范　偉，劉志斌，崔利富

(大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116605)

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光伏發(fā)電技術(shù)在銅仁地區(qū)應(yīng)用的可行性分析

范偉，劉志斌，崔利富

(大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116605)

摘要：介紹光伏發(fā)電技術(shù)在貴州省的發(fā)展現(xiàn)狀，提出銅仁地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)的條件，設(shè)計(jì)一個(gè)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，給出系統(tǒng)市場報(bào)價(jià)，分析系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。研究結(jié)果表明，光伏發(fā)電技術(shù)在銅仁地區(qū)應(yīng)用是切實(shí)可行的，應(yīng)用條件包括自然條件、政府資金扶持及百姓擁護(hù)。若政府可出資建設(shè)，每戶家庭每年節(jié)省300余元的電費(fèi)，同時(shí)減少化石燃料燃燒。最后，擬定下一步工作計(jì)劃。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；銅仁地區(qū)；可行性；經(jīng)濟(jì)效益

近些年，隨著國家大力開展節(jié)能減排工作，以太陽能為代表的多種新能源得以開發(fā)利用，越來越多的末端設(shè)備及節(jié)能措施應(yīng)運(yùn)而生。光伏發(fā)電技術(shù)是利用太陽能資源的典型代表，將取之不盡的太陽能轉(zhuǎn)換成電能，其優(yōu)點(diǎn)是清潔、無污染、使用便捷、節(jié)省開銷、改善生活質(zhì)量等。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)光伏發(fā)系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)三類。主要工作過程為：白天光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求而產(chǎn)生直流電，將這部分直流電貯存在蓄電池中或直接供給負(fù)載，通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電或直接利用這部分直流電進(jìn)行工作。

為探索光伏發(fā)電技術(shù)在貴州銅仁少數(shù)民族地區(qū)的應(yīng)用情況，大連民族大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)多名教師赴該地區(qū)開展調(diào)研。在走訪玉屏朝陽村時(shí)發(fā)現(xiàn)，政府和百姓對太陽能的利用主要集中在太陽能熱水器及太陽能路燈等設(shè)施上，缺少對光伏發(fā)電的利用。而當(dāng)?shù)厝藗冏駨摹耙郎桨铩痹瓌t把房屋大都建設(shè)在了山坡上，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)不健全，存在停電斷電現(xiàn)象，尤其是當(dāng)雷雨天氣發(fā)生時(shí)此現(xiàn)象更為明顯。據(jù)此，結(jié)合當(dāng)?shù)靥柲苜Y源的應(yīng)用現(xiàn)狀及地理?xiàng)l件，擬將離網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到朝陽村，推廣新型清潔能源在少數(shù)民族村落的使用。

本文將針對光伏發(fā)電在貴州地區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀、光伏發(fā)電在銅仁地區(qū)的應(yīng)用條件、離網(wǎng)光電系統(tǒng)報(bào)價(jià)及效益分析等幾方面進(jìn)行詳細(xì)的論述，并提出下一步工作計(jì)劃。

1光伏發(fā)電在貴州地區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀

貴州省太陽能資源在全國屬于低值區(qū)，但仍然存在很大的開發(fā)價(jià)值。年平均太陽總輻射分布特征為西部和西南部高，平均值在4200 MJ/m2以上，東北部最低，平均值在3300 MJ/m2以下，其他地區(qū)在3300～4200 MJ/m2之間，呈現(xiàn)出隨海拔高度的增加而增加的趨勢，這種輻射的分布形式與貴州山地地形和西南地區(qū)天氣系統(tǒng)的活動密切有關(guān)[1-3]。2011年初，由中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院投資建設(shè)的56 kWp太陽能建筑一體化并網(wǎng)示范光伏發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目通過了竣工驗(yàn)收，這也是貴州省第一個(gè)太陽能建筑一體化并網(wǎng)示范光伏發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目[4]。此外，根據(jù)《貴州太陽能發(fā)電十二五規(guī)劃》之展望，明確提出在畢節(jié)地區(qū)、六盤水市以及黔西南布依族苗族自治州共選出總規(guī)模為50兆瓦的7個(gè)大型光伏電站，及總規(guī)模為18兆瓦的10個(gè)分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。據(jù)初步估算，上述7個(gè)大型光伏電場建成后，平均每年上網(wǎng)電量為4174.4萬千瓦時(shí)，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.42萬噸，同時(shí)，此文章還提出太陽能發(fā)電規(guī)劃的發(fā)電場主要分布在尚未通電的西部邊遠(yuǎn)山區(qū)，以獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)為主[5]。

