光伏发电站投资回报可行性分析报告
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目 录
第一章 引言 . .................................................................................. 1
1.1能源危机 ...................................................... 1 1.2新能源之太阳能 ................................................ 1 1. 3全球光伏产业发展回顾与展望 ................................... 2 1.3.1德国 .................................................... 2 1.3.2日本 .................................................... 3 1.3.3美国 .................................................... 4 1.3.4中国 .................................................... 4 1.4中国太阳能光伏行业的发展前景 .................................. 5
第二章 太阳能光伏发电原理及小型逆变器 . .................................... 6
2.1太阳能光伏发电原理简介 ........................................ 6 2.2太阳能光伏发电系统的组成 ...................................... 6 2.2.1太阳能电池方阵 .......................................... 6 2.2.2蓄电池组 ................................................ 7 2.2.3充放电控制器 ............................................ 7 2.2.4逆变器 .................................................. 7 2.2.5交流配电柜 .............................................. 7 2.2.6太阳能跟踪系统 .......................................... 8 2.3小型逆变器 .................................................... 8 2.3.1小型逆变器的特点 ........................................ 8 2.3.2小型逆变器的组网拓扑结构 ................................ 8
第三章 基于小型逆变器电站发电量统计 ....................................... 11
3.1常州新智源电子科技有限公某某区实验性小型光伏电站发电量 ............................. 1 3.2实际发电量 ................................................... 11 3.2.1一天发电量 ............................................. 11 3.2.2一周发电量 ............................................. 11 3.2.3每月发电量 ........................................................................................................ 12
第四章 常某某区光伏发电站理论与实际发电量对比 .................... 14
4.1理论发电量计算 ............................................... 14 4.2实际发电量计算 ............................................... 14 4.3实际与理论发电量对比 ......................................... 15
第五章 小型光伏电站投资回报浅析 ............................................. 16 第六章 结束语 ............................................................................. 19致谢 . .............................................................................................. 20
第一章 引言
1.1能源危机
