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光伏分為兩類，一種是集中式，如大型西北地面光伏發(fā)電系統(tǒng)；一種是分布式（以>6MW為分界），如民居屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。
介紹
光伏(PV or photovoltaic)：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)(photovoltaic power system)是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，有獨立運行和并網(wǎng)運行兩種方式。
太陽能光伏電池制造工藝：將多晶硅硅片經(jīng)過：制絨、蝕刻、擴(kuò)散、燒結(jié)、印刷……
歷史
海因里希?赫茲于1887年首次發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，阿爾伯特?愛因斯坦在1905年解釋了這一現(xiàn)象。
光伏(PV)系統(tǒng)正是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，直接將光轉(zhuǎn)換為電能。半導(dǎo)體的成分和光伏設(shè)備接收的有效太陽輻射的強(qiáng)度和波長都會影響光伏設(shè)備的發(fā)電量(赫茲，1887；愛因斯坦，1905)。
1954年，貝爾實驗室的3位研究人員研制出首個實用的“太陽能電池”。該電池可將6％的入射太陽能轉(zhuǎn)換為電能(Pedin，2004)。
隨著研發(fā)不斷取得進(jìn)展，光伏裝置的轉(zhuǎn)換效率也隨之提高。
分類
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按與電力系統(tǒng)的關(guān)系可分為兩大類：獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)(Stand-alone PV System)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)(Grid-connected PV System)。
獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)
獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏陣列、蓄電池組、充電控制器、電力電子變換器(逆變器)、負(fù)載等組成。其工作原理是，太陽輻射能量經(jīng)過光伏陣列首先被轉(zhuǎn)換成電能，然后由電力電子變換器變換后給負(fù)載供電。同時將多余的電能經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲存在儲能裝置中。這樣在日照不足時，儲存在電池中的能量就可經(jīng)過電力電子逆變器、濾波和工頻變壓器升壓后變成交流220V、50 Hz的電能供交流負(fù)載使用。太陽能發(fā)電的特點是白天發(fā)電，而負(fù)載往往卻是全天候用電，因此在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能元件必不可少，工程上使用的儲能元件主要是蓄電池。
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、高頻DC/DC升壓電路、電力電子變換器(逆變器)和系統(tǒng)監(jiān)控部分組成。其工作原理是，太陽輻射能量經(jīng)過光伏陣列轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)高頻直流變換后變成高壓直流電，然后經(jīng)過電力電子逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓相頻一致的正弦交流電流。
以上兩種光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大區(qū)別就在于，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)相連接，因而光伏陣列的電量盈余與并聯(lián)電網(wǎng)可以實行互補(bǔ)，省去了獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中必需的蓄電池等儲能元件，不僅降低了系統(tǒng)成本，而且保證了系統(tǒng)的可靠性。同時，夏天太陽輻射強(qiáng)度大，光伏系統(tǒng)發(fā)電量多，可以對夏天電網(wǎng)的峰荷起到調(diào)節(jié)作用。隨著近年來太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用以及太陽能電池組件價格的迅速下降，并網(wǎng)系統(tǒng)無疑將得到更為廣泛的應(yīng)用。
優(yōu)缺點
優(yōu)點
1)、運行可靠：即使在惡劣的環(huán)境和氣候條件下也可正常供電。
2)、壽命長：晶體硅組件壽命通常在25年以上，非晶硅組件壽命通常在20年以上。
3)、維護(hù)費用低：建成后只需少量工作人員，對系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，相比較而言，常規(guī)發(fā)電站維護(hù)費用很大。
4)、天然能源：能源是取之不盡、用之不竭的太陽能，無需能源費用。
5)、無噪聲污染：整個系統(tǒng)無機(jī)械運動部件，不產(chǎn)生噪聲。
6)、模塊化：根據(jù)需要選擇系統(tǒng)容量，安裝靈活、方便，擴(kuò)容很簡便。
7)、安全：系統(tǒng)內(nèi)無易燃物品，安全性能高。
8)、自主供電：可離網(wǎng)運行，獨立供電，可不受公用電網(wǎng)的影響。
9)、分布式發(fā)電：可建設(shè)分散的光伏電站，減少對公用電網(wǎng)的影響及危害。
10)、高海拔性：在海拔高、日照強(qiáng)的地區(qū)，更能增加系統(tǒng)的輸出功率。（相比光伏發(fā)電高海拔地區(qū)，由于氣壓低，柴油發(fā)電機(jī)效率降低，輸出功率減少。）
缺點
