光伏分为两类,一种是集中式,如大型西北地面光伏发电系统;一种是分布式(以>6MW为分界),如民居屋顶光伏发电系统。
光伏(PV or photovoltaic):太阳能光伏发电系统(photovoltaic power system)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。
太阳能光伏电池制造工艺:将多晶硅硅片经过:制绒、蚀刻、扩散、烧结、印刷……
海因里希・赫兹于1887年首次发现光电效应,阿尔伯特・爱因斯坦在1905年解释了这一现象。
光伏(PV)系统正是利用半导体材料的光电效应,直接将光转换为电能。半导体的成分和光伏设备接收的有效太阳辐射的强度和波长都会影响光伏设备的发电量(赫兹,1887;爱因斯坦,1905)。
1954年,贝尔实验室的3位研究人员研制出首个实用的“太阳能电池”。该电池可将6%的入射太阳能转换为电能(Pedin,2004)。
随着研发不断取得进展,光伏装置的转换效率也随之提高。
太阳能光伏发电系统按与电力系统的关系可分为两大类:独立光伏发电系统(Stand-alone PV System)和并网光伏发电系统(Grid-connected PV System)。
独立光伏发电系统由太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成。其工作原理是,太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成电能,然后由电力电子变换器变换后给负载供电。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时,储存在电池中的能量就可经过电力电子逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50 Hz的电能供交流负载使用。太阳能发电的特点是白天发电,而负载往往却是全天候用电,因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少,工程上使用的储能元件主要是蓄电池。
并网光伏发电系统由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、电力电子变换器(逆变器)和系统监控部分组成。其工作原理是,太阳辐射能量经过光伏阵列转换后,再经高频直流变换后变成高压直流电,然后经过电力电子逆变器逆变后向电网输出与电网电压相频一致的正弦交流电流。
以上两种光伏发电系统的最大区别就在于,并网光伏发电系统直接与电网相连接,因而光伏阵列的电量盈余与并联电网可以实行互补,省去了独立光伏发电系统中必需的蓄电池等储能元件,不仅降低了系统成本,而且保证了系统的可靠性。同时,夏天太阳辐射强度大,光伏系统发电量多,可以对夏天电网的峰荷起到调节作用。随着近年来太阳能光伏发电的大规模应用以及太阳能电池组件价格的迅速下降,并网系统无疑将得到更为广泛的应用。
1)、运行可靠:即使在恶劣的环境和气候条件下也可正常供电。
2)、寿命长:晶体硅组件寿命通常在25年以上,非晶硅组件寿命通常在20年以上。
3)、维护费用低:建成后只需少量工作人员,对系统进行定期检查和维护,相比较而言,常规发电站维护费用很大。
4)、天然能源:能源是取之不尽、用之不竭的太阳能,无需能源费用。
6)、模块化:根据需要选择系统容量,安装灵活、方便,扩容很简便。
7)、安全:系统内无易燃物品,安全性能高。
8)、自主供电:可离网运行,独立供电,可不受公用电网的影响。
9)、分布式发电:可建设分散的光伏电站,减少对公用电网的影响及危害。
10)、高海拔性:在海拔高、日照强的地区,更能增加系统的输出功率。(相比光伏发电高海拔地区,由于气压低,柴油发电机效率降低,输出功率减少。)
1)、初投资费用高:由于初投资高,需进行单个系统的经济性评估及多种方案比较。如果初投资减少,常规燃料成本上升,则光伏系统将更具有竞争力。
2)、日照不稳定:天气对任何太阳能系统的功率输出都有很大影响。气候或场地条件变化时,系统设计也要随之改变。
3)、需储能装置(独立系统):光伏发电系统当夜晚时,没有阳光不能发电,需增加蓄电池储能设备,从而增加了系统规模、成本及维护工作量。
4)、效率有待改进:从投资的有效性出发,要求高效率的使用光伏系统资源。用户须使用高效率的负载设备。
5)、需技术培训:光伏系统使用了很多人们不熟悉的新技术,因此,用户在运行光伏系统前,都需要经过技术培训。
除了传统思维中的太阳能电厂和分布式屋顶光伏,光伏还可以应用于多种多样的场景,比如建筑、农业、渔业、公共设施、景观建设等。这些复合和跨界模式一方面使得光伏建设项目在清洁发电的同时能够兼顾经济发展和生态保护;另一方面,这种对空间高效集约利用的模式有助于新能源开发项目获得建设所需的土地资源。
在中国仲巴县,这个县城里所有的供热都是由太阳能来提供的。黑色的那部分就是太阳能集热器(Solar collector),面积有3.5万平方米,就像我们平常用到的热水器那样,能够把太阳能变成热能。它收集了热以后,储存在图中那个彩色的罐子里。这个罐子可以24小时发热,供给县城的采暖。这是百分之百的太阳能,完全零碳。
据《联合国防治荒漠化公约》统计,全球处于超干旱以及干旱的土地面积约为25500平方千米,占全球陆地表面的17.2%。而且,每年沙漠的面积还在不断扩大。土地退化中和(Land Degradation Neutrality, LDN)和退化土地生态修复一直以来都是地球面临的重要课题。荒漠化土地虽然有待修复,但也提供了大量的土地资源,因此,将荒漠化土地生态修复与光伏建设相结合将带来多方面的收益。荒漠上的太阳能面板不仅可以供电,还可以减少地面受到的日照辐射和水分蒸发量。清洗电池板时喷洒的水分,提高了土壤表层的含水量,促进了植被的生长和恢复。在荒漠上的太阳能电站能促进土壤的碳固定、植物的定植,提高生物多样性并恢复土壤活性,进而利于蓄水保土、阻风固沙、调节气候、改善生态环境等。对于土地所有者来说,在25年的光伏电站运营周期后,将获得植被覆盖率更高、土壤更健康、土地生产力更高的优质土地以及使用期间的土地租赁收益。