世界能源危机是人为造成的能源短缺。石油资源将会在一代人的时间内枯 竭 。它的蕴藏量不是无限的, 容易开采和利用的储量已经不多, 剩余储量的开发 难度越来越大, 到一定限度就会失去继续开采的价值 。 在世界能源消费以石油为 主导的条件下,如果能源消费结构不改变,就会发生能源危机。煤炭资源虽比石 油多,但也不是取之不尽的。代替石油的其他能源资源,除了煤炭之外,能够大 规模利用的还很少 。太阳能虽然用之不竭, 但代价太高, 并且在一代人的时间里 不可能迅速发展和广泛使用。其他新能源也如是 。因此,人类必须估计到,非再 生矿物能源资源枯竭可能带来的危机, 从而将注意力转移到新的能源结构上, 尽 早探索、 研究开发利用新能源资源。 否则, 就可能因为向大自然索取过多而造成 严重的后果,以至使人类自身的生存受到威胁 。
1.2 新能源之太阳能
近几年, 随着“以人为本”设计理念的提出, 人们对住宅的舒适性要求越来 越高, 建筑能耗也随之增高 。 我国能源供给和经济发展必须考虑新增建筑所需的 能源供给问题 。 随着科学技术的日新月异,能源短缺已不容忽视,节约能源已受 到世界性的普遍关注,在我国亦不例外 。 因此, 能源问题将成为本世纪的热门话 题 。 太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源研究工 作中的一个重要课题,是我国在经济现状下采取的较为简单 、经济 、环保 、可靠 的建筑采暖及供热节能措施 。
太阳能一般是指太阳光的辐射能量, 在现代一般用作发电。 自地球形成生物 就主要以太阳提供的热和光生存, 而自古人类也懂得以阳光晒干物件, 并作为保 存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等 。 但在化石燃料减少下, 才有意把太阳能进一 步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能 发电一种新兴的可再生能源 。 广义上的太阳能是地球上许多能量的来源, 如风能, 化学能,水的势能等等。
太阳能有利有弊,优点有:1、普遍:太阳光普照大地,没有地域的限制无 论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且勿须开采 和运输; 2 、无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁的能源之一,在 环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的; 3 、巨大:每年到达地球表 面上的太阳辐射能约相当于 130万亿吨标煤,其总量属现今世界上可以开发的最 大能源。 4 、长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百 亿年,而地球的寿命也约为几十亿年, 从这个意义上讲, 可以说太阳的能量是用 之不竭的。缺点有:1 、分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但
是能流密度很低; 2、不稳定性:由于受到昼夜 、季节 、地理纬度和海拔高度等 自然条件的限制以及晴 、阴 、云 、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的 太阳辐照度既是间断的, 又是极不稳定的, 这给太阳能的大规模应用增加了难度; 3 、效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平, 有些方面在理论上是可行的, 技术上也是成熟的 。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,总的来 说,经济性还不能与常规能源相竞争。
太阳能作为一种热辐射能源, 是一种无污染的清洁能源, 对于太阳能的开发 利用已经成为世界各国索取和利用新能源, 进行节能 、 环保的重要研究项目之一, 取得了较大的进展并已进入实用阶段 。 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的新型 环保新能源,一种较为简单、经济、环保 、可靠的改善建筑环境的方法,一种很 适合我国经济现状的采暖及供热方式,在我国得到了大力的推广和广泛的使用。 1.3 全球光伏产业发展回顾与展望
近年来,由于全球气候变暖、生态环境恶化 、常规能源短缺等问题,发展可 再生能源得到各国政府的重视和支持 。 在技术进步的推动和各国政府的激励政策 驱动下,太阳能光伏发电产某某市场得以迅速发展 。
在 2001 年-2008 年期间,全球光伏发电新增容量持续快速增长,年均增 速达 50.2%, 2008 年全球新增光伏发电容量为 5.95GW , 同比增长 110%左右 。 2000年至 2008年, 全球太阳电池产量年均复合增长率为 47%, 2008年产量达到 6.4GW 。 同期,以欧美为主的全球太阳能光伏发电某某市场也以 45%的年均复合增长率快 速增长。 2008年全球累计装机总量已接近 15GW 。
2008年世界光伏安装量达到 5.95GW, 同比增长 110%,在总安装量中欧洲占 据 82%; 2008年全球光伏产量为 6.85GW, 比 2007年的 3.44GW 增长近 100% 。 光伏 产量超过安装量, 供给过剩初步显现 。 下面简介几个重要国家的光伏产业发展与 展望 。
1.3.1 德国
经过多年发展, 某某市场已成为世界光伏企业的主战场 。 德国某某市场份额 自 2004 年以来保持世界首位长达四年,直到 2008 年才被激增的西某某市场超 越 。
