化的電能存儲起來，作為電能存儲裝置。近年來，我國廣泛應(yīng)用的蓄電池類型是對環(huán)境污染較輕的鉛酸免維護(hù)蓄電池以及膠體蓄電池。適用于無人值守的穩(wěn)定型大型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

3）逆變器。太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將家用太陽能發(fā)電所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。

4）并網(wǎng)設(shè)備。包括用于計(jì)量發(fā)電電能的并網(wǎng)電能表、斷路器、關(guān)口電能表及相關(guān)屬性設(shè)備。

1.3并網(wǎng)方案

分布式光伏發(fā)電與電力用戶在同一場所，發(fā)電量“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”，接入用戶側(cè)。分布式光伏發(fā)電與電力用戶不在同一場所情況，接入公共電網(wǎng)。

典型并網(wǎng)方案。適用范圍：本方案主要適用于220V（380V）電壓等級接入、全部上網(wǎng)的分布式光伏項(xiàng)目，公共連接點(diǎn)為公共電網(wǎng)380V線路，裝機(jī)總?cè)萘坎灰顺^8kW。當(dāng)光伏裝機(jī)總?cè)萘吭?kW～20kW時，采用380V電壓等級接入，參照本方案執(zhí)行。以下是以襄陽地區(qū)某縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)的業(yè)主自建樓頂上，采用光伏組件與建筑屋面結(jié)合的方式，利用屋頂面積有36m²，安裝18塊標(biāo)準(zhǔn)功率為300W的薄膜光伏組件，根據(jù)業(yè)主申報(bào)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，所發(fā)電量主要供給業(yè)主自建4層樓房。

1）一次接入系統(tǒng)方案。業(yè)主用電所配變臺區(qū)，配變?nèi)萘繛?15kVA。光伏電站總?cè)萘繛?kwp，用戶新增1臺5kW逆變器，接入用戶單相表箱。接入系統(tǒng)方案，即（1）新增1臺5kW逆變器，置于業(yè)主樓頂光伏組件的附近；（2）發(fā)電單元通過逆變器以YJV-1kV 4×35/20m接入380V架空線公共電網(wǎng)，在通過公共電網(wǎng)JKLYJ-1kV1×70/150m接入×××街配變臺區(qū)低壓側(cè)，再通過變壓器并入電網(wǎng)。

2）二次接入系統(tǒng)方案。本方案應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置易于操作、具有明顯斷開點(diǎn)、可開斷故障電流的并網(wǎng)開斷設(shè)備，并網(wǎng)點(diǎn)的斷路器應(yīng)具備短路瞬時、長延時保護(hù)功能和分勵脫扣、欠壓脫扣功能，線路發(fā)生短路故障時，線路保護(hù)能快速動作，瞬時跳開斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

3）電能量計(jì)量方案。由于本次運(yùn)營模式采用余電上網(wǎng)，故除單套設(shè)置并網(wǎng)電能表外，還應(yīng)設(shè)置關(guān)口電能計(jì)量表。安裝位置并網(wǎng)電能表設(shè)置在并網(wǎng)點(diǎn)（并網(wǎng)開關(guān)的發(fā)電側(cè)），用于計(jì)量光伏發(fā)電項(xiàng)目總發(fā)電量，且能實(shí)現(xiàn)計(jì)量信息上傳；關(guān)口電能計(jì)量表設(shè)在產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)，用于計(jì)量用戶與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量。

1.4接入手續(xù)

用戶選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的光伏生產(chǎn)設(shè)備和具備資質(zhì)的安裝單位，光伏發(fā)電設(shè)備和安裝費(fèi)用由用電客戶投資，接入引起的公共電網(wǎng)改造部分由湖北省電力公司投資建設(shè)。國家電網(wǎng)公司縣級客戶服務(wù)中心負(fù)責(zé)受理并網(wǎng)申請和組織驗(yàn)收、裝表、簽訂并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議和送電。

1.5電量電費(fèi)結(jié)算

建于用戶內(nèi)部場所的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，發(fā)電量可以全部上網(wǎng)、全部自用或自發(fā)自用余電上網(wǎng)，由用戶白行選擇，用戶不足電量由電網(wǎng)企業(yè)提供。上、下網(wǎng)電量分開結(jié)算，電價執(zhí)行國家相關(guān)政策。

2農(nóng)村光伏發(fā)展前景

分布式光伏發(fā)電憑借綠色環(huán)保、無損耗、無污染等優(yōu)勢作為21世紀(jì)主推的新能源得到國家和政府的大力支持和政策扶持，國務(wù)院2013年出臺了《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》、國家發(fā)改委下發(fā)《關(guān)于發(fā)揮價格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》、國家能源局《關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》，財(cái)政部對光伏發(fā)電的政策性補(bǔ)貼也做了明確規(guī)定，作為新能源推進(jìn)的主導(dǎo)者