目前,巴基斯坦、埃及等国,中国内蒙古、山西、青海、宁夏等地都有这样的“光伏+土地生态修复”的项目。以青海共和盆地的生态修复项目为例,这个850兆瓦的项目占地54平方千米,建设光伏电站后,光伏板下和板间土地植被覆盖率显著提升,植被覆盖度增加15%;光伏水泵灌溉地区的植被覆盖率也显著提升。光伏板下10厘米、20厘米、40厘米处,土壤含水量分别增加78%、43%、40%。夏季土壤有机质含量比上年增加11.6倍,氮含量比上年增加11.3倍,土壤微生物增加,进而提高了土地生产力。光伏发电降低了约120万吨碳排放,植被和土壤有机碳也形成了一定程度的碳沉积。电站场区对局地气候有明显调节作用:光伏园区内风速比园区外降低了40.3%;空气相对湿度比园区外高2.8%。对土壤温度也有调节作用。
欧洲最大的能源消费来自建筑行业,消耗了约40%的能源,并排放了约36%的温室气体。目前,欧盟几乎75%的建筑物是低能效建筑,如对现有建筑物进行能源改造可以节省大量能源,有望使欧盟的总能耗降低5%~6%,并将二氧化碳排放降低5%。欧洲目前大范围推广光伏建筑一体化项目。结合建筑进行光伏建设可以减少对土地资源的消耗。欧洲各国在进行“光伏+建筑”项目建设时会首先对可用建筑面积进行估算,以便最大限度地利用建筑面积。从巴黎都会区大规模实际部署光伏的结果来看,由于遮盖了屋顶,太阳能电池板会使家庭冬季取暖的需求增加3%,但是在夏季,这种遮盖可减少12%的空调用能。
列支敦士登是一个非常典型的受益于建筑光伏的国家。这个国家位于瑞士与奥地利两国之间,面积仅为160.5平方千米,只有38244人。列支敦士登土地狭小并且人口稀少,人均能耗高、人均用电量高、能源自给率低,但是它却是世界上第一个被允许称为“能源大国”的国家。从人均光伏的角度来看,2015年列支敦士登超过了原排名第一(人均装机容量为473瓦)的德国,以532瓦的人均装机容量被Solar Super State协会授予“人均光伏冠军”的称号。值得注意的是,这个国家所有光伏项目都在建筑上。在列支敦士登光照资源条件下,面积为40~50平方米的现代光伏系统可大致满足四口之家的用电量,可以持续发电约25年,帮助列支敦士登居民用电实现自给自足,并能够向工业提供一部分电力。2020年5月10日,列支敦士登的本国发电功率超过了该国用电负荷,这是该国历史上首次不需要任何外部能源,完全自给自足地完成了整个国家的电力运行。虽然这是一个特殊时期的偶发事件,但是也表现出国家依靠建筑光伏实现能源独立的可能。目前该国公开的能源规划是在2030年达成人均光伏2.2千瓦,2050年至少到4.5千瓦。这些光伏依然全部规划在建筑上,建筑光伏在该国的地位进一步得到巩固。
“光伏+农业”即在同一片土地同时开展支架型光伏发电与农业生产活动。全球农业用地面积约为5亿平方千米,占全球陆地面积的38%。其中约1/3为耕地,其余2/3为草地和牧场。农业用地占有大量的土地资源,这些土地是否可以作为光伏建设的可用面积,一直以来饱受争议。为此,欧洲最大的太阳能研究机构——德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)于2015年启动农光一体研究项目APV—RESOLA,测试光伏板对冬小麦、芹菜、土豆等不同作物产量的影响。对照实验表明,将光伏与土豆种植相结合,每公顷土豆增产3%,农用土地通过光伏额外产出83%的绿色电力,土地综合利用率提升86%。该成果已于2020年10月在由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所主办的国际农业光伏大会AgriVoltaics上发布。“光伏+农业”这一模式,将光伏板清洁与农田灌溉相结合,能够提高水资源利用效率,光伏板也能起到减弱正午过强光照对农作物的不利影响和减少水分蒸发的作用。基于农光一体设施,可以选育适宜作物,进行合理灌溉。光伏供电的智能系统还可以保障农业生产工艺流程,实现“光伏大棚+智慧种植”,提高农业经济和质量。“光伏+农业”模式解决了光伏建设与农业生产争地的问题,并通过光伏建设中的一些干预措施在尽量确保光伏发电量的同时增加农作物的产量,实现土地复合利用。
以位于宁夏黄河东岸的农光互补光伏电站为例,宁夏黄河东岸曾是荒漠化最为严重的土地之一,平均海拔为1200米,年最大降水量为273毫米,年蒸发量为2722毫米,漫天黄沙,尘土飞扬。开发公司对16万亩(约10666公顷)荒漠化的土地进行生态治理,建设农光互补电站,规划建设3GWp光伏发电,已建成并网1GWp光伏。同时开展优质有机枸杞的“种植—研发—加工—销售”绿色产业链,为当地3万贫困人口提供了就业机会。光伏组件减少了辐射强度,“光伏+农业”使得枸杞的开花季比当地同类枸杞长了5个星期,产量增加了29%。
“光伏+渔业”是指建设基台在水面的光伏电站,发电的同时在光伏板下发展渔业,是一种空间资源复合利用的多重发展模式。对水产品来说:第一,光伏组件的冷却作用和遮光作用可以降低水产品睡眠温度,减少水分蒸发,提高鱼虾蟹存活率,减少藻类侵入;第二,光伏供能的智能系统能有效控制养殖水体条件,例如水温和pH;也能实现节水循环,池底排污、杀菌增氧和远程检测,创造了更好的生态环境,持续提升水产品的产量和质量。对于发电运营和节能减排来说:光伏驱动渔业零污染,减少粉尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物排放;水面光伏电站还能避免火灾、动物啃咬电缆等情况对电站造成的破坏。渔业增产和节能减排同时实现,能极大提高单位面积土地的经济价值。