1)、初投資費用高：由于初投資高，需進(jìn)行單個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評估及多種方案比較。如果初投資減少，常規(guī)燃料成本上升，則光伏系統(tǒng)將更具有競爭力。
2)、日照不穩(wěn)定：天氣對任何太陽能系統(tǒng)的功率輸出都有很大影響。氣候或場地條件變化時，系統(tǒng)設(shè)計也要隨之改變。
3)、需儲能裝置（獨立系統(tǒng)）：光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)夜晚時，沒有陽光不能發(fā)電，需增加蓄電池儲能設(shè)備，從而增加了系統(tǒng)規(guī)模、成本及維護(hù)工作量。
4)、效率有待改進(jìn)：從投資的有效性出發(fā)，要求高效率的使用光伏系統(tǒng)資源。用戶須使用高效率的負(fù)載設(shè)備。
5)、需技術(shù)培訓(xùn)：光伏系統(tǒng)使用了很多人們不熟悉的新技術(shù)，因此，用戶在運行光伏系統(tǒng)前，都需要經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)。
應(yīng)用場景
除了傳統(tǒng)思維中的太陽能電廠和分布式屋頂光伏，光伏還可以應(yīng)用于多種多樣的場景，比如建筑、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、公共設(shè)施、景觀建設(shè)等。這些復(fù)合和跨界模式一方面使得光伏建設(shè)項目在清潔發(fā)電的同時能夠兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)；另一方面，這種對空間高效集約利用的模式有助于新能源開發(fā)項目獲得建設(shè)所需的土地資源。
在中國仲巴縣，這個縣城里所有的供熱都是由太陽能來提供的。黑色的那部分就是太陽能集熱器（Solar collector），面積有3.5萬平方米，就像我們平常用到的熱水器那樣，能夠把太陽能變成熱能。它收集了熱以后，儲存在圖中那個彩色的罐子里。這個罐子可以24小時發(fā)熱，供給縣城的采暖。這是百分之百的太陽能，完全零碳。
“光伏＋土地生態(tài)修復(fù)”
據(jù)《聯(lián)合國防治荒漠化公約》統(tǒng)計，全球處于超干旱以及干旱的土地面積約為25500平方千米，占全球陸地表面的17.2%。而且，每年沙漠的面積還在不斷擴(kuò)大。土地退化中和（Land Degradation Neutrality, LDN）和退化土地生態(tài)修復(fù)一直以來都是地球面臨的重要課題?；哪恋仉m然有待修復(fù)，但也提供了大量的土地資源，因此，將荒漠化土地生態(tài)修復(fù)與光伏建設(shè)相結(jié)合將帶來多方面的收益。荒漠上的太陽能面板不僅可以供電，還可以減少地面受到的日照輻射和水分蒸發(fā)量。清洗電池板時噴灑的水分，提高了土壤表層的含水量，促進(jìn)了植被的生長和恢復(fù)。在荒漠上的太陽能電站能促進(jìn)土壤的碳固定、植物的定植，提高生物多樣性并恢復(fù)土壤活性，進(jìn)而利于蓄水保土、阻風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境等。對于土地所有者來說，在25年的光伏電站運營周期后，將獲得植被覆蓋率更高、土壤更健康、土地生產(chǎn)力更高的優(yōu)質(zhì)土地以及使用期間的土地租賃收益。
目前，巴基斯坦、埃及等國，中國內(nèi)蒙古、山西、青海、寧夏等地都有這樣的“光伏＋土地生態(tài)修復(fù)”的項目。以青海共和盆地的生態(tài)修復(fù)項目為例，這個850兆瓦的項目占地54平方千米，建設(shè)光伏電站后，光伏板下和板間土地植被覆蓋率顯著提升，植被覆蓋度增加15%；光伏水泵灌溉地區(qū)的植被覆蓋率也顯著提升。光伏板下10厘米、20厘米、40厘米處，土壤含水量分別增加78%、43%、40%。夏季土壤有機(jī)質(zhì)含量比上年增加11.6倍，氮含量比上年增加11.3倍，土壤微生物增加，進(jìn)而提高了土地生產(chǎn)力。光伏發(fā)電降低了約120萬噸碳排放，植被和土壤有機(jī)碳也形成了一定程度的碳沉積。電站場區(qū)對局地氣候有明顯調(diào)節(jié)作用：光伏園區(qū)內(nèi)風(fēng)速比園區(qū)外降低了40.3%；空氣相對濕度比園區(qū)外高2.8%。對土壤溫度也有調(diào)節(jié)作用。
“光伏＋建筑”
歐洲最大的能源消費來自建筑行業(yè)，消耗了約40%的能源，并排放了約36%的溫室氣體。目前，歐盟幾乎75%的建筑物是低能效建筑，如對現(xiàn)有建筑物進(jìn)行能源改造可以節(jié)省大量能源，有望使歐盟的總能耗降低5%～6%，并將二氧化碳排放降低5%。歐洲目前大范圍推廣光伏建筑一體化項目。結(jié)合建筑進(jìn)行光伏建設(shè)可以減少對土地資源的消耗。歐洲各國在進(jìn)行“光伏＋建筑”項目建設(shè)時會首先對可用建筑面積進(jìn)行估算，以便最大限度地利用建筑面積。從巴黎都會區(qū)大規(guī)模實際部署光伏的結(jié)果來看，由于遮蓋了屋頂，太陽能電池板會使家庭冬季取暖的需求增加3%，但是在夏季，這種遮蓋可減少12%的空調(diào)用能。
列支敦士登是一個非常典型的受益于建筑光伏的國家。這個國家位于瑞士與奧地利兩國之間，面積僅為160.5平方千米，只有38244人。列支敦士登土地狹小并且人口稀少，人均能耗高、人均用電量高、能源自給率低，但是它卻是世界上第一個被允許稱為“能源大國”的國家。從人均光伏的角度來看，2015年列支敦士登超過了原排名第一（人均裝機(jī)容量為473瓦）的德國，以532瓦的人均裝機(jī)容量被Solar Super State協(xié)會授予“人均光伏冠軍”的稱號。值得注意的是，這個國家所有光伏項目都在建筑上。在列支敦士登光照資源條件下，面積為40～50平方米的現(xiàn)代光伏系統(tǒng)可大致滿足四口之家的用電量，可以持續(xù)發(fā)電約25年，幫助列支敦士登居民用電實現(xiàn)自給自足，并能夠向工業(yè)提供一部分電力。2020年5月10日，列支敦士登的本國發(fā)電功率超過了該國用電負(fù)荷，這是該國歷史上首次不需要任何外部能源，完全自給自足地完成了整個國家的電力運行。雖然這是一個特殊時期的偶發(fā)事件，但是也表現(xiàn)出國家依靠建筑光伏實現(xiàn)能源獨立的可能。目前該國公開的能源規(guī)劃是在2030年達(dá)成人均光伏2.2千瓦，2050年至少到4.5千瓦。這些光伏依然全部規(guī)劃在建筑上，建筑光伏在該國的地位進(jìn)一步得到鞏固。
