光伏建设项目建设的必要性和意义.doc

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1、光伏发电项目建设的必要性和意义中国的环境现状和发展趋势 大规模、无节制地开发利用化石燃料不仅加速了这些宝贵资源的枯竭，而且造成日益严重的环境问题。过度的排放日益引起全球关注，解决这些问题已不再是各国自身的事情，控制和减少排放已经成为全球各国的目标和义务，责任的分担已经成为各国政府讨价还价的政治问题。随着全球能耗的快速增长，环境将进一步恶化，减排的纷争将更加激烈。 我国目前的能源将近 70%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能 源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、 运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。初步估算煤炭发电 造成的污染的经济损失以及由此引致的环境污

2、染治理成本高达 1606 亿 元。大力开发利用可再生能源是保证我国能源供应安全和可持续发展的 必然选择。 我们的环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。 2.2 开发利用太阳能资源符合能源产业发展方向 我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近 76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。 我国在能源领域将实

3、行的工作重点和主要任务是首先加快能源结构调整步伐，努力提高清洁能源开发生产能力。以太阳能发电、风力发电、 太阳能热水器、大型沼气工程为重点，加快可再生能源的开发。 要使光伏发电成为战略替代能源电力技术，必须搞大型并网光伏发 电系统，而这个技术已经实践证明是切实可行的。 2.3 开发利用可再生能源是必由之路 面对我国能耗高速增长的形势，考虑到我国探明的煤炭资源、石油资源、天然气资源将在未来的不同年限中用尽枯竭；因此从现在开始必须加速开发新能源和可再生能源以取代日益减少的化石能源，做到未雨绸缪。 由于经济发展迅猛，中国在 2001 年以后，电力需求以每年超过 20 的速度增长，2003 年全国出现

4、电力供应严重不足的现象，2004 年缺电形势更加紧张，24 个省拉闸限电，电力供应的紧张情况在今后若干年内不会缓解。 根据中国电力科学院预测，我国电力供应缺口 2010 年约为 37GW， 2020 年预计为 102GW。按照目前的经济发展趋势和中国的资源情况，2010 年和 2020 年的电力供应单靠传统的煤、水、核是不够的，缺口只能由可再生能源发电来填补。 2.4 国家光伏政策 近年来国家在大力发展新能源方面给出很多支持政策，仅光伏事业的发展就出台了如下政策： 中华人民共和国可再生能源法 关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见 财建 2009128 号 关于组织申报 2010 年太阳能光

5、电建筑应用示范项目的通知 财办建201029 号 关于组织实施太阳能光电建筑应用一体化示范的通知 财办 建20119 号 关于实施金太阳示范工程的通知 财建2009397 号 关于做好 2010 年金太阳集中应用示范工作的通知 财建 2010923 号 关于做好 2011 年金太阳示范工作的通知 财建2011380 号 国家发展改革委关于完善 太阳能光伏发电上网电价政策的通知 各省市自治区还相应出台了各自的光伏发展规划和光伏政策。 这些政策表示出国家对发展可再生能源，发展光伏发电事业，促进节能减排的重视，并大大推动了光伏事业的发展 2.5 项目建设的意义 2.5.1 光伏行业发展前景诱人 按照

6、各国的可再生能源发展计划推算，2010 年-2040 年，光伏行业的复合增长率将 25%，可预见的高速增长将持续 40 年以上。可再生能源法的实施以及配套的政策支持，我国光伏行业将迎来一个新的发展机会。2.5.2 调整并优化能源结构 随着 2000 年 9 月 1 日开始实施中华人民共和国大气污染防治法， 对新建、扩建火电厂的污染物排放标准或总量控制的力度逐步加大，新建和改建火电厂成本将大大增加，必将制约火力发电的建设和发展。因此，积极开发利用可再生能源，替代部分煤电，适当减轻能源对外依靠的压力，对改善电源结构和走能源可持续发展的道路是十分必要的。 2.5.3 保护环境，减少温室气体排放 煤电

7、电力系统，燃煤产生大量的废弃和烟尘，会对环境和生态造成不利的影响。为提高环境质量，在对煤电进行改造和减排的同时，积极开发利用太阳能等清洁可再生能源是十分必要的。太阳能发电以其所特有的无污染、无常规自然资源投入、可再生性、可持续性等特点，必将对当地经济的可持续性发展发挥积极的促进作用。 2.5.4 开拓经济增长领域 开发和利用太阳能资源，基于当地资源条件进行综合利用，对促进当地的经济发展也具有重要的意义。快速发展的光伏产业是一个经济增长领域。目前国际上太阳能光伏发电、风力发电的年增长速度达 30%以上。发展光伏产业可以拉动其他一些行业的经济增长。 2.5.5 项目实施的示范意义 通过项目的实施，