德国某某市场的年新增装机容量的增速高峰出现在 2000 年及 2004 年,增 速分别达到 200%和 300%以上,这两次超常规增长的主要推动因素是德国首创的 上网电价补贴政策的推出和修订 。 2000 年中,德国首次出台其可再生能源法案 (EEG ) ,将其上网电价(Feed-in-tariff , FiT)提高了 3 倍以上 。经过两年 的递减之后, 2004 年, 德国政府修订了 EEG 法案, 对上网电价做了进一步细化, 对民用某某市场提高了电价, 同时规定了新的价格降低速度 。 由于某某市场的逐
步成熟以及系统安装成本的不断下降, 德国政府为避免增加财政支出和避免加重 全国可再生能源附加费负担,于 2008 年修订了 EEG 法案,将 2009 年开始的新 上网电价降低约 15%。
2008 至 2009 年间的金融危机使得光伏发电项目融资困难,加之 2008 年 使光伏产品供不应求的西某某市场受到其政府的装机容量上限约束, 全球对光伏 产品需求暂时疲弱, 迫使组件供应商大幅降低价格。 降温的某某市场刺破了多晶 硅某某市场的泡沫, 使多晶硅原料告别暴利时代, 使得下游厂商成本进一步下降, 对低价的承受能力增强,所带来的最终结果是 2009 年全年组件价格平均同比下 降 40%~50%,光伏系统的其他配件价格也受需求疲弱和经济危机的影响而降价, 使整个光伏系统成本下降 25%~30%,超过了德国政府的上网电价下调幅度。出乎 政府预料的“成本 -补贴下降循环”使得在德国安装光伏系统的经济性在 2009 年下半年显得非常突出,需求大幅回升,出现了月安装量达数百兆的天量。 同时,由于下游用户普遍预期光伏系统安装成本短时间内难以再次大幅下 降, 且德国大选中综合考虑某某市场变化以及其社会可再生能源附加费负担, 提 出 2010年起加快 FiT 降低速度,德国某某市场出现了“机不可失,时不再来” 的安装热情, 某某市场的增长使得全球光伏装机容量没有出现大幅萎缩 。 故 2009 年某某市场新增装机容量仍然达到 3GW 左右 。
1.3.2 日本
日本某某市场规模化需求最早形成。早在 1974 年第一次石油危机后,日本 政府便开始“阳光计划”支持可再生能源的研究, 其中包括光伏技术。 1993 年, “新阳光计划”代替了“阳光计划”, 继续支持可再生能源的研发, 2002 年又 有专项光伏技术研发计划出台 。
同时,日本政府于 1994~2005 年便开始对居民安装光伏系统进行补贴 。虽 然补贴逐步降低, 但由于技术的进步和生产规模的扩大, 光伏系统价格不断降低, 日本光伏系统新增装机容量也逐年提升。但在 2002 年民用系统补贴取消后,新 增装机容量增速逐年下降,甚至在 2006 年和 2007 年由于系统安装成本的上升 而出现了新增容量负增长,在 2008 年受新政策出台和油价电价上涨刺激,新增 容量重回增长。
2009 年,受初装补贴 、富余电量优惠价格上网 、新可再生能源发展目标出 台刺激等因素影响,预计日本某某市场全年新增容量将达到 410MW 左右。 2010 年, 按照当前的富余电量收购价格 、 日本光照条件、 平均家庭用电量及安装成本, 初装成本补贴截止日过后,假设全部以自有资金投入,日本家庭投资 10kW 系统 的投资仍难有回报 。
预计为实现 2020 年 28GW 的目标, 日本政府将出台新的政策刺激光伏产品 需求,使 2010 年全国新增容量增长 30%左右,达到 530MW
1.3.3 美国
多年以来,加州始终是美国主要的光伏某某市场, 2000 年至 2008 年美国 的新增容量中, 80%以上位于某某市场 。因此,美国光伏某某市场近几年的发展 与联邦和加州的扶持政策发展密切相关。 同时, 美国各州的光照条件和零售电价 不同,因此安装光伏系统的经济性也各异, 而加州拥有很好的光照资源, 零售电 价也较高,发展太阳能的潜力显著 。
美国的光伏系统安装补贴政策模式与欧洲国家不同, 主要包括纳税抵扣 、 初 装补贴和上网电价,同时辅以其他融资或审批扶持政策。 2006 年,美国联邦政 府将光伏系统初装成本抵税比例由 10%上调至 30%,但民用系统仍有 2000 美元 的补贴上限 。 2009 年起,美国联邦政府的 30%光伏系统初装成本抵税政策对民 用系统的补贴上限取消, 实质上增加了对民用系统的补贴, 将有力促进美国某某 市场的发展 。
综合考虑美国经济复苏状况 、各州补贴下降 、安装成本基本稳定,同时美国 国内对温室效应起因存在争议,预计 2010 年美国某某市场难以暴增,而将会温 和增长 40%,达到 620MW 左右 。
1.3.4 中国
纵观目前太阳能产业现状, 政府在推动太阳能产业方面的主要措施有以下几 个方面:
一是出台了《可再生能源法》 。在《可再生能源法》十七条明确规定:鼓励 单位和个人安装和使用太阳能热水系统、 太阳能供热采暖和制冷系统、 太阳能光 伏发电系统等太阳能利用系统。
国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制 定太阳能利用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范 。 房地产开发企业应当 根据前款规定的技术规范, 在建筑物的设计和施工中, 为太阳能利用提供必备条 件 。 对已建成的建筑物, 住户可以在不影响其质量与安全的前提下安装符合技术 规范和产品标准的太阳能利用系统;但是,当事人另有约定的除外。