“光伏＋農(nóng)業(yè)”
“光伏＋農(nóng)業(yè)”即在同一片土地同時開展支架型光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。全球農(nóng)業(yè)用地面積約為5億平方千米，占全球陸地面積的38%。其中約1/3為耕地，其余2/3為草地和牧場。農(nóng)業(yè)用地占有大量的土地資源，這些土地是否可以作為光伏建設(shè)的可用面積，一直以來飽受爭議。為此，歐洲最大的太陽能研究機(jī)構(gòu)——德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer ISE）于2015年啟動農(nóng)光一體研究項目APV—RESOLA，測試光伏板對冬小麥、芹菜、土豆等不同作物產(chǎn)量的影響。對照實驗表明，將光伏與土豆種植相結(jié)合，每公頃土豆增產(chǎn)3%，農(nóng)用土地通過光伏額外產(chǎn)出83%的綠色電力，土地綜合利用率提升86%。該成果已于2020年10月在由德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所主辦的國際農(nóng)業(yè)光伏大會AgriVoltaics上發(fā)布?！肮夥r(nóng)業(yè)”這一模式，將光伏板清潔與農(nóng)田灌溉相結(jié)合，能夠提高水資源利用效率，光伏板也能起到減弱正午過強(qiáng)光照對農(nóng)作物的不利影響和減少水分蒸發(fā)的作用?；谵r(nóng)光一體設(shè)施，可以選育適宜作物，進(jìn)行合理灌溉。光伏供電的智能系統(tǒng)還可以保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝流程，實現(xiàn)“光伏大棚＋智慧種植”，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量。“光伏＋農(nóng)業(yè)”模式解決了光伏建設(shè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)爭地的問題，并通過光伏建設(shè)中的一些干預(yù)措施在盡量確保光伏發(fā)電量的同時增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，實現(xiàn)土地復(fù)合利用。
以位于寧夏黃河?xùn)|岸的農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站為例，寧夏黃河?xùn)|岸曾是荒漠化最為嚴(yán)重的土地之一，平均海拔為1200米，年最大降水量為273毫米，年蒸發(fā)量為2722毫米，漫天黃沙，塵土飛揚。開發(fā)公司對16萬畝（約10666公頃）荒漠化的土地進(jìn)行生態(tài)治理，建設(shè)農(nóng)光互補(bǔ)電站，規(guī)劃建設(shè)3GWp光伏發(fā)電，已建成并網(wǎng)1GWp光伏。同時開展優(yōu)質(zhì)有機(jī)枸杞的“種植—研發(fā)—加工—銷售”綠色產(chǎn)業(yè)鏈，為當(dāng)?shù)?萬貧困人口提供了就業(yè)機(jī)會。光伏組件減少了輻射強(qiáng)度，“光伏＋農(nóng)業(yè)”使得枸杞的開花季比當(dāng)?shù)赝愯坭介L了5個星期，產(chǎn)量增加了29%。
“光伏＋漁業(yè)”
“光伏＋漁業(yè)”是指建設(shè)基臺在水面的光伏電站，發(fā)電的同時在光伏板下發(fā)展?jié)O業(yè)，是一種空間資源復(fù)合利用的多重發(fā)展模式。對水產(chǎn)品來說：第一，光伏組件的冷卻作用和遮光作用可以降低水產(chǎn)品睡眠溫度，減少水分蒸發(fā)，提高魚蝦蟹存活率，減少藻類侵入；第二，光伏供能的智能系統(tǒng)能有效控制養(yǎng)殖水體條件，例如水溫和pH；也能實現(xiàn)節(jié)水循環(huán)，池底排污、殺菌增氧和遠(yuǎn)程檢測，創(chuàng)造了更好的生態(tài)環(huán)境，持續(xù)提升水產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。對于發(fā)電運營和節(jié)能減排來說：光伏驅(qū)動漁業(yè)零污染，減少粉塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放；水面光伏電站還能避免火災(zāi)、動物啃咬電纜等情況對電站造成的破壞。漁業(yè)增產(chǎn)和節(jié)能減排同時實現(xiàn)，能極大提高單位面積土地的經(jīng)濟(jì)價值。
以江蘇漁光一體項目的數(shù)據(jù)來看，漁光一體草魚池塘畝產(chǎn)量達(dá)到35550～39705千克/公頃，遠(yuǎn)高于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)池塘平均水平（18750千克/公頃）。339畝養(yǎng)殖水面安裝50%～75%光伏組件，建立10兆瓦漁光一體池塘，一年共發(fā)電1300萬千瓦時，年畝發(fā)電3.83萬千瓦時，平均月畝發(fā)電3196千瓦時。魚菜（稻）共生，采用水稻、空心菜進(jìn)行生物處理，累計產(chǎn)出水稻總量為194.48千克，空心菜總量為3529千克，共計吸收氮元素161.99千克、磷元素27.63千克、鉀元素202.44千克，并實現(xiàn)產(chǎn)值附加近4000元，利潤3000余元。利用物理、生物凈化和養(yǎng)殖技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，做到“以魚養(yǎng)水、以草凈水”，有效控制了水產(chǎn)養(yǎng)殖內(nèi)外源性污染問題，對SS降解率達(dá)80%以上，對COD、TN、TP降解率90%以上，凈化后水質(zhì)符合《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》（SC/T9101—2007）一級標(biāo)準(zhǔn)。