以江苏渔光一体项目的数据来看,渔光一体草鱼池塘亩产量达到35550~39705千克/公顷,远高于当地常规池塘平均水平(18750千克/公顷)。339亩养殖水面安装50%~75%光伏组件,建立10兆瓦渔光一体池塘,一年共发电1300万千瓦时,年亩发电3.83万千瓦时,平均月亩发电3196千瓦时。鱼菜(稻)共生,采用水稻、空心菜进行生物处理,累计产出水稻总量为194.48千克,空心菜总量为3529千克,共计吸收氮元素161.99千克、磷元素27.63千克、钾元素202.44千克,并实现产值附加近4000元,利润3000余元。利用物理、生物净化和养殖技术的有机结合,做到“以鱼养水、以草净水”,有效控制了水产养殖内外源性污染问题,对SS降解率达80%以上,对COD、TN、TP降解率90%以上,净化后水质符合《淡水池塘养殖水排放要求》(SC/T9101—2007)一级标准。
路侧光伏是利用高速公路及铁路两侧土地建设光伏电站的一种光伏建设形式。铁路和高速公路沿线的土地常年受到噪声和尾气的污染,这类地带农业经济性较差,如果建造地面光伏系统反而可以减少其他地方的土地消耗和对景观的干预。
德国公路两侧有非常多的窄条状光伏电站。德国地面光伏电站中12%是位于公路和铁路两侧110米内的地带。图林根州500千米高速公路110米沿线上的太阳能安装潜力总计可达1.8吉瓦。以德国巴伐利亚州代根多夫市B8联邦公路以南Photovoltaik Kainzenstadelfeld项目为例,它的总面积约为2万平方米,光伏设施占地面积为13992平方米,光伏板数量为2829块,预计年度发电量为1121.4千瓦时,景观补偿系数为0.2(景观补偿:联邦自然保护法和建筑法规指出“对自然和景观的干预活动,即对自然平衡或景观的性能和功能造成影响的行为”),景观补偿面积为2298平方米。
另外,美国的研究显示太阳能组件周围是适合授粉类植物种植的理想场所,种植效果更好,还可以为授粉媒介(如蜜蜂)提供食物和庇护所。授粉类昆虫新栖息地的建立会对光伏电站附近的收成产生积极影响,因为定居在光伏电站中的蜜蜂(昆虫)会飞向周围耕地,促进农田授粉,使农民从中受益。将授粉友好型植物与靠近农业地点的路侧光伏项目结合起来,可以形成清洁能源,农业以及生物多样性的“三赢”局面。
到2007年年底,全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦(100MW),从事太阳能电池生产的企业达到50余家,太阳能电池生产能力达到290万千瓦(2900MW),太阳能电池年产量达到1188MW,超过日本和欧洲,并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链,特别是多晶硅材料生产取得了重大进展,突破了年产千吨大关,冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约,为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是我国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好,整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮。
太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占到30%以上,而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上;到2040年,可再生能源将占总能耗的50%以上,太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末,可再生能源在能源结构中将占到80%以上,太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
根据《可再生能源中长期发展规划》,到2020年,我国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW(百万千瓦),到2050年将达到600GW(百万千瓦)。预计,到2050年,中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%,其中光伏发电装机将占到5%。未来十几年,我国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。
国内太阳能电池产业发展的主要动力是光伏发电市场的需求,中国光伏发电的市场主要在几个方面。
通信和工业应用(大约占到36%):
微波中继站;
光缆通信系统;
无线寻呼台站;
卫星通信和卫星电视接收系统;
农村程控电话系统;
部队通信系统;铁路和公路信号系统;
灯塔和航标灯电源;
气象、地震台站;
水文观测系统;
水闸阴极保护和石油管道阴极保护。
农村和边远地区应用(大约占51%):
独立光伏电站(村庄供电系统);
小型风光互补发电系统;
太阳能户用系统;
太阳能照明灯 ;
太阳能水泵 ;
农村社团 (学校、医院、饭馆、旅社、商店、卡拉OK歌舞厅等)
光伏并网发电系统(4%)
当前处于试验示范阶段,全国总装机容量大约仅有约2MWp。
太阳能商品及其它(大约占到9%)太阳帽;
太阳能充电器;
太阳能手表、计算器;
太阳能路灯;
太阳能钟;
太阳能庭院;
汽车换气扇;
太阳能电动汽车;
太阳能游艇;
太阳能玩具。