8、将建立太阳能光伏发电系统与建筑结合的示范工程，研究新能源利用的经营管理创新。为我国太阳能光伏发电利用技术特别是在城市中的综合应用创立示范，将向人们展示太阳能光伏发电在城市推广利用的最佳形式光伏与建筑一体化。另外还可充分展示延安市太阳能技术的水平，也能从中发现差距，为大规模利用太阳能资源积累实际经验和技术数据，这对我国太阳能应用技术的发展是非常重要的。 第三章 光伏发电与建筑结合的可实现性3.1 与建筑结合的光伏发电简介 BIPV 系统即“光伏发电与建筑物集成化”(Building integrated /attached photovoltaic)，BIPV 提出了“建筑物产生能源”的新概念，

9、即通过建筑物，主要是屋顶和墙面与光伏发电集成起来，使建筑物自身利用绿色、环保的太阳能资源生产电力。 光伏建筑一体化技术丰富多彩，归纳起来，不外两大技术路线：一种是 BAPV（Building Attached PhotoVoltaic），又称“后装式光伏建筑一体化”。它的特点，是在建筑屋面、墙面、玻璃窗等原有构件外，加装光伏发电系统。 另一种是 BIPV（Building Integrated PhotoVoltaic），又称“预装式光伏建筑一体化”。它的最大特点，是将太阳能电池与瓦、砖、卷 材、玻璃等建筑材料复合在一起，成为不可分割的建筑构件，如“光伏瓦”、“光伏砖”、光伏幕墙、光电屋面、光

10、电雨蓬、光电遮阳板、光电栏杆版等。 建筑与光伏系统相结合，把封装好的的光伏组件安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置组成一个发电系统。 建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成一体，用光伏组件代替屋顶、窗户和外墙，形成光伏与建筑材料集成产品，既可以当建材，又能利用绿色太阳能资源发电，可谓两全 其美，而且可以降低 BIPV 系统造价。对于框架结构的建筑物，可把其 整个围护结构做成光伏阵列，选择适当光伏组件，既可吸收太阳直射 光

11、，也可吸收太阳反射光。目前已经研制出大尺度的彩色光伏模块， 可以实现以上目的，还可使建筑外观更具魅力。用光伏器件代替部分 建材，在将来随着应用面的扩大，光伏组件的生产规模也随之增大， 则可从规模效益上降低光伏组件的成本，有利于光伏产品的推广应用。 总之 , 光伏建筑一体化（ BIPV ）体现了创新的建筑设计理念和 高科技含量，它不仅开辟了光伏技术应用于建筑领域的新天地，而且 拉动了光伏技术的产业化发展及在城市的大规模应用，因而具有非常 广阔的市场前景。 3.2 光伏建筑一体化的形式与特点 光伏与建筑相结合的形式主要包括与屋顶相结合，与墙面相结合， 与遮阳装置相结合等方式。太阳能光电照明可大大节

12、约能源。每年节约标煤80吨。 3.2.1 光伏与屋顶相结合 建筑物屋顶作为吸收太阳光部件有其特有的优势，日照条件好，不易受遮挡，可以充分接受太阳辐射，系统可以紧贴屋顶结构安装，减少风力的不利影响，并且，太阳电池组件可替代保温隔热层遮挡屋面。此外与屋面一体化的大面积太阳电池组件由于综合使用材料，不但节约了成本，单位面积上的太阳能转换设施的价格也可以大大降低，有效的利用了屋面不再局限于坡屋顶，利用光电材料将建筑屋面做成的弧形和球形可以吸收更多的太阳能。 与屋顶相结合的另外一种光伏系统：太阳能瓦。太阳能瓦是太阳 能光电池与屋顶瓦板结合形成一体化的产品，这一材料的创新之处在 于使太阳能与建筑达到真正意

13、义上的一体化，该系统直接铺在屋面上， 不需要在屋顶上安装支架，太阳能瓦由光电模块的形状、尺寸、铺装时的构造方法都与平板式的大片屋面瓦一样。 3.2.2 光伏与墙相结合 对于多、高层建筑来说，外墙是与太阳光接触面积最大的外表面。为了合理的利用墙面收集太阳能可采用各种墙体构造和材料，包括与太阳电池一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附加与墙面的集热器等等。 此外，太阳能光电玻璃也可以作为建筑物的外围护构件，太阳能光电玻璃将光电技术融入玻璃，突破了传统玻璃幕墙单一的围护功能，把以前被当作有害因素而屏蔽在建筑物表面的太阳光，转化为能被人们利用的电能，同时这种复合材料不多占用建筑面积，而且优美的外观具有特