“光伏＋公路”
路側(cè)光伏是利用高速公路及鐵路兩側(cè)土地建設(shè)光伏電站的一種光伏建設(shè)形式。鐵路和高速公路沿線的土地常年受到噪聲和尾氣的污染，這類地帶農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)性較差，如果建造地面光伏系統(tǒng)反而可以減少其他地方的土地消耗和對景觀的干預(yù)。
德國公路兩側(cè)有非常多的窄條狀光伏電站。德國地面光伏電站中12%是位于公路和鐵路兩側(cè)110米內(nèi)的地帶。圖林根州500千米高速公路110米沿線上的太陽能安裝潛力總計可達(dá)1.8吉瓦。以德國巴伐利亞州代根多夫市B8聯(lián)邦公路以南Photovoltaik Kainzenstadelfeld項目為例，它的總面積約為2萬平方米，光伏設(shè)施占地面積為13992平方米，光伏板數(shù)量為2829塊，預(yù)計年度發(fā)電量為1121.4千瓦時，景觀補(bǔ)償系數(shù)為0.2（景觀補(bǔ)償：聯(lián)邦自然保護(hù)法和建筑法規(guī)指出“對自然和景觀的干預(yù)活動，即對自然平衡或景觀的性能和功能造成影響的行為”），景觀補(bǔ)償面積為2298平方米。
另外，美國的研究顯示太陽能組件周圍是適合授粉類植物種植的理想場所，種植效果更好，還可以為授粉媒介（如蜜蜂）提供食物和庇護(hù)所。授粉類昆蟲新棲息地的建立會對光伏電站附近的收成產(chǎn)生積極影響，因為定居在光伏電站中的蜜蜂（昆蟲）會飛向周圍耕地，促進(jìn)農(nóng)田授粉，使農(nóng)民從中受益。將授粉友好型植物與靠近農(nóng)業(yè)地點的路側(cè)光伏項目結(jié)合起來，可以形成清潔能源，農(nóng)業(yè)以及生物多樣性的“三贏”局面。
現(xiàn)狀及前景
到2007年年底，全國光伏系統(tǒng)的累計裝機(jī)容量達(dá)到10萬千瓦（100MW），從事太陽能電池生產(chǎn)的企業(yè)達(dá)到50余家，太陽能電池生產(chǎn)能力達(dá)到290萬千瓦（2900MW），太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到1188MW，超過日本和歐洲，并已初步建立起從原材料生產(chǎn)到光伏系統(tǒng)建設(shè)等多個環(huán)節(jié)組成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，特別是多晶硅材料生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展，突破了年產(chǎn)千噸大關(guān)，沖破了太陽能電池原材料生產(chǎn)的瓶頸制約，為我國光伏發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2007年是我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一年。受益于太陽能產(chǎn)業(yè)的長期利好，整個光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了前所未有的投資熱潮。
太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30％以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10％以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50％以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20％以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80％以上，太陽能發(fā)電將占到60％以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。
根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國力爭使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1.8GW（百萬千瓦），到2050年將達(dá)到600GW（百萬千瓦）。預(yù)計，到2050年，中國可再生能源的電力裝機(jī)將占全國電力裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到5%。未來十幾年，我國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上。
國內(nèi)光伏市場的組成
國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力是光伏發(fā)電市場的需求，中國光伏發(fā)電的市場主要在幾個方面。
通信 和工業(yè)應(yīng)用（大約占到36%）：
微波中繼站；
光纜通信系統(tǒng)；
無線尋呼臺站；
衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)；
農(nóng)村程控電話系統(tǒng)；
部隊通信系統(tǒng)；鐵路和公路信號系統(tǒng)；
燈塔和航標(biāo)燈電源；
氣象、地震臺站；
水文觀測系統(tǒng)；
水閘陰極保護(hù)和石油管道陰極保護(hù)。
農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用（大約占51%）：
獨立光伏電站（村莊供電系統(tǒng)）；
小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；
太陽能戶用系統(tǒng)；
太陽能照明燈 ；
太陽能水泵 ；
農(nóng)村社團(tuán) (學(xué)校、醫(yī)院、飯館、旅社、商店、卡拉OK歌舞廳等)
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（4%）
當(dāng)前處于試驗示范階段，全國總裝機(jī)容量大約僅有約2MWp。
太陽能商品及其它（大約占到9%）太陽帽；
太陽能充電器；
太陽能手表、計算器；