在20世纪80年代,光伏地面系统除大量用于偏僻无电地区、游牧家庭、航海灯塔、孤岛居民供电以及某些特殊领域外,已开始进入一般单独用户、联网用户和商业建筑。进入90年代后,随着常规能源的日益枯竭而引起的发电成本上升和人们环境意识的日益增强,一些国家纷纷开始实施、推广光伏建筑一体化(BIPV)系统。中国人口众多,人口密度大,BIPV系统将建筑与光伏系统或光伏组件相结合,不仅可以节省光伏发电系统的占地面积,而且可以降低其成本,符合中国的国情,因此在中国有很广阔的发展空间。
2021年6月,国家能源局综合司下发《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》(以下简称《通知》)指出,中国建筑屋顶资源丰富、分布广泛,开发建设屋顶分布式光伏潜力巨大。开展整县(市、区)推进屋顶分布式光伏建设,有利于整合资源实现集约开发,有利于削减电力尖峰负荷,有利于节约优化配电网投资,有利于引导居民绿色能源消费,是实现“碳达峰、碳中和”与乡村振兴两大国家重大战略的重要措施。其中,项目申报试点县(市、区)的党政机关建筑屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于 50%。
以光伏建筑一体化为核心的光伏并网发电应用占据了目前大部分的光伏市场份额。光伏建筑一体化有以下一些优点:建筑物能为光伏系统提供足够的面积,不需要另占土地;能省去光伏系统的支撑结构、省去输电费用;光伏阵列可代替常规建筑材料,节省材料费用;安装与建筑施工结合,节省安装成本;分散发电,避免传输和分电损失(5%~10%),降低输电、分电投资和维修成本;使建筑物的外观更有魅力。此外,在经常为断电而烦恼的地方,建筑物的光电系统可以成为一个可靠的电源。把太阳能同建筑结合起来,将房屋发展成具有独立电源,自我循环式的新型建筑,是人类进步和社会、科学技术发展的必然。联合国能源机构的调查报告显示,BIPV将成为21世纪最重要的新兴产业之一。
1.光伏建筑一体化的主要形式
光伏与建筑的结合目前主要有如下两种形式:
(1)建筑与光伏系统相结合。建筑与光伏系统相结合,是把封装好的光伏组件(平板或曲面板)安装在居民住宅或建筑物的屋顶上,再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联,并可与外界电网相连,由光伏系统和电网并联向住宅(用户)供电,多余电力向电网反馈,不足电力从电网取用。
(2)建筑与光伏组件相结合。建筑与光伏的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃,目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材,即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户,这样既可用做建材也可用以发电,可谓物尽其美。把光伏器件用做建材,必须具备建材所要求的几项条件:坚固耐用、保温隔热、防水防潮、适当的强度和刚度等性能。若是用于窗户、天窗等,则必须能够透光,就是说既可发电又可采光。除此之外,还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。
此外,光伏组件在与建筑相结合应用时,还应考虑两个重要因素:1)、为保证光伏组件有较高的光电转化效率,必须尽量保持光伏组件周围的环境温度处于较低的水平,这就要求光伏组件周围有较好的通风条件,因此在光伏组件的设计和安装时,可考虑采用架空形式、双层通风屋面或双层玻璃幕墙形式等;2)、光伏组件的寿命通常是15~25年,而建筑围护结构的寿命通常是50年,在设计时,必须考虑光伏组件失效后的拆卸和更换要求。
2.光伏建筑一体化设计的几个影响因素
光伏建筑一体化并网发电设计需考虑以下几个方面的因素:
(1)考虑建筑物的周边环境,尽量避开或远离遮荫物。
(2)建筑物的朝向应尽量为东西向或南北向。
(3)根据当地的经纬度,确定屋面的倾斜角度。一般情况,由于地球是在不停的围绕太阳转动,所以屋面倾斜角度对整体太阳能发电量的影响并不大,一般不超过5%。相同角度,相同功率的太阳电池,东、西屋面的发电量几乎相等。
(4)根据组件的大小,计算每一个屋面可以安装的组件总数及排列方式。
(5)根据逆变器输入直流电压,确定每组可串联的总数,由于每一个屋面的朝向不同,光照量和光照时间都不同,一般一个屋面对应一个逆变器,以提高逆变器的效率。
3.对环境的影响
一般的地面太阳能光伏发电系统和光伏建筑一体化系统利用太阳能这种可再生的清洁能源进行发电,对促进能源和环境的可持续发展有着重要的意义;与此同时,如果对光伏发电系统的光伏器件使用或回收不当,也会造成对环境的一些负面的影响。其对环境影响的有利因素和不利因素分别列举如下:
(1)有利因素:
①尖端的科技设计和工艺能够弥补传统建材的成本;
②运行过程无噪声;
③发电过程中,不再需要额外的运输费用;
④没有任何运动部件,在其20年的工作寿命里,需要最少的维护费用;
⑤不会造成空气污染。太阳能电池产生lkWp的电能,可以避免1000kg二氧化碳的产生;
⑥可独立供电,从而减少了输电和配电的成本;
⑦已形成了一套标准化的设计和调试方法,因此可以分批进行安装和使用,从而避免了一次性投资过大带来的资金压力。
(2)不利因素:
①光伏电池在生产过程中需要消耗较高的能量,如使用不合理,有可能导致寿命周期内发电量低于生产耗能的现象;
②酸性铅蓄电池利用或回收不当,容易造成环境问题;
③光伏电池中含有的重金属(如镉)如果回收不当,容易造成严重的环境问题;
④废弃的光伏电池及其电池组件有可能渗漏汞、铅、镉,对环境造成危害。
光伏有辐射吗?对人有影响吗?