二是出台了《可再生能源“十一五”规划》 。明确太阳能产业发展的指导方 针是加快太阳能热水器的普及, 在太阳能利用条件良某某区, 制某某乡民用建筑 安装使用太阳能热水器的强制性措施, 某某某某区推广太阳房和太阳灶; 通过营 造稳某某市场, 积极发展太阳能光伏发电; 进行必要的太阳能热发电技术研发和 试点示范 。 并对太阳能热利用 、 太阳能光伏发电、 太阳能热发电进行了布局规划 。 三是出台了《可再生能源发展“十二五”规划》 ,将我国光伏发电装机容量 目标确定为,到 2015年达到 1000万千瓦,到 2020年达到 5000万千瓦 。其中, 光伏屋顶电站规模到 2015年为 300万千瓦, 到 2020年为 2500万千瓦。 “ 十二五” 期间,实现光伏技术的全面突破, 促进太阳能发电的规模化应用, 晶硅电池效率
20%以上,硅基薄膜电池效率 10%以上,碲化镉 、铜铟镓硒薄膜电池实现商业化 应用,装机成本 1.2~1.3万元 /kW,初步实现用户侧并网光伏系统平价上网,公 用电网侧并网光伏系统上网电价低于 0.8元 /kWh, 基本掌握多种光伏微网系统关 键部件及设计集成技术, 实现示范应用 。 太阳能热发电具备建立 100MW 级太阳能 热发电站的设计能力和成套装备供应能力,无储热电站装机成本 1.6万元 /kW; 带 8小时储热电站装机成本 2.2万元 /kW,上网电价低于 0.9元 /kWh 。突破太阳 能中温热能在工业节能中的应用技术和太阳能建筑采暖的长周期储热技术, 并示 范应用 。 初步建立太阳能发电国家标准体系和技术产品检测平台, 形成我国完整 的太阳能技术研发、装备制造、系统集成 、工程建设、运行维护等产业链技术服 务体系。
四是出台了相关标准。 如太阳能热水器已基本从实验、管理 、产品对现有太 阳热水器的品种、售后服务, 安装验收等方面进行全方位的规范, 构成了一个基 本完善的热水器技术标准体系,与此同时,中环认证、金太阳认证、驰名商标 、 国家免检 、中国名牌纷纷将太阳能行业纳入其中 。
1.4 中国太阳能光伏产业发展前景
目前国际上对光伏发电的发展目标是 2020年装机容量占到总容量的 1%, 2030年占到 10%, 2050年占到 50% 。以同样的增长比例放至国内, 2020年的装 机容量要达到 4000万千瓦, 2030年将达到 5亿千瓦。 所以, 中国只要能达到 1/4甚至 1/2的发展目标, 2020年就能实现 1000万千瓦 ~2000万千瓦的光伏装机量。 此外,我国也开始推行“太阳能屋顶计划” ,并从财政和建设领域上进行政 策扶持。业内人士透露即将公布的《新能源产业振兴规划》将 2020 年我国光伏 发电累计装机容量目标设定为 20GW ,预示着我国某某市场需求即将开启,光伏 产品的生产和消费都将进入快速增长期。
考虑已经获得批准的光伏屋顶及金太阳工程项目及其建设计划, 以及光伏或 电力企业签订的合作框架下的项目规划,预计未来 3 年我国新增某某市场将分 别达到 150MW 、 500MW 和 1,000MW ,并网某某市场将成为未来的主要增长点。我 国的某某市场将一直保持快速的增长。 另外, 如果国家进一步出台太阳能行业的 补贴政策的话,某某市场的增长速度将大大加快 。
第二章 太阳能光伏发电原理及组成部件作用
2.1 太阳能光伏发电原理
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应, 将太阳光辐射 能直接转换为电能的一种新型发电系统, 有独立运行和并网运行两种方式。 独立 运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置, 主要用于无电网的边某某区和 人口分某某区,整个系统造价很高; 在有公共电网某某区, 光伏发电系统与电网 连接并网运某某省去蓄电池, 不仅可以大幅度降低造价, 而且具有更高的发电效 率和更好的环保性能 。
图 2-1 太阳能光伏发电系统
2.2光伏发电系统的组成及作用
光伏系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,逆变器,交流配 电柜 、自动太阳能跟踪系统 、自动太阳能组件除尘系统等设备组成 。
2.2.1 太阳能电池方阵
在有光照(无论是太阳光,还是其它发光体产生的光照)情况下,电池吸收 光能,电池两端出现异号电荷的积累,即产生 " 光生电压 " ,这就是 " 光生伏打效 应 " 。在光生伏打效应的作用下,太阳能电池的两端产生电动势,将光能转换成 电能,是能量转换的器件 。太阳能电池一般为硅电池,分为单晶硅太阳能电池, 多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种 。
2.2.2 蓄电池组
蓄电池组是将太阳电池方阵发出直流电贮能起来 , 供负载使用 。在光伏发电 系统中 , 蓄电池处于浮充放电状态 , 夏天日照量大 , 除了供给负载用电外 , 还对 蓄电池充电 ; 在冬天日照量少 , 这部分贮存的电能逐步放出。白天太阳能电池方 阵给蓄电池充电 ,(同时方阵还要给负载用电 ), 晚上负载用电全部由蓄电池供给。 因此 , 要求蓄电池的自放电要小 , 而且充电效率要高 , 同时还要考虑价格和使用 是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池 , 要求较高的场合也 有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。
2.2.3 充电控制器
在不同类型的光伏发电系统中, 充电控制器不尽相同, 其功能多少及复杂程 度差别很大, 这需根据系统的要求及重要程度来确定 。
