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我們有多少太陽光可以利用?它能夠成為未來主導能源嗎?
地球表面接受的太陽能輻射能夠滿足全球能源需求的1萬倍。地表每平方米平均每年接收到的輻射隨地域不同大約在1000‐2000kWh之間。國際能源署數據顯示,在全球 4%的沙漠上安裝太陽能光伏系統,就足以滿足全球能源需求。太陽能光伏享有廣闊的發展空間(屋頂、建筑面、空地和沙漠等),其潛力十分巨大。
隨著我國經濟的高速發展,面臨著能源和環境的雙重壓力,從 2007 年開始我國已經成為世界二氧化碳第一排放國,且還將持續走高。據國際能源署統計,2012年我國二氧化碳排放新增量為 3 億噸,超過歐美當年減排 2.5億噸的總減排量,我國承受的國際壓力越來越大。據預測,直到2030年,我國才會達到排放頂點;我國不僅是原油進口大國,也已成為原煤進口的第一大國,2012年凈進口原煤 2.4 億噸。原油的對外依存度高達 56%,我國還是電力消費和電力裝機世界第一大國,可常規能源儲采比卻遠遠低于世界平均水平。如果不把光伏發電等可再生能源戰略性新興產業作為我國的百年大計,能源短缺和環境的持續惡化就不能得到根本的改善。大力發展光伏發電等可再生能源是我國能源和環境可持續發展的主要出路之一。隨著光伏發電的技術進步和規?;瘧?,其發電成本還將進一步降低,成為更加具有競爭力的能源供應方式,逐步從補充能源到替代能源并極有希望成為未來的主導能源。
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如何看待有報道說”生產光伏組件會產生大量污染的消息?
光伏組件生產包括多晶硅、硅錠硅片、光伏電池組和光伏組件幾個產業鏈環節,相關污染的報道主要是指光伏組件的原材料、高純多晶硅生產中產生的副產物,高純多晶硅生產主要是使用改良西門子法,該法將冶金級硅轉化成三氯氦硅,在加氫氣還原成太陽能級多晶硅,另外會形成副產物氯化硅,四氯化硅遇潮濕空氣即分解成硅酸和氯化氫,如果處理不當會產生污染問題,但是目前我國多晶硅生產企業采用的改良西門子法已可做到閉環生產,將副產物四氯化硅和尾氣回收利用,實現清潔生產。2010 年12 月國家發布了《多晶硅行業準入條件》,規定還原尾氣中四氯化硅、氯氣回收利用率不低于98.5%、99%,因此成熟的改良西門子法生產技術完全滿足環保要求,不會產生環境污染問題。
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如何看待有報道說“生產光伏組件時消耗大量能源”的消息?
光伏組件在其生產過程中確實要消耗一定的能量,特別是工業硅提純、高純多晶硅生產、單晶硅硅棒/多晶硅硅錠生產三個生產環節的能耗較高。但是光伏電池在 20‐25 年的使用壽命期內能夠不斷產生能量。據測算,在我國平均日照條件下,光伏發電系統全壽命周期內能量回報超過其能源消耗的 15 倍以上。以北京為例:在北京以最佳傾角安裝的 1kWp 屋頂光伏并網發電系統的能量回收期1為1.5‐2年,遠低于光伏系統的使用壽命期20‐30年。也就是說,該光伏系統前1.5‐2年發出的電量是用來抵消其生產等過程消耗的能量,1.5‐2 年之后產生的電量都是純產出的能量。所以應該從全生命周期的角度評價光伏電池的能耗。
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為什么說光伏電力是綠色低碳能源?