光伏通常是指太阳能光伏发电系统,关于光伏是否有辐射以及是否对人体有影响,可以从以下几个方面进行分析:
光伏发电本身不产生辐射。光伏发电是利用半导体的光生伏特效应,通过特殊的太阳电池将太阳光能直接转化为电能的一种技术。在这个过程中,不涉及放射性材料或电离辐射,因此不会产生对人体有害的辐射。具体来说,光伏电池板在接收太阳光照射时,光子撞击光伏电池表面,激发出电子形成电流,这个过程是物理过程,不涉及化学反应或核反应,因此不会产生辐射。
一般情况下,光伏发电对人体没有直接危害。由于光伏发电过程中不产生辐射,因此不会对人体造成辐射伤害。然而,在光伏发电系统的安装和运行过程中,可能会存在一些潜在的影响,主要包括:
电击危险:光伏发电系统中的太阳能电池板会产生直流电,如果该电流未经适当处理或控制,可能会对人体造成电击伤害。因此,在安装和使用光伏发电系统时,应确保所有设备和电线都按照相关规范进行安装和连接,以避免电击事故的发生。
光污染:虽然光伏发电过程中产生的光辐射对人体没有直接危害,但如果光伏电池板反射或散射出的太阳光过强,可能会对周围环境和人员造成光污染。长时间暴露在这种环境下可能会对视力产生影响。因此,在安装光伏发电系统时,应合理规划布局,避免对周围环境和人员造成不利影响。
其他潜在影响:在光伏发电设备的制造、安装和维护过程中,可能会使用到一些机械设备和化学物质。如果这些设备没有得到正确的操作或维护,或者化学物质处理不当,可能会对人体造成机械伤害、化学伤害等。因此,在相关作业过程中应严格遵守安全操作规程和防护措施。
综上所述,光伏发电本身不产生辐射,对人体没有直接危害。但在光伏发电系统的安装和运行过程中,应注意避免电击危险和光污染等潜在影响。同时,在相关作业过程中应严格遵守安全操作规程和防护措施以确保人员安全。对于公众而言,无需过分担心光伏发电的辐射问题;但对于从事光伏发电系统安装和维护的专业人员而言,应时刻保持警惕并严格遵守相关安全规定。
光伏产业作为新能源领域的重要组成部分,近年来在全球范围内得到了快速发展。以下是对光伏产业的详细分析:
光伏产业主要涉及太阳能光伏电池的制造和应用,包括多晶硅、硅片、电池、组件等关键环节。随着技术的不断进步和成本的持续降低,光伏产业已成为全球最具竞争力的可再生能源产业之一。
1. 产量增长
全球范围:光伏产业在全球范围内持续增长,各国纷纷加大光伏产业的投资力度,推动光伏技术的进步和应用。
中国表现:作为光伏产业的主要生产国,中国在光伏产业链的各个环节均实现了显著增长。据最新数据显示,2024年上半年,中国光伏多晶硅、硅片、电池、组件产量同比增长均超过30%,显示出强劲的发展势头。
2. 技术进步
技术迭代:光伏技术正处于快速迭代期,从P型技术向N型技术的过渡已成为行业趋势。TOPCon、HJT、BC等新型电池技术不断涌现,并逐步实现量产,提高了光伏产品的转换效率和性能。
降本增效:新技术的推广应用不仅提高了光伏产品的性能,还通过优化工艺和降低成本,提升了光伏产业的竞争力。
3. 市场应用
国内市场:随着国内光伏市场的不断扩大,光伏产品广泛应用于分布式光伏电站、大型地面光伏电站等领域。同时,光伏+模式(如光伏+农业、光伏+渔业等)也逐步兴起,为光伏产业提供了更多的应用场景和市场空间。
国际市场:中国光伏企业在国际市场上也表现出色,产品出口量持续增长。尽管面临国际贸易壁垒等挑战,但中国光伏企业通过加强技术创新、提高产品质量和服务水平等方式,成功开拓了更广阔的国际市场。
1. 技术创新持续推动
随着全球对可再生能源需求的不断增加,光伏产业将继续加大技术创新力度,推动光伏技术的进步和应用。未来,光伏产品的转换效率将进一步提高,成本将进一步降低,为光伏产业的快速发展提供有力支撑。
2. 市场需求持续增长
随着全球能源转型的加速推进和光伏技术的不断进步,光伏产品的市场需求将持续增长。特别是在分布式光伏、储能系统等领域,光伏产品将发挥更大的作用,为可再生能源的普及和应用提供更多可能。
3. 产业链协同发展
光伏产业链各环节将进一步加强协同合作,推动产业链的协同发展。通过优化资源配置、提高产能利用率等方式,光伏产业将实现更高效、更可持续的发展模式。
4. 国际合作与交流加强
随着全球化的深入发展,光伏产业的国际合作与交流将不断加强。各国将共同推动光伏技术的进步和应用,加强政策协调和合作,共同应对全球气候变化等挑战。
光伏产业作为新能源领域的重要组成部分,具有广阔的发展前景和市场空间。随着技术的不断进步和市场的持续扩大,光伏产业将迎来更加快速的发展时期。未来,光伏产业将继续推动全球能源转型和可持续发展目标的实现。
光伏发电是一种利用太阳能辐射直接转变成电能的发电方式,是当今太阳能发电的主流,其原理基于光生伏特效应,即利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。以下是关于光伏发电的详细介绍:
光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,因此设备极为精炼,可靠稳定寿命长,安装维护简便。
光伏发电系统按与电力系统的关系可分为两大类:
独立光伏发电系统:也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。
并网光伏发电系统:由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、电力电子变换器(逆变器)和系统监控部分组成。其工作原理是,太阳辐射能量经过光伏阵列转换后,再经高频直流变换后变成高压直流电,然后经过电力电子逆变器逆变后向电网输出与电网电压相频一致的正弦交流电流。
清洁环保:光伏发电利用太阳能进行电力生产,不产生任何温室气体和污染物,有助于减少空气污染和温室气体排放,保护地球生态环境。
可再生性:太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。只要有阳光,光伏发电就能持续进行,不会枯竭。
技术成熟:经过多年的发展,光伏发电技术已经相当成熟。光伏电池的转换效率不断提高,生产成本逐渐降低,使得光伏发电在经济性上具有竞争力。
灵活应用:光伏发电系统可以根据需求灵活配置,适用于各种规模的应用场景。
理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,如航天器、家用电源、兆瓦级电站、玩具等。具体来说,光伏发电系统广泛应用于以下几个方面:
家庭屋顶:家庭屋顶是光伏发电的常见应用场景之一。通过在屋顶安装光伏电池板,家庭可以将太阳能转化为电能,供家庭使用或并入电网。
商业建筑:商业建筑如办公楼、购物中心等也适合安装光伏发电系统。这些建筑通常拥有较大的屋顶面积,可以安装更多的光伏电池板,从而产生更多的电能。
农业设施:农村有大量的可用屋顶,包括自有住宅、蔬菜大棚、鱼塘等,适合安装光伏阵列。
工业领域:特别是在用电量比较大、网购电费比较贵的工厂,通常厂房屋顶面积很大,屋顶开阔平整,适合安装光伏阵列并且由于用电负荷较大,分布式光伏并网系统可以做以就地消纳,抵消一部分网购电量,从而节省用户的电费。
尽管光伏发电具有诸多优势,但也面临一些挑战,如初始投资成本较高、储能技术尚不成熟等。然而,随着技术的不断进步和政策的持续支持,光伏发电的成本正在不断降低,效率在不断提高,市场规模也在持续扩大。未来,光伏发电有望成为全球能源结构中的重要组成部分,为实现全球清洁能源转型和应对气候变化作出重要贡献。
在安装光伏发电系统时,需要注意以下几点:
选址:选择日照充足、遮挡物少的地方安装光伏电池板。
安全:确保光伏系统的安装符合安全标准,避免触电等安全隐患。
维护:定期对光伏系统进行维护和清洁,以保持其高效运行。
总之,光伏发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式,具有广阔的发展前景和重要的战略意义。在日常生活中,我们可以通过安装家庭光伏系统、支持光伏发电项目等方式,积极参与光伏发电的发展。
光伏板块前景向好,具有广阔的发展空间和潜力。以下是对光伏板块前景的详细分析:
1、全球对可再生能源的需求增加:
随着全球对气候变化和环境保护的日益重视,以及对可再生能源在降低碳排放、提高能源安全等方面优势的认识,光伏产业的市场需求将持续增长。
2、中国光伏市场的引领作用:
中国是全球最重要的光伏应用市场之一,光伏产业链生态体系完善,量产化和产业化方面引领全球。
截至2023年年底,中国光伏累计装机容量已升至608.92GW,预计到2025年,这一数字将逼近1000GW大关。
3、新兴市场的崛起:
新增装机区域分布将持续多元化,中国、欧洲、美国等传统市场装机增速趋于平稳,而中东、中亚、南亚、拉美、非洲等新兴市场有望实现高速增长。
1、电池技术迭代加速:
光伏电池技术由P型向N型转向,TOPCon技术路线已占据市场主流地位,市占率预计将从2024年的70%左右提升至2025年的80%。
BC(背接触)电池技术作为隆基绿能等企业的主推路线,具有转换效率更高、更美观等优势,尽管目前产能规模尚小,但随着技术的成熟和成本的下降,未来有望挑战TOPCon的主流地位。
2、新型高效电池技术的突破:
钙钛矿太阳能电池、异质结(HJT)电池等新型高效电池技术的研发,将进一步提升光伏电池的转换效率,降低发电成本。
1、行业自律公约的签署:
2024年,多家光伏企业签订自愿控产的自律公约,旨在防止行业“内卷式”恶性竞争,促进光伏产业的高质量发展。
2、供给侧改革的推进:
