太陽能光電建筑應(yīng)用

抓住機(jī)遇，大力推進(jìn)太陽能 光電建筑的應(yīng)用 中國科學(xué)院理論物理研究所 何祚庥 一、最近，財(cái)政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)了“財(cái)建 2009128號(hào)文件”，要“加快推進(jìn)太陽能光電技術(shù)在城鄉(xiāng)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用”，以“促進(jìn)我國光電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展”，應(yīng)對“目前國內(nèi)市場需求不足，過度依賴國際市場”的“市場風(fēng)險(xiǎn)” 這為國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)帶來了好消息！ 二、我國共約有 100億平方米的屋頂， 50億平方米的南墻。揚(yáng)州市約有 2400萬平方米的屋頂， 800萬平方米的南墻。其中約有 400萬平方米的平頂， 2000萬平方米的坡頂。 如在平頂鋪設(shè)“轉(zhuǎn)盤式跟蹤 +4倍聚光 +高效單晶硅的光伏電池，以每平方米發(fā)電 50Wp/m2計(jì)，將提供 20萬千瓦的電力；如在坡頂?shù)?/3鋪設(shè)“平板式”光電池，以每50Wp/m2發(fā)電 30Wp/m2計(jì)，又將提供 20萬千瓦的電力，共計(jì) 40萬千瓦的光伏電池的發(fā)電能力。 三、揚(yáng)州市共有居民 120萬，城市 80萬，農(nóng)村 20萬。城市人均房屋面積 35.5m2，農(nóng)村人均 40.92 m2。 4口之家，戶均 1.33千瓦的電力。這不僅完全解決了夏季供冷，春秋兩季供熱水，而且大幅度緩解了冬季供暖的需求。 揚(yáng)州市是聯(lián)合國認(rèn)定的宜居城市，理應(yīng) 優(yōu)先解決 市民的供暖、供冷、供熱水的需求。 四、有一種意見，揚(yáng)州市太陽能資源屬三類地區(qū)，年太陽能輻照量為10501400 KWh/m2a.如果以這一數(shù)字和歐洲某些大力發(fā)展太陽能的著名城市相比較，揚(yáng)州市仍屬太陽能資源豐富地區(qū)。下面是歐洲部分城市太陽能年輻照量的簡表： 因此，揚(yáng)州市仍屬太陽能資源相對豐富地區(qū)，而且，揚(yáng)州市年輻射量約是 1300KW/m2a，是接近“二類”地區(qū)的“三類”地區(qū)。 五、重要的是：揚(yáng)州市是光伏產(chǎn)業(yè)群密集城市，約占全國光伏產(chǎn)業(yè)的 1/4。即令揚(yáng)州市屬太陽能資源的“三類”地區(qū)，但揚(yáng)州市屬溫帶氣候，供暖供冷的需求較小，正好和揚(yáng)州市擁有的太陽能資源相適應(yīng)。 請看全國太陽能資源區(qū)劃圖： 六、現(xiàn)在財(cái)政部出臺(tái)政策，凡“單晶硅光電效率超過 16%，多晶硅光電效率超過 14%，非晶硅薄膜效率超過 6%”，“裝機(jī)量不小于 50KWp的光伏電站”，將由財(cái)政部“補(bǔ)助 20 元/Wp”。 如在 2400萬 m2的屋頂鋪設(shè) 40萬千瓦的光伏電站，將補(bǔ)助人民幣80億元！ 揚(yáng)州市必須抓住這一難得的發(fā)展機(jī)遇！ 七、關(guān)于“技術(shù)”。我個(gè)認(rèn)為“轉(zhuǎn)盤式跟蹤 +4倍聚光 +高效單晶硅”電池是“平頂”屋頂?shù)氖走x技術(shù)；“平板式”晶硅電池是“坡頂”屋頂首選技術(shù)。因?yàn)樗鼈兊拿科椒矫装l(fā)電量較多。 需要回答的一個(gè)技術(shù)路線問題：為什么不是薄膜電池？ 