充电控制器主要由电子元 器件 、仪表 、继电器、开关等组成 。在太阳发电系统中,充电控制器的基本作用 是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压,快速 、平稳 、高效的为蓄电池充电,并 在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;同时保护蓄电池, 避免过 充电和过放电现象的发生 。 如果用户使用直流负载, 通过充电控制器还能为负载 提供稳定的直流电 (由于天气的原因, 太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流 不是很稳定) 。
2.2.4逆变器
是将直流电转换成交流电的设备 。 由于太阳能电池和蓄电池是直流电源, 而 负载是交流负载时,逆变器是必不可少的 。 逆变器按运行方式, 可分为独立运行 逆变器和并网逆变器 。 独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统, 为 独立负载供电。 并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。 逆变器按输出 波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器 。方波逆变器电路简单,造价低, 但谐波 分量大,一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器成本高, 但可以适用于各种负载 。
逆变器保护功能:a 、过载保护; b 、短路保护; c 、接反保护; d 、欠压保护; e 、过压保护; f 、过热保护 。
在很多场合,都需要提供 220V AC、 110V AC的交流电源 。由于太阳能的直 接输出一般都是 12V DC 、 24V DC、 48V DC 。为能向 220V AC的电器提供电能, 需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用 DC-AC 逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到 DC-DC 逆变器,如 将 24V DC的电能转换成 5V DC的电能(注意,不是简单的降压) 。
2.2.5交流配电柜
其在电站系统的主要作用是对备用逆变器的切换功能,保证系统的正常供 电,同时还有对线路电能的计量 。
2.2.6 太阳能跟踪系统
太阳能跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳, 使太阳光的光线随 时垂直照射太阳能电池板的动力装置,能够显著提高太阳能光伏组件的发电效 率。
2.3小型逆变器
通常, 把将交流电能变换成直流电能的过程称为整流, 把完成整流功能的电 路称为整流电路,把实现整流过程的装置称为整流设备或整流器。与之相对应, 把将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变, 把完成逆变功能的电路称为逆变 电路,把实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器 。
2.3.1 小型逆变器的特点
(1)要求具有较高的效率
由于目前太阳能电池的价格偏高, 为了最大限度的利用太阳能电池, 提高系 统效率,必须设法提高逆变器的效率。
(2)要求具有较高的可靠性
目前光伏电站系统主要用于边某某区, 许多电站无人值守和维护, 这就要求 逆变器有合理的电路结构, 严格的元器件筛选, 并要求逆变器具备各种保护功能, 如 :输入直流极性接反保护 、交流输出短路保护 、过热 、过载保护等 。 (3)要 求输入电压有较宽的适应范围
由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化 。 特别是当蓄电池老 化时其端电压的变化范围很大, 如 12V 的蓄电池, 其端电压可能在 10V~16V之间 变化,这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。
2.3.2 小型逆变器的组网拓扑结构
实现逆变有很多种典型的电路拓扑, 主要有推挽逆变拓扑、 半桥逆变拓扑、 全桥逆变拓扑三种,下文将对这三种拓扑进行介绍 。
(1)推挽逆变拓扑:
图 2-2 所示的推挽电路只用两个开关元器件,比全桥电路少用了一半的 开关器件,可以提高能量利用率,另外驱动电路具有公共地,驱动简单,适用原 边电压比较低的场合, 但由于本身电路的结构特点, 推挽电路拓扑无法输出正弦 电压波形,只能输出方波电压波形,适用于 1KW 以下的方波电压方案 。
图 2-2 推挽逆变原理图
(2)半桥逆变拓扑:
图 2-3 所示的半桥逆变电路, 其功率开关元器件也比较少, 结构简单, 但 主电路交流输出的电压幅值仅为 ui/2,在同等容量下,其功率开关的额 定电流 为全桥逆变电路中的功率元器件额定电流的 2 倍,由于分压电容的作用,该电 路还具有较强的抗电压输出不平衡能力 。
图 2-3 半桥逆变原理图
(3)全桥逆变拓扑:
图 5 所示的全桥逆变电路, 使用了 4个开关元器件, 开关端电压为 Ui , 在 相同的直流输入电压下, 其最大输出电压是半桥逆变电路的两倍。 这就意味着在 输出相同功率的情况下, 全桥逆变器输出电流和通过开关元器件的电流均为半桥 逆变电路的一半,但驱动电路相比于前面两种来得复杂。
图 2-4 全桥逆变原理图
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