城市实施太阳能光伏发电的可行性研究

摘要：随着能源问题的日益显现，无论出于能源安全还是发展绿色GDP，都需要大力发展新能源。太阳能光伏发电在日、美、德等发达国家发展迅速，而且建立了相应的体制，收到了很好的效果，作为人间天堂的杭州，同样面临环境和电力上的压力，在打造品质之城的路上，大力发展太阳能光伏发电，积极应用新能源会给城市带来不可估量的经济与社会效益。本文介绍了太阳能光伏发电的基本概况，并探讨了杭州在这方面发展的可能性。

关键词：太阳能；光伏发电；优势；可行性

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

1 太阳能光伏发电的优势

近年来，国际油价持续走高，对我国经济发展带来了多方面的影响；同时环境等因素带来的压力为可持续发展增加了更多挑战。为应对这种状况，其中一个重大战略措施是降低经济发展对石油等不可再生资源的依赖，大力开发新能源。在众多能源中，太阳能鉴于它的清洁、丰富、广泛和可再生性是最重要的选择之一。其中，太阳光直接转化为电能———即光伏发电（Photovoltaic简称PV）是最有发展前途、应用最广的可再生能源。

光伏发电具有很多的优势，可归纳如下：

（1）取之不尽，用之不竭。每日照射到地球上的能量要比人类消耗的能量大6 000倍。太阳每天达到地球表面的辐射能大约相当于2.5万亿桶石油，年辐射总量近6 000M J/m 2。全球能量消耗的总和只相当于太阳40min投射到地球表面的能量，太阳日照一天的能量，相当于全球所有发电厂运行250年的总发电量；（2）不产生任何废弃物，无污染、噪声等公害，是理想的清洁能源，每安装1kW光伏系统，每年可少排放CO2600kg，NOX16kg，SOX9kg，及其他微粒0.6kg。一个4kW的屋顶家用光伏系统，可满足普通家庭用电，每年少排CO2的量，相当于一辆家庭轿车一年的排放量；（3）安全可靠，不会遭遇能源危机或燃料市场不稳定的冲击；（4）随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了输电线路等电能损失；（5）没有运动部件，不易损坏，维护简单；（6）光伏发电电池质量轻、体积小、易运输，模块化安装，小可用于几个毫瓦的太阳能计算器上，大可用到数十兆瓦的光伏电站；(7)光伏系统建设周期短，并可同现有的公共发电系统相容并网，相互调用；(8)可与其他能源整合操作，如：光伏-风力发电或光伏-风力光伏电池发电技术屋顶式光伏电池发电技术作为一种分布式发电技术也受到了广泛的关注。在美国和日本的一些地区,已经有由屋顶式光伏电池发电设备联成的PV(photo voltage)系统与当地电网相联。白天发电的盈余倒送电网,晚间用户从电网取电,在供电企业和用户间形成了一种新型的关系。由于技术条件的限制,目前光伏电池发电的成本太高,不能与传统电力竞争,但由于它利用的是清洁、可再生的太阳能,故其前景仍被广泛看好。

2国际上太阳能光伏发电应用情况

《京都议定书》的签订,标志着人类正在向可持续发展的方向努力。西方发达国家充分重视化石能源的短缺及带来的环境污染对世界经济发展的压力,都在大力开发洁净的可再生能

源。太阳能由于具有独特的优势,也是重要的可再生能源之一。近年来太阳能研究的速度有增无减。

在太阳能光伏利用方面,发达国家主要采用屋顶计划和并网发电的基本形式,这对太阳能的推广很有效。以德国为例，德国2003年圆满完成了“10万屋顶计划”, 同年又颁布了《可再生能源促进法》,由此引发了德国光伏发展的新一轮高峰。2004年德国发电总量达到601 TWh,其中可再生能源发电占9.3%, 其中光伏为0·5 TWh。

德国政府在推广光伏发电方面采取了一系列举措,主要有银行贷款和上网电价补贴等。在德国,在自家屋顶上安装一套发电设备相当于办一个企业,发出的电输入公共电网,国家最高给予0·574欧元/kWh的补贴,而从公共电网用电的电价少于0·200欧元/kWh,也就是说,安装光伏发电设备可以得到高的经济回报。目前在德国,光伏产业已成为一个非常活跃的经济行业。2004年德国光伏安装总量首次超过日本。德国在可再生能源利用方面走在了世界的前列,也为我国发展光伏产业提供了许多值得借鉴的经验。我们应当对德国等发达国家的可再生能源的政策和技术进行深入的了解,这对我国太阳能光伏产业的发展具有重要的意义。

3国内发展太阳光伏发电现状

在发达国家积极发展再生能源的同时，我国也开始深入研究包括光伏发电在内的可再生能源发电和分布式发电。

北京50 kW屋顶光伏并网示范电站于2004年在大兴建成,为光伏建筑一体化在奥运会场馆的实施积累了经验;深圳国际园林花卉博览园2004年实现了1MWp的建筑一体化并网光伏电站建设;上海正着手“十万屋顶发电计划”的可行性研究。据资料统计,上海利用现有2亿m2屋顶的1. 5%,即得30万kW的电站。30 m2屋顶等同于3 kW发电机,年发电约3300 kW·h,可供三个家庭用电。