太陽能路燈；
太陽能鐘；
太陽能庭院；
汽車換氣扇；
太陽能電動汽車；
太陽能游艇；
太陽能玩具。
光伏建筑一體化
在20世紀(jì)80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨用戶、聯(lián)網(wǎng)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識的日益增強(qiáng)，一些國家紛紛開始實施、推廣光伏建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)。中國人口眾多，人口密度大，BIPV系統(tǒng)將建筑與光伏系統(tǒng)或光伏組件相結(jié)合，不僅可以節(jié)省光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積，而且可以降低其成本，符合中國的國情，因此在中國有很廣闊的發(fā)展空間。
2021年6月，國家能源局綜合司下發(fā)《關(guān)于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》（以下簡稱《通知》）指出，中國建筑屋頂資源豐富、分布廣泛，開發(fā)建設(shè)屋頂分布式光伏潛力巨大。開展整縣（市、區(qū)）推進(jìn)屋頂分布式光伏建設(shè)，有利于整合資源實現(xiàn)集約開發(fā)，有利于削減電力尖峰負(fù)荷，有利于節(jié)約優(yōu)化配電網(wǎng)投資，有利于引導(dǎo)居民綠色能源消費，是實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”與鄉(xiāng)村振興兩大國家重大戰(zhàn)略的重要措施。其中，項目申報試點縣（市、區(qū)）的黨政機(jī)關(guān)建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于 50%。
以光伏建筑一體化為核心的光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用占據(jù)了目前大部分的光伏市場份額。光伏建筑一體化有以下一些優(yōu)點：建筑物能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要另占土地；能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)、省去輸電費用；光伏陣列可代替常規(guī)建筑材料，節(jié)省材料費用；安裝與建筑施工結(jié)合，節(jié)省安裝成本；分散發(fā)電，避免傳輸和分電損失(5％～10％)，降低輸電、分電投資和維修成本；使建筑物的外觀更有魅力。此外，在經(jīng)常為斷電而煩惱的地方，建筑物的光電系統(tǒng)可以成為一個可靠的電源。把太陽能同建筑結(jié)合起來，將房屋發(fā)展成具有獨立電源，自我循環(huán)式的新型建筑，是人類進(jìn)步和社會、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然。聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)的調(diào)查報告顯示，BIPV將成為21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)之一。
1．光伏建筑一體化的主要形式
光伏與建筑的結(jié)合目前主要有如下兩種形式：
(1)建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合。建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合，是把封裝好的光伏組件(平板或曲面板)安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝置相聯(lián)，并可與外界電網(wǎng)相連，由光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)并聯(lián)向住宅(用戶)供電，多余電力向電網(wǎng)反饋，不足電力從電網(wǎng)取用。
(2)建筑與光伏組件相結(jié)合。建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。把光伏器件用做建材，必須具備建材所要求的幾項條件：堅固耐用、保溫隔熱、防水防潮、適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度等性能。若是用于窗戶、天窗等，則必須能夠透光，就是說既可發(fā)電又可采光。除此之外，還要考慮安全性能、外觀和施工簡便等因素。
此外，光伏組件在與建筑相結(jié)合應(yīng)用時，還應(yīng)考慮兩個重要因素：1)、為保證光伏組件有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，必須盡量保持光伏組件周圍的環(huán)境溫度處于較低的水平，這就要求光伏組件周圍有較好的通風(fēng)條件，因此在光伏組件的設(shè)計和安裝時，可考慮采用架空形式、雙層通風(fēng)屋面或雙層玻璃幕墻形式等；2)、光伏組件的壽命通常是15～25年，而建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的壽命通常是50年，在設(shè)計時，必須考慮光伏組件失效后的拆卸和更換要求。
2．光伏建筑一體化設(shè)計的幾個影響因素
光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電設(shè)計需考慮以下幾個方面的因素：
(1)考慮建筑物的周邊環(huán)境，盡量避開或遠(yuǎn)離遮蔭物。
(2)建筑物的朝向應(yīng)盡量為東西向或南北向。
(3)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度，確定屋面的傾斜角度。一般情況，由于地球是在不停的圍繞太陽轉(zhuǎn)動，所以屋面傾斜角度對整體太陽能發(fā)電量的影響并不大，一般不超過5％。相同角度，相同功率的太陽電池，東、西屋面的發(fā)電量幾乎相等。
(4)根據(jù)組件的大小，計算每一個屋面可以安裝的組件總數(shù)及排列方式。