2光伏發(fā)電在銅仁地區(qū)的應(yīng)用條件

2.1自然條件

太陽能資源合理利用的首要前提就是具備足夠的太陽輻射量，銅仁市地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，介于東經(jīng)107°45'～109°30'，北緯27°07'～29°05'之間，平均海拔為800米左右。年日照時(shí)數(shù)1044.7～1266.2小時(shí)，全年太陽總輻射量基本在 3000～3500 MJ/m2之間，熱量豐富，光照適宜。銅仁地區(qū)已應(yīng)用了太陽能熱水器及太陽能路燈等設(shè)備，說明太陽輻射量可以滿足太陽能應(yīng)用條件。

2.2政府資金扶持

資金的投入是可再生能源能夠開發(fā)利用的主要支撐，而目前貴州省在可再生能源的開發(fā)利用中存在的最主要的原因恰恰是沒有足夠的資金支持，如何解決資金問題是當(dāng)務(wù)之急。之前有學(xué)者對貴州農(nóng)村太陽能等新能源使用情況調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，一些鄉(xiāng)政府領(lǐng)導(dǎo)本著節(jié)能環(huán)保的角度，由政府出資或者采取村民集資加政府資金扶持的方式，安裝和使用了太陽能的產(chǎn)品[6]，在農(nóng)村生態(tài)的環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民生活水平問題上收到了良好的效果。這說明政府已在某些地區(qū)投入了資金，鼓勵(lì)并促進(jìn)了農(nóng)村可再生能源的發(fā)展。據(jù)此，政府應(yīng)該加大對銅仁地區(qū)的扶持，支持當(dāng)?shù)乜稍偕茉吹拈_展工作，改善百姓生活。

2.3百姓擁護(hù)

在本次調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，朝陽村百姓生活狀態(tài)以自給自足為主，很少有外來因素?fù)诫s。當(dāng)雷雨天氣造成停電時(shí)，他們往往采用是點(diǎn)蠟燭或手電筒照明的手段進(jìn)行采光，浪費(fèi)資源的同時(shí)還帶有一定的火災(zāi)危險(xiǎn)性，給生活帶來了極大不便。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)正是解決此問題的最佳方法，節(jié)能、環(huán)保、方便、快捷，可提升百姓生活質(zhì)量。此項(xiàng)技術(shù)的有效開展需要百姓積極擁護(hù)。首先，不要反感新鮮事物介入生活；其次，百姓要增強(qiáng)節(jié)能意識，采用新能源代替常規(guī)化石能源；最后，百姓不必?fù)?dān)憂花銷問題，雖然初投資較大，但事實(shí)證明帶來的效益是非?？捎^的，后期還會減少開銷。

據(jù)上述分析，自然條件滿足要求，在政府資金扶持和百姓擁護(hù)的條件下光伏發(fā)電技術(shù)同樣可以在銅仁地區(qū)得以開展利用，尤其是可針對朝陽村等偏遠(yuǎn)村落建設(shè)一些小型的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，以改善當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒婋y題。

3離網(wǎng)光電系統(tǒng)報(bào)價(jià)及效益分析

3.1離網(wǎng)光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如前所述，銅仁地區(qū)全年太陽總輻射量基本在 3000～3500 MJ/m2之間，為了方便設(shè)計(jì)一個(gè)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，本研究取輻射量的中間值作為計(jì)算初始數(shù)據(jù)，經(jīng)換算后得每天太陽輻射量約為8.9 MJ/m2。光伏組件的最大功率為90 W，工作電壓17.5 V，鉛酸蓄電池工作電流150 A·h，工作電壓12 V。假設(shè)一個(gè)普通家庭一天用電量為2 kW·h，參考朱勛夢等人設(shè)計(jì)離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算方法[7]，得到蓄電池及光伏電池組件選型參數(shù)見表1和表2。

表1　蓄電池選型參數(shù)

表2　電池組件選型參數(shù)

根據(jù)表1和表2可知，蓄電池選用12 V /150 A·h鉛酸蓄電池4只并聯(lián)，光伏組件14塊并聯(lián)?？刂葡到y(tǒng)、逆變器及一些附屬材料可根據(jù)蓄電池和光伏組件的規(guī)格進(jìn)行相應(yīng)合理選擇。

3.2系統(tǒng)報(bào)價(jià)

為研究離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，需對系統(tǒng)各部件的市場價(jià)格進(jìn)行估計(jì)。本次報(bào)價(jià)由北京世紀(jì)建通科技發(fā)展有限公司結(jié)合當(dāng)前光電市場給出的估價(jià).系統(tǒng)報(bào)價(jià)清單見表3。