1、下面是陳應(yīng)天教授等人所總結(jié)的在高售價(jià)單晶硅條件下，有關(guān)薄膜電池，晶體硅電池和各種跟蹤式電池性能的比較： 不同的方法 用地效率 薄膜電池 15W 20W/m2 平板式晶硅 30W 40W/m2 傳統(tǒng)跟蹤式晶硅 17W 20W/m2 聚光 +跟蹤 +晶硅 20W 25W/m2 改進(jìn)式聚光 +跟蹤 +晶硅 50W 60W/m2 2、廉價(jià) 不同的方法 每瓦價(jià)格 每度電價(jià)格 薄膜電池 10 13元 /W 0.90元 /kWh 平板式晶硅 18 22元 /W 1.80元 /kWh 傳統(tǒng)跟蹤式晶硅 24 30元 /W 1.60元 /kWh 聚光 +跟蹤 +晶硅 20 25元 /W 1.0元 /kWh 改進(jìn)式聚光 +跟蹤 +晶硅 20 25元 /W 1.0元 /kWh 3、輕巧 不同的方法 平均負(fù)載 薄膜電池 6 10kg/m2 平板式晶硅 15 20kg/m2 傳統(tǒng)跟蹤式晶硅 30 40kg/m2 聚光 +跟蹤 +晶硅 35kg/m2 改進(jìn)式聚光 +跟蹤 +晶硅 35kg/m2 4、承受風(fēng)載大 不同的方法 最大風(fēng)載 薄膜電池 100km/h 平板式晶硅 100km/h 傳統(tǒng)跟蹤式晶硅 60 70km/h 聚光 +跟蹤 +晶硅 140km/h 改進(jìn)式聚光 +跟蹤 +晶硅 140km/h 八、需要討論的是：雖然目前“平板式”多晶硅每度電價(jià)格是薄膜電池的一倍，這是由于制作此“比較表”時(shí)，太陽能級晶硅價(jià)格居高不下。但不久將來，必將回歸 3040美元 /公斤！這時(shí)非晶硅薄膜電池將不再具有價(jià)格成本的優(yōu)勢！ 據(jù)我們所知，目前國內(nèi)不少薄膜電池生產(chǎn)線產(chǎn)品，轉(zhuǎn)化率6%，而且易于衰減！ 九、下面將介紹我國獨(dú)立發(fā)展的四倍聚光技術(shù)： 我國“ 4倍聚光 +跟蹤”的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟。 已將光伏發(fā)電包括利稅在內(nèi)（注：不包括逆變器和土地）單位千瓦的投資由60000元 /千瓦下降到 25000元 /千瓦。 下圖是所使用的 4倍聚光裝置。所使用的光漏斗，能夠保證在一次反射的條件下，在太陽電池表面上有均勻光強(qiáng)的分布。 圖處說明：光漏斗的外形圖 下面是 4倍聚光裝置加跟蹤技術(shù)組成的路燈： 圖片說明：多倍聚光發(fā)電可以用在路燈上既美觀又可靠 已在內(nèi)蒙鄂爾多斯地區(qū)建立了 205千瓦的電站。這一電站已歷經(jīng) 12級大風(fēng)，高溫，驟冷，嚴(yán)寒，冰雹，沙塵暴的考驗(yàn)，已安全運(yùn)行 20個(gè)月，而安然無恙！ 國內(nèi)第一座由國家批準(zhǔn)的，在鄂爾多斯正式上網(wǎng)運(yùn)行的，其電價(jià)為 4元 /度電的，商業(yè)化光伏電站 如以此電站的壽命是 25年計(jì)，不難測算出，這一技術(shù)的發(fā)電成本是 0.8元 /度。 近來，這一四倍聚光技術(shù)，又在結(jié)構(gòu)上對所用天文跟蹤技術(shù)做了大幅度改進(jìn)。 下圖是一臺(tái)直徑為 35米的，峰值功率為50KWp的光伏發(fā)電機(jī)的構(gòu)形。這一跟蹤樣機(jī)，所用結(jié)構(gòu)材料更少，占地面更小，控制更簡單，抗強(qiáng)風(fēng)能力更強(qiáng)，半手工制作的跟蹤成本已下降到約 34元 /瓦。現(xiàn)在已接到國外大批訂單，出口國外市場。下面是這一 50KWp光伏電機(jī)的照片： 西班牙工人在緊張地安裝來自中國的發(fā)明 下面是中國發(fā)明在西班牙正常運(yùn)行的大型跟蹤光伏發(fā)電站 十、有興趣的是：這一“ 4倍聚光技術(shù)”將在國家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公大樓屋頂，安裝一個(gè)功率為 50KW/p的光伏電站，將能提供白天辦公所需供電、供冷、供暖、供熱水的各種功