工信部发布相关文件,提高新建光伏制造项目的门槛,对技术更新、性能提升等提出要求,有助于遏制产能扩张,加速落后产能出清。
1、价格企稳回升的迹象:
2024年底至2025年初,光伏产业链价格出现企稳回升的迹象,硅片、电池片、硅料等环节价格均出现上涨。
2、供需关系的改善:
随着产能加速出清、行业持续自律,预计2025年光伏产业链各环节价格将完全企稳,供需关系将得到改善。
1、分布式光伏的发展:
分布式光伏在中国发展迅速,2024年前三季度新增装机超过集中式,累计装机即将占据光伏总装机的“半壁江山”。
随着政策的支持和技术的进步,分布式光伏将在户用、工商业等领域得到更广泛的应用。
2、海上光伏等新兴应用场景:
海上光伏项目具有广阔的前景,国家层面已出台相关系统设计标准以及光伏用海规范等政策,推动海上光伏的规范发展。
1、全球政策支持:
各国政府为支持可再生能源的发展,出台了一系列鼓励政策,为光伏产业的发展提供了有力保障。
2、中国政策的持续推动:
中国政府持续推动光伏产业的发展,包括支持沙漠、荒漠、戈壁地区以及建筑领域等大力发展新能源,为光伏产业带来新的需求机会。
1、产能过剩与价格竞争:
尽管行业需求持续增长,但产能过剩问题仍然凸显,价格竞争激烈。企业需要不断提高产品质量、降低成本、提高服务水平等方面来增强竞争力。
2、海外市场的机遇与挑战:
随着中国光伏企业“出海”步伐的加快,海外市场将成为重要的增长点。然而,国际贸易环境复杂多变,企业需要积极应对贸易壁垒、汇率波动等风险。
3、技术迭代与研发投入:
技术创新是推动光伏产业发展的关键,企业需要持续进行大额研发投入以保持竞争力。同时,技术迭代带来的成本压力也需要企业妥善应对。
光伏板块前景向好,市场需求持续增长,技术创新推动发展,行业自律与供给侧改革初见成效,产业链价格趋于理性。尽管面临产能过剩、价格竞争、海外风险和技术压力等挑战,但随着政策的支持、市场的拓展和技术的进步,光伏产业将迎来新的发展格局。企业应把握市场需求变化和技术发展趋势,积极应对挑战,抓住发展机遇。
2025年,光伏行业迎来了一系列重要的新政策,旨在进一步推动光伏产业的高质量发展,促进能源结构的优化和绿色低碳转型。以下是对2025年光伏新政策的主要归纳:
2025年2月9日,国家发改委、国家能源局正式公布《关于深化新能源上网电价市场化改革促进新能源高质量发展的通知》(简称“上网电价新政”)。这一政策标志着光伏发电在经历“补贴时代”和“平价时代”后,正式步入“市场化时代”。
价格结算机制:
设立保障机制,帮助市场渡过阵痛期。2025年6月1日前并网的存量项目,在现行保障政策下自主确定执行机制的电量比例。
2025年6月1日后并网的新增项目,需要通过竞价来确定“机制电量”和“机制电价”。一旦纳入机制电量,在执行期限内可获得稳定的收益,执行期限未明确,预计为8-12年。
收益保障:
全额上网项目能提前锁定一部分机制电量和机制电价,在执行期内保证相对稳定的收益。
自发自用项目需关注自用电稳定性与项目所在区域的电力供需结构,若用电主体用电需求稳定且区域电力供需结构良好,收益较有保障。
2025年1月23日,国家能源局修订印发《分布式光伏发电开发建设管理办法》(简称《管理办法》),旨在进一步促进分布式光伏发电健康可持续发展。
明确新老划段:
对于《管理办法》发布之日前已备案且于2025年5月1日前并网投产的分布式光伏发电项目,仍按原有政策执行。
分类细化与差异化管理:
将分布式光伏发电项目细分为自然人户用、非自然人户用、一般工商业、大型工商业四种类型,实施差异化管理。
允许项目通过微电网、源网荷储一体化、虚拟电厂聚合等形式参与调度,大型工商业分布式光伏发电项目可与用户开展专线供电。
接网消纳与电网接入:
电网企业应配合省级能源主管部门开展分布式光伏接入电网承载力评估,建立配电网可开放容量按季度发布和预警机制。
新建项目应满足“可观、可测、可调、可控”要求,提升分布式光伏发电接入电网承载力和调控能力。
规范市场秩序:
强调“非自然人投资开发建设的分布式光伏发电项目不得以自然人名义备案”,维护市场秩序和农户利益。
分布式光伏发电开发中应充分尊重建筑物及其附属场所所有人意愿,不得限制各类符合条件的投资主体平等参与分布式光伏发电开发建设。
2025年,工信部等八部门印发《新型储能制造业高质量发展行动方案》,旨在推动新型储能制造业的高质量发展,促进光伏与储能的深度融合。
推动光伏+储能应用:
鼓励“光伏+储能”系统在城市照明、交通信号、农业农村、公共广播、“智慧车棚”等公共基础设施的融合应用。
发展个性化、定制化家用储能产品,满足用户多样化的储能需求。
科学有序扩大有效需求:
顺应新型电力系统发展趋势,结合新能源消纳利用和电力系统安全可靠、经济合理等因素,系统性确定新型储能需求。
优化产业布局:
