光伏发电系统的构成

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光伏发电、分布式光伏发电

光伏发电是指利用太阳能光伏电池把太阳辐射能直接转变成电能的发电方式。光伏发电是当今太阳能发电的主流，所以，现在人们通常说的太阳能发电主要是指光伏发电。

分布式光伏发电，是指在用户所在场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消费。

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光伏发电的历史起源

• 1839年，19岁的法国贝克勒尔做物理实验时，发现在导电液中的两种金属电极用光照射时，电流会加强，从而发现了“光生伏打效应”；
• 1930年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”，使太阳能变成电能;
• 1932年，奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化”太阳能电池；
• 1941年，奥尔在硅上发现光伏效应;
• 1954年5月，美国贝尔实验室恰宾、富勒和皮尔松开发出效率为6%的单晶硅太阳能电池，这是世界上第一个有实用价值的太阳能电池。同年，威克尔首次发现了砷化嫁有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化锡薄膜，制成了太阳能电池。太阳光能转化为电能的实用光伏发电技术由此诞生并发展起来。

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光伏电池是怎么发电的?

光伏电池是一种具有光-电转换特性的半导体器件，它直接将太阳辐射能转换成直流电，是光伏发电的最基本单元。光伏电池特有的电特性是借助于在晶体硅中掺入某些元素(例如:磷或确等)，从而在材料的分子电荷里造成永久的不平入射光衡，形成具有特殊电性能的半导体材料。在阳光照射下，具有特殊电性能的半导体内可以产生自由电荷，这些自由电荷定向移动并积累，从而在其两端形成电动势，当用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为“ 光生伏打效应 ”,简称“光伏效应”。

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光伏发电系统的构成

光伏发电系统由光伏方阵(光伏方阵由光伏组件串并联而成)、控制器蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成。光伏发电系统的核心部件是光伏组件，而光伏组件又是由光伏电池串、并联并封装而成，它将太阳的光能直接转化为电能。光伏组件产生的电为直流电，我们可以利用，也可以用逆变器将其转换成为交流电，加以应用。从另一个角度来看，对于光伏系统产生的电能可以 即发即用 ，也可以用蓄电池等储能装置将电能存放起来根据需要随时释放出来使用。其系统组成如下图所示:

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配电网及其与分布式光伏的关系

配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，是由架空线路、电缆、杆塔配电变压器、隔离开关、无功补偿电容、计量装置以及一些附属设施等组成的一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状。

分布式电源接入配电网 ，使配电系统中发电与用电并存，配电网结构从放射状结构变为多电源结构，短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变。

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光伏电力是绿色低碳能源

光伏发电具有 显著的能源环保和经济效益 ，是最优质的绿色能源之一。在我国平均日照条件下，安装1千瓦光伏发电系统，1年可发出1200度电，可减少煤炭(标准煤)使用量约400千克，减少二氧化碳排放约1吨根据世界自然基金会(WWF)研究结果:从减排二氧化碳效果而言，安装1平米光伏发电系统相当于植树造林100平米。目前，发展光伏发电等可再生能源将是根本上解决雾霾、酸雨等环境问题的有效手段之一。

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生产光伏电池组件消耗大量能源吗

光伏电池在其生产过程中确实要消耗一定的能量，特别是工业硅提纯、高纯多晶硅生产、单晶硅棒/多晶硅锭生产三个环节的能耗较高。但是光伏电池在20-30年的使用寿命期内能够不断产生能量。据测算，在我国平均日照条件下，光伏发电系统全寿命周期内能量回报超过其能源消耗的15倍以上。在北京以最佳倾角安装的1千瓦屋顶光伏并网系统的能量回收期为1.5-2年，远低于光伏系统的使用寿命期。也就是说，该光伏系统前1.5-2年发出的电量是用来抵消其生产等过程消耗的能量，15-2年之后发出的能量都是纯产出的能量。所以应该从全生命周期的角度评价光伏电池的能耗。

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生产光伏电池组件产生大量污染吗

光伏电池组件生产包括高纯多晶硅、硅锭硅片、光伏电池和光伏组件几个产业链环节。相关污染的报道主要是指光伏组件的原材料-高纯多晶硅生产中产生的副产物。高纯多晶硅生产主要使用改良西门子法，该法将冶金级硅转化成三氯氢硅，再加氢气还原成太阳能级多晶硅，另外会形成副产物四氢化硅。四氯化硅遇潮湿空气即分解成硅酸和氯化氢，如果处理不当会产生污染问题。但是目前我国多晶硅生产企业采用的改良西门子法已可做到闭路循环生产，将副产物四氯化硅和尾气(氢气和氯气)回收利用，实现清洁生产。2010年12月，国家发布了《多晶硅行业准入条件》，规定还原尾气中四氧化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%因此，成熟的改良西门子法生产技术 完全可满足环保要求，不会产生环境污染问题 。

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太阳光能够成为未来主导能源吗?

地球表面接受的太阳能辐射能够 满足全球能源需求的1万倍 。地表每平方米平均每年接收到的辐射随地域不同大约在1000-2000kwh之间。国际能源署数据显示，在全球4%的沙漠上安装太阳能光伏系统，就足以满足全球能源需求。太阳能光伏享有广阔的发展空间(屋顶、建筑面、空地和沙漠等)，其潜力十分巨大。

据初步统计， 我国仅利用现有建筑屋顶安装分布式光伏发电，其市场潜力就大约为3亿千瓦以上，再加上西部广阔的戈壁，光伏发电市场潜力约为数十亿千瓦以上。 随着光伏发电的技术进步和规模化应用，其发电成本还将进步降低，成为更加具有竞争力的能源供应方式，逐步从补充能源到替代能源并极有希望成为未来的主导能源。