(5)根據(jù)逆變器輸入直流電壓，確定每組可串聯(lián)的總數(shù)，由于每一個屋面的朝向不同，光照量和光照時間都不同，一般一個屋面對應(yīng)一個逆變器，以提高逆變器的效率。
3．對環(huán)境的影響
一般的地面太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏建筑一體化系統(tǒng)利用太陽能這種可再生的清潔能源進(jìn)行發(fā)電，對促進(jìn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義；與此同時，如果對光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏器件使用或回收不當(dāng)，也會造成對環(huán)境的一些負(fù)面的影響。其對環(huán)境影響的有利因素和不利因素分別列舉如下：
(1)有利因素：
①尖端的科技設(shè)計和工藝能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)建材的成本；
②運行過程無噪聲；
③發(fā)電過程中，不再需要額外的運輸費用；
④沒有任何運動部件，在其20年的工作壽命里，需要最少的維護(hù)費用；
⑤不會造成空氣污染。太陽能電池產(chǎn)生lkWp的電能，可以避免1000kg二氧化碳的產(chǎn)生；
⑥可獨立供電，從而減少了輸電和配電的成本；
⑦已形成了一套標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計和調(diào)試方法，因此可以分批進(jìn)行安裝和使用，從而避免了一次性投資過大帶來的資金壓力。
(2)不利因素：
①光伏電池在生產(chǎn)過程中需要消耗較高的能量，如使用不合理，有可能導(dǎo)致壽命周期內(nèi)發(fā)電量低于生產(chǎn)耗能的現(xiàn)象；
②酸性鉛蓄電池利用或回收不當(dāng)，容易造成環(huán)境問題；
③光伏電池中含有的重金屬(如鎘)如果回收不當(dāng)，容易造成嚴(yán)重的環(huán)境問題；
④廢棄的光伏電池及其電池組件有可能滲漏汞、鉛、鎘，對環(huán)境造成危害。
光伏有輻射嗎
光伏有輻射嗎？對人有影響嗎？
光伏通常是指太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)于光伏是否有輻射以及是否對人體有影響，可以從以下幾個方面進(jìn)行分析：
一、光伏是否有輻射
光伏發(fā)電本身不產(chǎn)生輻射。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，通過特殊的太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)。在這個過程中，不涉及放射性材料或電離輻射，因此不會產(chǎn)生對人體有害的輻射。具體來說，光伏電池板在接收太陽光照射時，光子撞擊光伏電池表面，激發(fā)出電子形成電流，這個過程是物理過程，不涉及化學(xué)反應(yīng)或核反應(yīng)，因此不會產(chǎn)生輻射。
二、光伏對人體是否有影響
一般情況下，光伏發(fā)電對人體沒有直接危害。由于光伏發(fā)電過程中不產(chǎn)生輻射，因此不會對人體造成輻射傷害。然而，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝和運行過程中，可能會存在一些潛在的影響，主要包括：
電擊危險：光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池板會產(chǎn)生直流電，如果該電流未經(jīng)適當(dāng)處理或控制，可能會對人體造成電擊傷害。因此，在安裝和使用光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)確保所有設(shè)備和電線都按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行安裝和連接，以避免電擊事故的發(fā)生。
光污染：雖然光伏發(fā)電過程中產(chǎn)生的光輻射對人體沒有直接危害，但如果光伏電池板反射或散射出的太陽光過強(qiáng)，可能會對周圍環(huán)境和人員造成光污染。長時間暴露在這種環(huán)境下可能會對視力產(chǎn)生影響。因此，在安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)時，應(yīng)合理規(guī)劃布局，避免對周圍環(huán)境和人員造成不利影響。
其他潛在影響：在光伏發(fā)電設(shè)備的制造、安裝和維護(hù)過程中，可能會使用到一些機(jī)械設(shè)備和化學(xué)物質(zhì)。如果這些設(shè)備沒有得到正確的操作或維護(hù)，或者化學(xué)物質(zhì)處理不當(dāng)，可能會對人體造成機(jī)械傷害、化學(xué)傷害等。因此，在相關(guān)作業(yè)過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程和防護(hù)措施。
三、結(jié)論
綜上所述，光伏發(fā)電本身不產(chǎn)生輻射，對人體沒有直接危害。但在光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝和運行過程中，應(yīng)注意避免電擊危險和光污染等潛在影響。同時，在相關(guān)作業(yè)過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程和防護(hù)措施以確保人員安全。對于公眾而言，無需過分擔(dān)心光伏發(fā)電的輻射問題；但對于從事光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝和維護(hù)的專業(yè)人員而言，應(yīng)時刻保持警惕并嚴(yán)格遵守相關(guān)安全規(guī)定。
光伏產(chǎn)業(yè)
光伏產(chǎn)業(yè)作為新能源領(lǐng)域的重要組成部分，近年來在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。以下是對光伏產(chǎn)業(yè)的詳細(xì)分析：
一、光伏產(chǎn)業(yè)概述