光伏發電具有顯著的能源、環保和經濟效益,是最優質的綠色能源之一。在我國平均日照條件下,光伏發電系統全壽命周期內能量回報超過其自身能源消耗的 15 倍以上,且光伏發電的碳排放量僅是燃煤發電的 5%左右。歐盟已提出 2030 年光伏發電約占總發電量 15%的宏偉愿景。世界發達國家已經將其作為戰略性新興產業,并在近 20 年中獲得了快速發展。我國面臨著更為嚴峻的能源和環境壓力,如參比歐盟相同的光伏占發電量15%的目標,則到 2030 年我國光伏總裝機容量將達到 10.5 億千瓦,按年發電 1200 小時計算,年發電量可達 12600 億千瓦時,相當于 2012 年全國總用電量的 25%, 可節約用煤 4.08 億噸標準煤,實現減排二氧化碳約 9.9 億噸,年減排二氧化硫、氮氧化物、粉塵分別達到 914 萬噸、184 萬噸、23 萬噸,同時可減少因燃煤發電帶來的固廢排放 1.4 億噸和用水 31.75 億噸。根據世界自然基 金會(WWF)的研究結果顯示:從減排二氧化碳效果而言,安裝 1 平方米太陽能光伏相當于植樹造林 100 平方米,發展光伏發電等可再生能源將是根本上解決霧霾、酸雨等環境問題的有效手段。
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什么是配電網?配電網與分布式光伏發電有什么關系?
配電網是從輸電網或地區發電廠接受電能,通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電力網,是由架空線路、電纜、桿塔、配電變壓器、隔離開關、無功補償電容、計量裝置以及一些附屬設施組成的一般采用閉環設計,并環運行,其結構成輻射狀,分布式電源接入配電網使配電系統中發電與用電并存,配電網結構從放射狀結構變為多電源結構,短路電流大小、流向以及分布特性均發生改變。
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光伏發電系統由哪些部件構成?
光伏發電系統分為并網光伏系統和離網光伏系統。并網光伏系統由光伏組件、并網逆變器、并網柜等部分組成。離網光伏發電系統則由光伏組件、光伏控制器、蓄電池、離網逆變器、交流配電柜等部分組成。光伏發電系統的核心部件是光伏組件,而光伏組件又是由光伏電池片經過串聯并封裝而成,它將太陽光能直接轉化為電能。光伏組件產生的電為直流電,我們可以直接以直流電的形式應用,也可以用逆變器將其轉換成為交流電使用。離網光伏發電系統原理如下圖所示:
離網光伏發電系統原理圖
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光伏電池是怎么發電的?
光伏電池是一種具有光、電轉換特性的半導體器件,它直接將太陽輻射能轉換成直流電,是光伏發電的最基本單元。常見的硅基光伏電池特有的電特性是借助于在晶體硅中摻入某些元素(磷和硼),從而在材料的分子電荷里造成永久的不平衡,形成具有特殊電性能的半導體材料。在陽光照射下,具有特殊電性能的半導體內可以產生自由電荷,這些自由電荷定向移動并積累,從而在其兩端形成電動勢,當用導體將其兩端閉合時便產生電流。這種現象被稱為“光生伏打效應”,簡稱“光伏效應”。
光伏發電原理圖
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您知道光伏發電的歷史起源嗎?
? 1839 年,19 歲的法國貝克勒爾做物理實驗時,發現在導電液中的兩種金屬電極用光照射時,電流會加強,從而發現了 “光生伏打效應”;
? 1930 年 朗格首次提出用“光伏效應”制造太陽能電池,使太陽能變成電能;
? 1932 年 奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽能電池;
? 1941 年,奧爾在硅上發現光伏效應。
? 1954 年 5 月美國貝爾實驗室恰賓、富勒和皮爾松開發出效率為 6%的單晶硅太陽能電池,這是世界上第一個有實用價值的太陽能電池。同年,
威克爾首次發現了砷化鎵有光伏效應,并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜,制成了太陽能電池。太陽光能轉化為電能的實用光伏發電技術由此誕生并發展起來。
1954 年,美國貝爾實驗室
美國貝爾實驗室制成的第一批太陽能電池
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什么是光伏發電?什么是分布式光伏發電?
光伏發電是指利用太陽能電池把太陽輻射能直接轉變成電能的發電方式。 光伏發電是當今太陽能發電的主流,所以,現在人們通常說的太陽 能發電主要是指太陽能光伏發電。
分布式光伏發電,是指在用戶所在場地附近建設、運行方式以用戶側自發自用為主、多余電量上網,且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。
分布式光伏發電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則,充分利用當地太陽能資源,替代和減少化石能源消費。