2021-4-9 | 光伏技術(shù)論文
在高新技術(shù)日新月異的今天,太陽(yáng)能光伏技術(shù)作為一種新能源領(lǐng)域的高新技術(shù),已越來(lái)越被業(yè)界認(rèn)可和應(yīng)用。隨著世界經(jīng)濟(jì)和人口的不斷增長(zhǎng),能源(主要是煤炭、石油、天然氣等一次能源)的需求也在與日俱增,開(kāi)采規(guī)模和消耗量記錄不斷被刷新。無(wú)序開(kāi)采和野蠻挖掘造成了極大的能源浪費(fèi)和污染,進(jìn)一步加劇了社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的矛盾,特別是溫室效應(yīng)(二氧化硫和二氧化碳的人為排放)、酸雨等。化石能源被人類大規(guī)模使用200多年,已經(jīng)被預(yù)警瀕臨匱乏。山西省是一個(gè)傳統(tǒng)化石能源的供應(yīng)大省,近百年來(lái)靠開(kāi)采煤炭來(lái)發(fā)展經(jīng)濟(jì),這在很大程度上造成了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不合理,能源供應(yīng)的后勁不足又導(dǎo)致了與可持續(xù)發(fā)展的矛盾。太陽(yáng)能光伏技術(shù)利用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成人類能夠直接應(yīng)用的電能和熱能的新型技術(shù),是目前人類正在探索和應(yīng)用的除化石能源以外的清潔再生能源之一。
1山西太陽(yáng)能的資源環(huán)境與開(kāi)發(fā)前景分析
1.1山西省太陽(yáng)能資源
山西省地處的黃土高原東端,位于東經(jīng)110°14′~114°33′,北緯34°34′~40°43′;東西約290km,南北約550km,全省總面積15.6萬(wàn)km2,約占全國(guó)總面積的1.6%;東臨太行山,與河北省為鄰;西面和南面接黃河,與陜西省、河南省相望;北面則與內(nèi)蒙古相接。太陽(yáng)以電磁輻射的形式將能量傳播到地球,太陽(yáng)產(chǎn)生的能量大約為3.8×1023kW,其中1/20億到達(dá)地球的大氣層,到達(dá)地球的大氣層的能量大約30%被大氣反射,23%被大氣吸收,剩余的抵達(dá)地球表面,功率約為800000億kW,相當(dāng)于燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤500萬(wàn)t/s的能量[1]。圖1為太陽(yáng)能資源分布圖,表1為太陽(yáng)能資源分布表。由圖1和表1可以看出,山西幾乎全部地區(qū)都是太陽(yáng)能蘊(yùn)藏較豐富地區(qū),每年日照時(shí)間超過(guò)3000h,相對(duì)于其他省份具有良好的地緣優(yōu)勢(shì),非常適合發(fā)展太陽(yáng)能光伏工業(yè)。然而,長(zhǎng)久以來(lái),我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)展卻極不正常,還困于核心技術(shù)在外、關(guān)鍵設(shè)備在外和產(chǎn)品應(yīng)用在外的“三頭在外”現(xiàn)象,這從根本上導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)不健康化發(fā)展。就國(guó)內(nèi)而言,山西相對(duì)其他兄弟省份起步又比較晚,產(chǎn)業(yè)鏈條和產(chǎn)業(yè)規(guī)模上都不可同日而語(yǔ)。山西是個(gè)多煤、少油、貧氣的省份,又作為全國(guó)重要的能源和原材料供應(yīng)基地,長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)為全國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。然而長(zhǎng)期的煤炭資源開(kāi)采致使能源經(jīng)濟(jì)單一粗放、投入產(chǎn)出比重低、環(huán)境污染嚴(yán)重,與生態(tài)平衡的矛盾日益凸顯。近年來(lái),山西的煤炭?jī)?chǔ)采比處于下降趨勢(shì),資源枯竭問(wèn)題的客觀現(xiàn)實(shí)漸漸擺在人們面前,并引起了國(guó)家的關(guān)注和重視。截止到2009年,一次能源產(chǎn)量52526.52萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中煤炭占99.58%,水電占0.13%,瓦斯占0.23%[2](見(jiàn)圖2)。由圖2分析,山西的煤炭占能源生產(chǎn)總量的絕對(duì)值,水電、瓦斯及其他能源形勢(shì)極度匱乏,這種能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適應(yīng)山西經(jīng)濟(jì)發(fā)展和可持續(xù)性要求。2010年12月13日經(jīng)國(guó)務(wù)院同意,國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)設(shè)立“山西省國(guó)家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)”的報(bào)告,要求山西通過(guò)深化改革,加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整。從另一個(gè)角度思考:山西有必要考慮發(fā)展新能源,尤其是著重推進(jìn)替代化石能源的新能源,特別要重點(diǎn)考慮依靠山西具備太陽(yáng)能資源來(lái)發(fā)展第二主導(dǎo)能源是可行之策。
1.2經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)和發(fā)展前景分析