光伏產(chǎn)業(yè)主要涉及太陽能光伏電池的制造和應(yīng)用，包括多晶硅、硅片、電池、組件等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的持續(xù)降低，光伏產(chǎn)業(yè)已成為全球最具競爭力的可再生能源產(chǎn)業(yè)之一。
二、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1. 產(chǎn)量增長
全球范圍：光伏產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)持續(xù)增長，各國紛紛加大光伏產(chǎn)業(yè)的投資力度，推動光伏技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用。
中國表現(xiàn)：作為光伏產(chǎn)業(yè)的主要生產(chǎn)國，中國在光伏產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了顯著增長。據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，2024年上半年，中國光伏多晶硅、硅片、電池、組件產(chǎn)量同比增長均超過30%，顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。
2. 技術(shù)進(jìn)步
技術(shù)迭代：光伏技術(shù)正處于快速迭代期，從P型技術(shù)向N型技術(shù)的過渡已成為行業(yè)趨勢。TOPCon、HJT、BC等新型電池技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并逐步實現(xiàn)量產(chǎn)，提高了光伏產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率和性能。
降本增效：新技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅提高了光伏產(chǎn)品的性能，還通過優(yōu)化工藝和降低成本，提升了光伏產(chǎn)業(yè)的競爭力。
3. 市場應(yīng)用
國內(nèi)市場：隨著國內(nèi)光伏市場的不斷擴(kuò)大，光伏產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于分布式光伏電站、大型地面光伏電站等領(lǐng)域。同時，光伏+模式（如光伏+農(nóng)業(yè)、光伏+漁業(yè)等）也逐步興起，為光伏產(chǎn)業(yè)提供了更多的應(yīng)用場景和市場空間。
國際市場：中國光伏企業(yè)在國際市場上也表現(xiàn)出色，產(chǎn)品出口量持續(xù)增長。盡管面臨國際貿(mào)易壁壘等挑戰(zhàn)，但中國光伏企業(yè)通過加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平等方式，成功開拓了更廣闊的國際市場。
三、光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
1. 技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)推動
隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣黾?，光伏產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)加大技術(shù)創(chuàng)新力度，推動光伏技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用。未來，光伏產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率將進(jìn)一步提高，成本將進(jìn)一步降低，為光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供有力支撐。
2. 市場需求持續(xù)增長
隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)和光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏產(chǎn)品的市場需求將持續(xù)增長。特別是在分布式光伏、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域，光伏產(chǎn)品將發(fā)揮更大的作用，為可再生能源的普及和應(yīng)用提供更多可能。
3. 產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展
光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)將進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)同合作，推動產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。通過優(yōu)化資源配置、提高產(chǎn)能利用率等方式，光伏產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)更高效、更可持續(xù)的發(fā)展模式。
4. 國際合作與交流加強(qiáng)
隨著全球化的深入發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)的國際合作與交流將不斷加強(qiáng)。各國將共同推動光伏技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用，加強(qiáng)政策協(xié)調(diào)和合作，共同應(yīng)對全球氣候變化等挑戰(zhàn)。
四、總結(jié)
光伏產(chǎn)業(yè)作為新能源領(lǐng)域的重要組成部分，具有廣闊的發(fā)展前景和市場空間。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的持續(xù)擴(kuò)大，光伏產(chǎn)業(yè)將迎來更加快速的發(fā)展時期。未來，光伏產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)推動全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)。