國家電網(wǎng)公司已經(jīng)制定了一系列技術(shù)規(guī)程、工作規(guī)范和管理制度，建立了完整的分布式電源受理、并網(wǎng)、運(yùn)作和結(jié)算體系，為農(nóng)村光伏的推廣應(yīng)用鋪平了道路。endprint

由于光能轉(zhuǎn)換的固有特點(diǎn)，太陽能電池板必須固定安裝在有較大室外面積的場地上，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的實(shí)施，城中村、棚戶區(qū)改造大力開展，城市居民今后主要以中高層小區(qū)建筑為居住地，再加上城區(qū)地域寸土寸金，城區(qū)居民在較長時間內(nèi)無法大量使用光伏發(fā)電，相反廣大農(nóng)村地區(qū)因地廣人稀，國家扶貧工程大力開展，農(nóng)民生活水平迅速提高，大分部農(nóng)戶都蓋上了2～3層小樓房，并擁有自己的小庭院，在地理特征上完全滿足安裝使用光伏發(fā)電的需要。

光伏發(fā)電既可以自發(fā)自用、多余電量還可以上網(wǎng)，由國網(wǎng)公司支付上網(wǎng)電量費(fèi)用、國家按電量給予補(bǔ)貼，更可以減輕農(nóng)民朋友的電能消費(fèi)負(fù)擔(dān)，有效提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，以襄陽地區(qū)為例，目前共有農(nóng)村居民戶103萬戶，若50%居民使用光伏發(fā)電，每年總發(fā)電量將達(dá)到26億千瓦時，占全市年用電量近25%，可節(jié)約92萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，少排二氧化碳達(dá)24萬噸、二氧化硫0.78萬噸、氮氧化合物0.68萬噸，同時為農(nóng)戶產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到26億元，利國利民，應(yīng)用前景可期。

3家庭光伏發(fā)電費(fèi)效分析

客戶在接受一項(xiàng)新的產(chǎn)品時、使用一種新的商品時，其性價比往往是關(guān)注的第一要素，我們以較常見的總功率8kW的光伏發(fā)電設(shè)備安裝使用為例計(jì)算其安裝費(fèi)用以及產(chǎn)生的效益。

設(shè)備購置及安裝，由用電客戶自行出資聯(lián)系廠家購買，安裝和調(diào)試一般由廠家免費(fèi)提供。并網(wǎng)相關(guān)設(shè)備以及手續(xù)辦理，國網(wǎng)公司是免費(fèi)上門服務(wù)。用戶投資主要集中在設(shè)備購置上，據(jù)國網(wǎng)公司有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，家用光伏發(fā)電平均的費(fèi)用成本為1萬元/kw，則8kW發(fā)電設(shè)備一次性的投入為8萬元。

發(fā)電效益：

年發(fā)電量：8×0.5×1987=7948（千瓦時）

年發(fā)電收入：7948×（0.42+0.5580）=7773.14（元）

投資收回時間：80 000/7 773.14≈10（年）

0.5是光伏發(fā)電效率，1987為襄陽地區(qū)年均日照小時，0.42元/千瓦時是國家對發(fā)電補(bǔ)貼，0.5 580為襄陽2016年低壓居民電價（第一檔）。

4推行的主要瓶頸及解決方案

通過以上分析，目前農(nóng)村地區(qū)推行家庭光伏發(fā)電的主要瓶頸在于前期投入較高，投資收回的時間較長，農(nóng)戶安裝使用的積極性不高，造成目前農(nóng)村地區(qū)家庭光伏發(fā)電推行用戶數(shù)量較少。

解決方案：

1）加快產(chǎn)業(yè)研發(fā)，采用新工藝、新技術(shù)，推出高性能的太陽能電池板，目前無論是單晶硅、多晶硅還是薄膜等電池，其光電轉(zhuǎn)換率至多為16%～17%，距國際50%左右的先進(jìn)水平還有較大的提升空間。

2）將國家對新能源的政策切實(shí)落地，地、縣、鎮(zhèn)各級地方政府要將光伏發(fā)電的推廣作為長期性的重要工作來抓，并與領(lǐng)導(dǎo)政績進(jìn)行掛鉤。

3）政府加以引導(dǎo)，以經(jīng)濟(jì)條件較好的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村組為龍頭，批量購置、安裝發(fā)電設(shè)備，可有效降低用戶的平均投資成本，至少可節(jié)省30%的費(fèi)用。

4）多方扶持光伏發(fā)電，以分期付款等方式促進(jìn)設(shè)備購置，銀行、農(nóng)村信用社可以低息甚至無息貨款的方式，鼓勵農(nóng)戶購置、使用光伏發(fā)電設(shè)備。供電部門加快對光伏電源的驗(yàn)收和并網(wǎng)發(fā)電手續(xù)辦理，生產(chǎn)廠商提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)售后保修，可采用終身成本保修等方式，提高產(chǎn)品使用可靠性和使用壽命。endprint