14、殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的现代科技和时代特色。 3.2.3 与遮阳装置的一体化设计 将太阳能电池组件与遮阳装置构成多功能建筑构件，一物多用，既可有效的利用空间，又可以提供能源，在美学与功能两方面都达到了完美的统一，如停车棚等。 3.2.4 与其它光伏建筑构件一体化设计 光伏发电系统还可与景观小品，如路灯、围栏等相组合构成一体化设计。此外，双面发电太阳能围栏，双面发电技术采用了正反两面 都可以捕捉光线的“PN 结”结构，有效提高了电池的输出功率，这种电池与传统电池的最大不同点就是在于它完全突破了太阳电池使用空间和安装区域的限制，可以不必考虑太阳运动对电池发电量的影响，很好地解决了在有限的空

15、间保证功率需求的问题。 总之 ，光伏发电系统和建筑是两个独立的系统，将这两个系统相结合，所涉及的方面很多，要发展光伏与建筑集成化系统，并不是光伏制作者能独立胜任的，必须与建筑材料、建筑设计、建筑施工等相关方面紧密配合。 光伏并网发电和建筑一体化的发展，标志着光伏发电由边远地区 向城市过渡，由补充能源向替代能源过渡，人类社会向可持续发展的 能源体系过渡。太阳能光伏发电将作为最具可持续发展理想特征的能 源技术进入能源结构，其比例将愈来愈大，并成为能源主体构成之一。 3.3 太阳能建筑的技术途径及优点分析 我国研究可再生能源与建筑集成技术刚起步。如 2004 年完成的国家科技部超低能耗办公楼，200

16、5 年完成的北京平谷区太阳能采暖新民居，2006 年完成的清华大学节能楼等。可再生能源与建筑集成技术是建筑中难度较大的高端技术，有些技术在发达国家也仅处于实验阶段，并未实现规模化、工程化应用，高效利用太阳能和其他可再生能源依然是可再生能源与建筑集成技术的关键。 3.3.1 采用光伏建筑一体化的优势 可以有效地利用太阳能,满足部分建筑用能的需求, 且总量巨大, 减少常规能源的消耗, 缓解能源的供需矛盾, 是建筑节能的重要途 径。我国太阳能资源丰富, 太阳能与建筑一体化为太阳能利用产业的 发展, 开辟了广阔的应用前景。 建筑的使用功能与太阳能设施有机结合, 形成多功能的建筑构件, 巧妙高效地利用建

17、筑空间。 形成统一协调的建筑形式。太阳能设施构 件化和建筑融合为一体, 协调和谐, 构造合理, 形成完整统一的建筑 外观。 联网系统光伏阵列一般安装在闲置的屋顶或墙面上，无需额外用 地或增建其他设施，适用于人口密集的地方使用。这对于土地昂贵的 城市建筑尤其重要。 可原地发电、原地用电，在一定距离范围内可以节省电站送电网 的投资。对于联网户用系统，光伏阵列所发电力既可供给本建筑物负 载使用，也可送入电网。在阴雨天、夜晚或光强很小的时候，负载可由电网供电。由于有光伏阵列和公共电网共同给负载供应电力，增加 了供电的可靠性。 夏季，处于日照时，由于大量制冷设备的使用，形成电网用电高峰。而这时也是光伏阵

18、列发电最多的时候。BIPV 系统除保证自身建筑用电外，还可以向电网供电，从而缓解高峰电力需求。由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上，吸收太阳能，转化为电能，大大降低了室外综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，既节省了能源，又利于保证室内的空气品质。 避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污 染，这对于环保要求严格的今天与未来更为重要。由于光伏电池的组件化，光伏阵列安装起来很简便，而且可以任意选择发电容量。 在建筑围护结构上安装光伏阵列，可以促进 PV 部件的大规模生 产，从而能够进一步降低 PV 部件的市场价格，这对于 BIPV 系统的广泛应用有着极大的推动作用。 3.

