分布式光伏发电系统的原理及其应用前景

一、分布式光伏发电系统的应用现状

近几年来，全球太阳能光伏发电产业迅猛发展。2010年，全球光伏发电总装机容量超过4000万千瓦。2013年，全球光伏发电的新安装量37.6GW。其中，23GW为屋顶太阳能光伏发电系统，15.4GW为电力公用事业规模的光伏电站。2015年，国际能源协会下属光伏电力系统项目研究小组（IEA-PVPS）一份名为《2014年全球太阳能市场回顾》的报告。报告显示，2014年，全球新增光伏发电装机容量为38.7GW，当前累计装机容量至少达177GW。

2010年，我国大陆地区光伏电池产量达1000万千瓦，占全球市场份额50%以上，到2010年底，全国累计光伏电池安装量总计86万千瓦，其中大型并网光伏电站共计45万千瓦，与建筑结合安装的分布式光伏发电系统共计26万千瓦。2014年国家能源局公布光伏发电统计信息，光伏发电累计装机容量2805万千瓦，其中光伏电站2338万千瓦，分布式光伏发电系统467万千瓦。2015年3月20日国家能源局数据，2015年第一季度，全国新增光伏发电装机容量504万千瓦，其中，新增集中光伏电站装机容量438万千瓦，新增分布式光伏装机容量66万千瓦。2015年一季度光伏发电量约80亿千瓦时。截至2015年3月底，全国光伏发电累计装机容量达到3312万千瓦，其中，光伏电站2779万千瓦，分布式光伏发电系统533万千瓦。

二、分布式光伏发电系统的工作原理（并网型）

光伏发电是一种环保的、具有广阔发展前景的发电方式。集中并网光伏电站和与建筑结合的分布式并网光伏发电系统是光伏发电的主要利用方式。与建筑结合的分布式光伏发电最大的特点就是“就近发电，就近并网，就近转换，就近使用”，电站装机容量一般在几十千瓦，适合安装于别墅、家庭、中小型厂房、医院、学校等屋顶。

分布式太阳能光伏发电系统大体上分为两大类，一类是独立的太阳能光伏发电系统，另一类是并网型太阳能光伏发电系统，两类系统最大的不同是独立的光伏发电系统要有储能的蓄电池，而并网的光伏发电系统可以不配备蓄电池，直接将电能输入就近的电网，省掉了对蓄电池储能和释放的控制过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。而且并网发电系统能够并行使用电网和光伏发电系统的电能作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载停电的概率。同时，光伏发电系统与公共电网并网可以对公用电网起到调峰作用。综上所述，并网型太阳能发电系统是太阳能发电的主要发展方向。

分布式并网型太阳能光伏发电系统的工作原理是利用光伏组件半导体材料的“光电”效应，在白天阳光充足时，由光伏组件将太阳的辐射能装换成直流电能，通过控制器可将直流电能直接供给用户直流负荷，也可将直流电经并网逆变器输出交流电供给本地交流负载，多余的交流电能输送给电网，由双向计量表计量卖出电量，当夜晚或阳光不足时由电网向用户供电，双向计量表计量买入和卖出电量。然后根据卖出和买入的电量结算电费。分布式并网型光伏发电系统整体框架如图1所示。

三、分布式光伏发电系统应用面临的问题

分布式光伏发电是极具发展潜力的清洁能源应用方式，也是我国未来重点推广的电力生产方式之一。近几年来光伏发电产业的技术水平不断提高、应用成本显著下降，2013年以来价格、财税等一系列利好政策陆续出台，使得我国分布式光伏发电具备了大规模发展的可能性。但是在具体实践中，分布式光伏发电的推广也还面临着一系列的问题，突出表现在以下几个方面：

1.屋顶资源有限

分布式光伏发电系统的光伏组件一般安装与建筑的屋顶，要求建筑物屋顶面积大，结构好，承重力强。满足要求的屋顶数量有限。而且屋顶的承重和结构都是预先设计好的，能不能拿来安装光伏组件还需要实地测量。而且各个屋顶的情况不同，都需要一一实地测量，所以，项目之间可参考性不是很大，规模化推广也就比较困难。

2.项目融资难，回报率低

目前分布式光伏发电主要采用“优先自用，余电上网，全电量补贴”的方式，在设计光伏发电系统时选择的容量以满足用户的需求为主，所以业主最主要的收益来自于用户支付的自用电量电费。对于小型企业来说，用电量大，电价相对较高。比较适合建立分布式光伏发电系统，但是分布式光伏发电必须得到相关的财政补贴才能保证其有一定的经济回报率，而且它必须与电网并网才能实现其全部的发电效益和经济收益。其投资回报率一般在9-10%之间，资源稍好的地区应该可以达到12%以上，但需7-8年才能回收前期投入资金，又面临着前期投入资金较多、融资难、回收期长等困扰，所以全面推广应用还有困难。

3.政策配套难

对于分布式光伏发电来说，尽管国家已有明确的相关补贴政策，不少地方政府也出台了各自的补贴政策，然而这些补贴政策在实际执行的过程中常常由于部门协调不畅、手续繁杂、监管不力等原因，执行难以到位。主要表现在三个方面，第一地方政府政策实施细则难以确定，所以各地执行效果有很大不确定性；第二，各方责任关系协调一致性有待提高，这需要经验的积累；第三，现有政策对电力用户吸引不足，很多拥有优质屋顶资源的业主缺少参与积极性，导致屋顶资源稀缺。

四、分布式光伏发电的前景

虽然分布式光伏发电系统的大规模应用面临着很多问题，但是随着分布式光伏发电技术水平的不断提高、发电成本的不断下降，国家和地方政策的不断支持，人们环保意识的不断增强，分布式光伏发电系统的应用范围将不断扩大，预计在未来的若干年内，分布式光伏发电将作为集中发电的一种重要的补充形式，应用前景值得期待。

（作者单位：乌海职业技术学院电力工程系）