光伏發(fā)電
光伏發(fā)電是一種利用太陽能輻射直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽能發(fā)電的主流，其原理基于光生伏特效應(yīng)，即利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。以下是關(guān)于光伏發(fā)電的詳細(xì)介紹：
一、光伏發(fā)電的組成
光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，因此設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長，安裝維護(hù)簡便。
二、光伏發(fā)電的分類
光伏發(fā)電系統(tǒng)按與電力系統(tǒng)的關(guān)系可分為兩大類：
獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)：也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：由光伏陣列、高頻DC/DC升壓電路、電力電子變換器（逆變器）和系統(tǒng)監(jiān)控部分組成。其工作原理是，太陽輻射能量經(jīng)過光伏陣列轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)高頻直流變換后變成高壓直流電，然后經(jīng)過電力電子逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓相頻一致的正弦交流電流。
三、光伏發(fā)電的優(yōu)勢
清潔環(huán)保：光伏發(fā)電利用太陽能進(jìn)行電力生產(chǎn)，不產(chǎn)生任何溫室氣體和污染物，有助于減少空氣污染和溫室氣體排放，保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境。
可再生性：太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。只要有陽光，光伏發(fā)電就能持續(xù)進(jìn)行，不會枯竭。
技術(shù)成熟：經(jīng)過多年的發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。光伏電池的轉(zhuǎn)換效率不斷提高，生產(chǎn)成本逐漸降低，使得光伏發(fā)電在經(jīng)濟(jì)性上具有競爭力。
靈活應(yīng)用：光伏發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)需求靈活配置，適用于各種規(guī)模的應(yīng)用場景。
四、光伏發(fā)電的應(yīng)用場景
理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合，如航天器、家用電源、兆瓦級電站、玩具等。具體來說，光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于以下幾個方面：
家庭屋頂：家庭屋頂是光伏發(fā)電的常見應(yīng)用場景之一。通過在屋頂安裝光伏電池板，家庭可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，供家庭使用或并入電網(wǎng)。
商業(yè)建筑：商業(yè)建筑如辦公樓、購物中心等也適合安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。這些建筑通常擁有較大的屋頂面積，可以安裝更多的光伏電池板，從而產(chǎn)生更多的電能。
農(nóng)業(yè)設(shè)施：農(nóng)村有大量的可用屋頂，包括自有住宅、蔬菜大棚、魚塘等，適合安裝光伏陣列。
工業(yè)領(lǐng)域：特別是在用電量比較大、網(wǎng)購電費比較貴的工廠，通常廠房屋頂面積很大，屋頂開闊平整，適合安裝光伏陣列并且由于用電負(fù)荷較大，分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可以做以就地消納，抵消一部分網(wǎng)購電量，從而節(jié)省用戶的電費。
五、光伏發(fā)電的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
盡管光伏發(fā)電具有諸多優(yōu)勢，但也面臨一些挑戰(zhàn)，如初始投資成本較高、儲能技術(shù)尚不成熟等。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的持續(xù)支持，光伏發(fā)電的成本正在不斷降低，效率在不斷提高，市場規(guī)模也在持續(xù)擴(kuò)大。未來，光伏發(fā)電有望成為全球能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，為實現(xiàn)全球清潔能源轉(zhuǎn)型和應(yīng)對氣候變化作出重要貢獻(xiàn)。
六、光伏發(fā)電的注意事項
在安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)時，需要注意以下幾點：
選址：選擇日照充足、遮擋物少的地方安裝光伏電池板。
安全：確保光伏系統(tǒng)的安裝符合安全標(biāo)準(zhǔn)，避免觸電等安全隱患。
維護(hù)：定期對光伏系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和清潔，以保持其高效運行。
總之，光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源利用方式，具有廣闊的發(fā)展前景和重要的戰(zhàn)略意義。在日常生活中，我們可以通過安裝家庭光伏系統(tǒng)、支持光伏發(fā)電項目等方式，積極參與光伏發(fā)電的發(fā)展。
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