4杭州实施光伏发电的有利条件

4．1自然条件

杭州地区太阳能辐射量属于四类地区，全年日照时数为1400～2200h，年辐射量在419～502万kJ／cm2。相当于140～170 kg标煤燃烧所发出的热量。在天气特征上，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以，属于太阳能资源可利用地区。此外，杭州春夏虽然多阴雨，日照时数不高，但由于受沿海暖湿气候影响明显，区域内雨量充沛，气温较高，有利于热能的利用。事实上，杭州的自然条件与光伏发电发展非常成功的日本等地相近。

4．2建筑与房屋的潜在条件

浙江建筑业在全国处于领先地位,并以杭州为中心逐步向省内外辐射,具备比较先进的管理水平和设计理念,以民营为主体的浙江建筑业创新能力不断增强,能不断吸收新的产品和新的设计理念,有利于较好较快地推广和实现光伏建筑一体化的进程。从正在施工和已竣工的建筑面积可知,浙江潜在的光伏建筑一体化市场空间巨大,省会杭州无疑将充当领头羊角色和起模范示范作用。

4．3城市品位和定位的潜在要求

太阳能光伏发电在城市中的应用在杭州的实施不但 能充分提高杭州整个城市外显的高科技含量,有助于提升城市形象，而且光伏发电的倡导和发展体现了清洁、绿色的理念,与杭州建立品质生活之城的城市定位非常符合。光伏产品的应用强化了人们对可再生能源的认识,增强了人们的清洁能源意识和环境意识,符合杭州城市绿色生态的发展理念。在风景区,建筑电力如果能够较好地利用光伏发电,将很好地节省铺设电缆的成本,降低景区因铺设电缆、电线而对环境造成的破坏,进一步有效保护了景区的自然环境

4．４城市房价与经济基础

根据《中国八城市房价现状及走势》调查，2007年，杭州普遍出现“万元房”，即每平方米都在万元以上。在全国经济发达城市中处于领先地位。相对较高的房屋成本使建材化光伏组件在总成本中所占比例降低，有利于建筑企业和业主能够较好的吸收光伏组件的高成本，为太阳能光伏组件的普及和规模化创造了条件。

4．５电力供应的要求

2004浙江“电力危机”年缺电高达880万kW。95%以上常规能源需向外省调入,如果能够较好地利用太阳能,就能完全解决自身能源问题。杭州更是能源危机的重点,2004年杭州电力需求400万kW,缺130万kW;市区需求200万kW,缺50万kW。如果能在全城市实施太阳能光伏发电,将有效地解决突出的缺电问题,并在全省起到示范作用。

据统计,国外电力45%的消耗在城市,城市成为电力的净输入地区。如果能够充分实现城市的光伏建筑一体化,可基本做到解决城市的电力需求问题。光伏发电的应用推广给城市的电力供应提供了一个选择和保障,光伏发电独立于外电网供电,将大大降低因大电网破坏带来电力完全瘫痪的恶性损失。作为全国缺电最为严重的城市之一杭州,更应该大力推广和实施太阳能光伏发电。光伏发电将在太阳辐射最强天气最炎热的时间段产生最大的电能,能够较好地减轻电力高峰用电紧张的局面。在平时，太阳能光伏发电，也能很好的供给城市公共用电，比如道路照明等，能收到很好的经济效益。

4．６改善城市小环境的要求

光伏发电与建筑的结合能够较好地降低夏季高温时整个城市的环境温度,尤其是建筑及人口密集区杭州的环境温度。因为装设光伏发电装置的建筑物能将接收到的太阳辐射热能转化为电能,减少了太阳能转化为热能的比例。同时,光伏电减少了电网电力供应,减少了因电产生的热能,降低了空调等的冷却负荷,因而亦降低了环境温度。极大的改善城市建筑密集区域的小环境。

5结语与展望

目前光伏发电大规模推广应用的主要障碍是成本较高，实践证明光伏发电的成本在技术发展的推动下，正在快速下降，随着全球光伏应用的高速发展，其成本将继续大幅下降，预期在2040年左右达到届时的煤电成本。

基于杭州的情况，应该开始重视并发展太阳能光伏供电，利用我市的资源和优势，依据《可再生能源法》的原则，在国家支持和大环境潜在要求的促进下，积极的建立长期可持续发展的光伏产业的政策，拉动技术进步和产业发展，促使城市太阳能光伏应用早日步入商业化门槛，争取占领未来电力能源的制高点，打造清洁能源，共建和谐杭州。

参考文献

中华人民共和国国家统计局编.中国统计年鉴２００５［M］.北京：中国统计出版社，２００５。

李安定.太阳能光伏发电系统工程［M］.北京：北京工业大学出版社，２００１，１９。

王长贵、王斯成.太阳能光伏发电实用技术.北京：化学工业出版社，2005。

车孝轩. 太阳能光伏系统概论.武汉：武汉大学出版社，２００５。

王崇杰. 太阳能建筑设计.北京：中国建筑工业出版社，２００７。