(1)太陽(yáng)能光伏發(fā)電(PV)分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電,我們通常說(shuō)的太陽(yáng)能發(fā)電指的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電。在呂梁市以國(guó)瑞天能為龍頭的企業(yè)聯(lián)合離石利虎玻璃、交城電纜公司共同打造離石光伏產(chǎn)業(yè)鏈,形成太陽(yáng)能晶體硅、硅片、太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能電池組件、光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏建筑應(yīng)用、太陽(yáng)能光伏玻璃、光熱發(fā)電等較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。由此可以看到,山西的光伏行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始走規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化的路線,對(duì)山西的能源增加值來(lái)說(shuō)是個(gè)利好動(dòng)作。位于太原高新區(qū)的山西天能科技有限公司是山西地區(qū)從事半導(dǎo)體材料、單晶硅切割、太陽(yáng)能光伏電池和組件、太陽(yáng)能應(yīng)用照明系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏電站、建筑一體化、LED應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售及施工的企業(yè),其產(chǎn)品范圍和公司經(jīng)營(yíng)種類已經(jīng)比較齊全,可以說(shuō)是山西太陽(yáng)能光伏行業(yè)的先頭企業(yè),具有良好的帶頭作用。由山西國(guó)際電力光伏發(fā)電有限公司建設(shè)的右玉縣小五臺(tái)10MW和平魯阻虎5MW兩個(gè)國(guó)家金太陽(yáng)示范項(xiàng)目相繼建成發(fā)電,年向電網(wǎng)提供2218萬(wàn)kW•h環(huán)保電能,年平均節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.9萬(wàn)t,節(jié)水8.76萬(wàn)t;減少排放粉塵0.62萬(wàn)t、CO22.41萬(wàn)t、SO20.06萬(wàn)t(數(shù)據(jù)來(lái)源于山西國(guó)際電力光伏發(fā)電有限公司工程項(xiàng)目節(jié)能參數(shù)),經(jīng)濟(jì)效益比較可觀,對(duì)緩解山西省生態(tài)矛盾是比較優(yōu)越的發(fā)展模式和手段。除此以外,山西國(guó)際電力光伏發(fā)電有限公司還申報(bào)并正在組織實(shí)施的太原長(zhǎng)安重型汽車(3957kW)用戶側(cè)光伏發(fā)電項(xiàng)目和呂梁高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園離石電纜有限公司(2880kW)用戶側(cè)光伏發(fā)電項(xiàng)目,由山西省煤礦物資供應(yīng)公司申報(bào)正組織實(shí)施的山西能源工業(yè)國(guó)際分銷物流港金太陽(yáng)示范工程(5000kW)用戶側(cè)光伏發(fā)電項(xiàng)目。這批金太陽(yáng)并網(wǎng)電站工程是山西太陽(yáng)能光伏行業(yè)發(fā)展的助推器,為山西太陽(yáng)能光伏的大規(guī)模應(yīng)用起到了良好的示范作用。
(2)光伏建筑一體化(BIPV)是利用光伏產(chǎn)品直接作為建筑材料集成在建筑物上,成為建筑體的一部分,不能分割,如光電玻璃幕墻、光電玻璃采光頂棚等。光伏建筑一體化的另一種形式是光伏電池組件方陣附加在建筑體上,這種類型是光伏產(chǎn)品不作為建筑的組成部分,以既有建筑為載體,它的安裝需要搭建支架,如屋頂電站等。2010年9月5日,山西省第一個(gè)光伏建筑一體化玻璃幕墻工程正式落成,并在太原高新經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)啟動(dòng)。該項(xiàng)目是我省首個(gè)光伏技術(shù)應(yīng)用的綠色建筑,是省新型節(jié)能建筑典范工程。表2為項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益表(表2數(shù)據(jù)來(lái)源珠海興業(yè)綠色建筑有限公司工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo))。
(3)光熱建筑一體化(BIPT)是將太陽(yáng)能集熱器安裝在建筑屋頂、陽(yáng)臺(tái)、邊廊、墻壁的建筑圍護(hù)位置,其非常適用于大型的公共建筑的集熱系統(tǒng),可廣泛用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的住院部、學(xué)校公寓、酒店、賓館等。光熱建筑一體化的優(yōu)點(diǎn)是省去燃煤、燃油的持續(xù)投入,省去人工的服務(wù)費(fèi)和維護(hù)費(fèi);它無(wú)污染,無(wú)毒性,無(wú)煙塵產(chǎn)生,是典型的綠色熱能源。寧夏、山東都已經(jīng)出臺(tái)政策,規(guī)定新建、改建、擴(kuò)建的12層及以下住宅建筑和集中供應(yīng)熱水的公共建筑必須應(yīng)用太陽(yáng)能光熱系統(tǒng),鼓勵(lì)12層以上高層住宅建筑逐步采用太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)[3]。財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2009年7月6日印發(fā)了《可再生能源建筑應(yīng)用城市示范實(shí)施方案》的通知,明確了中央財(cái)政對(duì)再生能源建筑的補(bǔ)貼金額和補(bǔ)貼辦法。目前,山西的大型公建典型示范項(xiàng)目非常稀少,沒(méi)有起到行業(yè)帶頭示范作用,普遍推廣更顯困難,在這一點(diǎn)上還需要政府加強(qiáng)引導(dǎo)、擴(kuò)大宣傳,使山西的光熱利用早日造福百姓。