表3　離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)報(bào)價(jià)清單

注：由于銅仁地區(qū)建筑形式坡屋頂居多，故可將此套系統(tǒng)安裝在屋頂上，省去了光伏電池組件支架費(fèi)用。

3.3系統(tǒng)效益分析

此光電系統(tǒng)總成本為15940元，使用壽命為25年。若一個(gè)普通家庭每天用電量為2 kW·h，那么每個(gè)月用電量為60 kW·h，電價(jià)按0.5元/ kW·h計(jì)算，則一年電費(fèi)為360元，25年的總電費(fèi)約為9000元，每戶家庭25年額外支出的費(fèi)用為光伏系統(tǒng)的成本費(fèi)與25年總電費(fèi)的差值，約為6940元，平均每年增加270余元。雖然每年多出了些許開支，但減少了化石燃料的燃燒，改善了環(huán)境質(zhì)量，提升了百姓生活的舒適度及便捷性，如果此光電系統(tǒng)完全由政府出資建設(shè)，那么每戶家庭每年還可節(jié)省300余元的開支。

總而言之，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在銅仁少數(shù)民族地區(qū)的有效實(shí)施對當(dāng)?shù)匕傩沼欣?，對社會有利，對環(huán)境更有利。

4后續(xù)工作計(jì)劃

由于本次調(diào)研為初次調(diào)研，并且時(shí)間緊迫，尚未對百姓的用電來源途徑、用電方式、用電習(xí)慣、用電費(fèi)用、太陽能輻射程度及銅仁地區(qū)氣候條件做出詳細(xì)調(diào)查。

預(yù)計(jì)后續(xù)調(diào)研將繼續(xù)走訪銅仁地區(qū)偏遠(yuǎn)村落(以朝陽村為代表)，制定具體的考察方案，力爭將新技術(shù)新思想真正帶到少數(shù)民族偏遠(yuǎn)地區(qū)，為之服務(wù)。擬完成工作如下：

(1)詳細(xì)了解百姓的用電狀況；

(2)測試全天太陽輻射量大小及隨季節(jié)、時(shí)間變化的分布情況；

(3)基于測試的數(shù)據(jù)及當(dāng)?shù)貧夂驐l件擬定詳細(xì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；

(4)調(diào)研當(dāng)?shù)毓夥到y(tǒng)市場報(bào)價(jià)，做出詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)效益分析；

(5)同當(dāng)?shù)卣块T相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)洽談，謀求發(fā)展策略。

5結(jié)語

本文在深入銅仁地區(qū)調(diào)研的基礎(chǔ)上，論述了光伏發(fā)電技術(shù)在貴州地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了光伏發(fā)電在銅仁地區(qū)的應(yīng)用條件，指出自然條件、政府資金扶持以及百姓擁護(hù)三個(gè)條件缺一不可。設(shè)計(jì)了一個(gè)普通家庭每天用電量為2 kW·h的小型離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，選用4只12 V /150 A·h鉛酸蓄電池并聯(lián)，14塊最大功率為90 W的光伏組

件并聯(lián)，給出了光伏系統(tǒng)的總體報(bào)價(jià)，為15940元。分析了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果表明，若有政府資金扶持，每戶每年可減免300余元的開支。根據(jù)以上分析，光伏發(fā)電技術(shù)在銅仁地區(qū)的應(yīng)用是切實(shí)可行的。最重要的是，光伏發(fā)電的有效開展可改善環(huán)境質(zhì)量，給百姓生活帶來便利。最后，擬定了詳細(xì)的后續(xù)工作計(jì)劃。

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(責(zé)任編輯王楠楠)

Feasibility Analysis of Applying Photovoltaic Technology in Tongren Region

FAN Wei, LIU Zhi-bin, CUI Li-fu

(School of Civil Engineering, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

Abstract:Through introducing the developing status of photovoltaic technology in Guizhou province, this paper puts forward the applying conditions to Tongren region, and designs an off-grid photovoltaic system. The paper provides the system’s market quote, and analyzes its economic benefit. The results show that applying photovoltaic technology in Tongren region is feasible, whose application conditions include natural conditions, government financing and people advocating. If the government could pay for the system, it could save more than 300 RMB per year per family, and reduce fossil fuel at the same time. The next working plan is proposed finally.

Key words:photovoltaic; Tongren region; feasibility; economic benefit

收稿日期：2016-03-09；最后修回日期：2016-03-21

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(DC201501047)。

作者簡介：范偉(1988-)，男，遼寧阜新人，助理工程師，主要從事建筑節(jié)能技術(shù)研究。

文章編號：2096-1383(2016)03-0249-03

中圖分類號：TK51

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A