19、3.2 采用光伏建筑一体化系统，目前也存在一些问题 占用较大的面积，具有间歇性，白天可以应用太阳能，晚上就不能发电，可再生能源与建筑集成技术是建筑中难度较大的高端技术，有些技术在发达国家也仅处于实验阶段，并未实现规模化、工程化应用，高效利用太阳能和其他可再生能源依然是可再生能源与建筑集成技术的关键。 目前太阳能发电成本远高于火力发电成本，为常规发电的 2-5 倍。 太阳电池成本尽管每年降低，但是与常规能源相比价格还是很高，初 始投资大。但是，随着科技的进步和硅片的大量生产，这些缺点将会 逐步克服。 3.4 太阳能光伏建筑一体化的研究进展 太阳能光伏发电在城市推广利用的最佳形式就是与公共电网并网

20、 并且与建筑结合：即光伏建筑一体化。至今为止，光伏发电经历了漫 长的发展过程：从天上到地面：主要是 1973 年第一次石油危机，太阳 电池从主要作为空间电源向地面应用发展；从独立系统到并网发电系 统：从环保角度出发，由于少用或不用化学蓄电池，并网光伏发电系 统比离网的独立光伏系统更科学、对环境更友好；从屋顶系统到与光 伏建筑一体化，从单纯的将光伏组件安装在屋顶上发展成为太阳能电 池组件作为建筑材料的一部分。 光伏发电系统与建筑结合的早期形式主要就是所谓的“屋顶计划”，这是德国率先提出的方案和进行具体实施的。光伏发电系统的最核心的部件就是太阳能电池组件，而太阳电池组件通常是一个平板状结构，经过特

21、殊设计和加工完全满足建筑材料的基本要求，因此，光伏发电系统与一般的建筑结合，即通常简称的光伏建筑一体化应该是太阳能利用的最佳形式。 对于光伏建筑一体化的发展，德国首先是进行示范，然后逐步推广。德国和日本的发展经验证明，在城市中发展光伏并网发电的效果是很好的，特别是光伏与建筑结合，可降低系统成本，同时也不占用土地，而且可减少二氧化碳排放，这表明在城市中发展光伏建筑是很有价值的。 国外的光伏建筑发展是从示范到推广，从屋顶光伏到与建筑集成，进而将光伏组件作为一种新型的建筑材料发展。目前，太阳能电池组 件功率为 200W300 W，有向更大尺寸发展的趋势，作为光伏建筑材 料主要是作为光伏屋面和光伏幕墙

22、，而这必须要按建筑的特点与形式 特殊设计制造。从发展来看，光伏建筑在太阳能建筑中魅力无穷，一 些设计师将太阳能电池巧妙地、有机地与各类建筑融为一体。 从国外的光伏建筑工程可发现一些特点：一是尽量满足最佳朝向 和角度（如屋顶或向南墙面），以得到最大的发电收益；二是尽可能展示或突出太阳电池，为了具有观赏性甚至有些夸张的设计。 我国光伏发电系统的发展水平总体处于示范起步阶段。目前国家和地方政府也在开展城市太阳能光伏并网发电示范和逐步推广利用的一些项目。德国和日本主要发展并网光伏发电和光伏建筑集成技术，我们应该从中学习并借鉴发展经验。我国的香港、深圳等城市也在公共建筑上安装光伏发电示范系统，如香港科技

23、园、深圳园博会等。 3.5 国内外光伏建筑一体化成功案例 太阳能光伏发电产业增长迅速,不仅因为它是具有许多优点的清洁能源,在太阳能与建筑一体化的过程中,太阳能电池组件比太阳能热水器与建筑更有亲合力。太阳能电池组件不仅可以作为能源设备,还可作为屋面和墙面材料,既供电节能,又节省建材。太阳能电池组件的应用, 国外已有非常好的案例。例如：柏林火车站200KWp BIPV项目、德国光伏与建筑结合BIPV系统等。 第四章 站址选址及太阳能资源评估4.1 行政区划 延安市位于陕西省北部，介于北纬35度21分-37度31分，东经107度41分-110度31分之间，黄土高原的中南地区，西安以北371公里，北连

24、榆林，南接关中咸阳铜川渭南三市，东隔黄河与山西临汾吕梁相望，西临甘肃庆阳全市总面积3.7万平方公里，地势西北高，东南低，平均海拔1000米，属内陆干旱半干旱地区高原大陆性季风气候，四季分明，日照充足，昼夜温差大，年均无霜期170天，年平均气温7.7度。年降雨量500左右，年日照2740小时。属三类地区。4.2 站址选择 延安职业技术学院坐落在革命老区延安宝塔区中心区域-是物华天宝之地。 4.3 资源条件评价 4.3.1 资源开发利用的基本要求我国太阳能资源分布主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬 22-35这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心，太阳年总辐射量，西部地区高于东部地区。 20 世纪 80 年代中国的科研人员为了按照各地不同条件更好地利 用太阳能，根据各地接受太阳总辐射量的多少，将全国划分为几个区，延安是最丰富地区之一，特别适合建光伏发电项目。