引导各地区科学有序布局新型储能制造项目,依托研究机构开展行业运行监测预警,防止低水平重复建设。
通过明确的责任分配机制,逐年上调可再生能源电力消纳责任权重,促进各地区积极开发和利用可再生能源。
政府继续为光伏企业提供税收优惠和财政补贴,降低企业运营成本,提高企业投资积极性。
金融机构加大对光伏产业的信贷支持力度,提供多样化的金融产品和服务,满足企业的融资需求。
促进技术创新:上网电价市场化改革将促使光伏企业加大研发投入,提高光伏产品的转换效率和可靠性,降低生产成本。
优化产业布局:新型储能制造业高质量发展行动方案将引导光伏企业合理布局光伏制造项目,推动产业加快转型升级和结构调整。
拓展应用领域:随着政策的支持和技术的进步,光伏产品将广泛应用于工业、农业、交通、建筑等领域,推动绿色低碳转型。
市场规模持续扩大:在政策的支持下,光伏市场规模将持续扩大,预计到2030年,光伏年均新增装机可维持在较高水平。
企业竞争力提升:光伏企业将不断提升自身的技术实力和市场竞争力,积极参与国内外市场竞争。
绿色低碳转型加速:光伏产业的发展将推动能源结构的优化和绿色低碳转型,为实现“双碳”目标贡献力量。
综上所述,2025年光伏新政策在上网电价市场化改革、分布式光伏发电开发建设管理办法修订、新型储能制造业高质量发展行动方案等方面取得了重要进展,为光伏产业的高质量发展提供了有力支持。未来,随着政策的深入实施和技术的不断进步,光伏产业将迎来更加广阔的发展前景。
当前光伏市场呈现需求增长与结构性调整并行的态势,技术迭代、政策导向与产业链博弈共同塑造行业格局。以下为具体分析:
全球需求分化:2024年全球光伏新增装机约460GW,同比增长27%,但增速较2023年有所放缓。美洲、亚太等区域因用电需求增长和成本下降,保持较快增速;国内分布式光伏新增装机在2024年前三季度达8522万千瓦,超过集中式,但2025年受政策调整影响,增速或放缓。
全球视角:截至2025年7月,中国光伏累计装机规模突破11亿千瓦,占全球总装机量的三分之一以上。2013-2024年,中国光伏装机容量从1589万千瓦跃升至8.8亿千瓦,年均增速达44%,占全国电力总装机量的比例从1.41%提升至26.48%。
发电量增长:2013-2024年,光伏发电量从84亿千瓦时增至8390.4亿千瓦时,占总发电量比例从0.2%跃升至8.3%,2024年发电量已可满足全国城镇居民全年生活用电需求。
2025年新增装机:1-7月全国新增光伏装机量达2.23亿千瓦,为同期火电新增装机量的5.3倍,光伏成为电力系统绿色转型的核心驱动力。
中国市场政策驱动:2025年一季度,国内出台《分布式光伏发电开发建设管理办法》和《关于深化新能源上网电价市场化改革促进新能源高质量发展的通知》,规定4月30日前并网的工商业分布式项目仍可享受全额上网高补贴电价,5月31日后增量项目将进入市场化定价模式。政策窗口期促使企业集中抢装,推动组件和电池片采购量增加。
电池技术路线竞争:2024年TOPCon技术市占率约70%,2025年预计提升至80%;BC、HJT路线在央企集采中占比有所提升。技术融合趋势明显,TBC(TOPCon+BC)和HBC(HJT+BC)产品逐渐涌现,企业技术阵营边界模糊。
产业链价格波动:2024年光伏产业链价格降幅明显,多晶硅价格下滑超35%,硅片价格下滑超45%,电池片、组件下滑超25%。2025年1月,硅料、电池片价格短暂回升,但组件价格仍低位运行,行业盈利压力持续。
产能结构性过剩:2024年光伏行业产能阶段性“供大于求”,企业通过减产、控产应对亏损。2025年行业洗牌加剧,二三线企业竞争压力增大,兼并重组案例增多。
国内政策调整:分布式光伏参与市场化交易政策出台,电价、电量变化使电站收益不确定性增加。部分地区暂停、暂缓户用和分布式光伏项目备案,影响开发进程。
海外市场需求:2024年全球储能装机超180GWh,同比增长72%,欧洲、中东、亚太等地储能招标量和装机量大幅提升。国内光伏企业加速海外产能布局,2025年一季度多个海外光伏项目投产。
土地与消纳问题:光伏项目用地合规性审查趋严,部分项目因用地问题被取消资格。土地成本上升和消纳受限影响项目收益率,投资者转而关注风电等替代领域。
行业整合加速:2025年光伏行业洗牌持续,跨界企业率先离场,二三线企业竞争加剧。兼并重组将不再集中于电池、组件环节,行业集中度进一步提升。
技术效率提升:效率提升仍是光伏度电成本下降的核心动力,企业围绕“效率”主赛道竞逐。技术融合与创新将推动电池效率从26%提升至28%,多元化技术路线并存。
市场风险与机遇:电力需求增速、贸易保护主义、技术进步速度等因素影响行业前景。企业需加强技术创新、优化成本结构、拓展海外市场,以应对不确定性。
光伏安装是一个涉及多个环节的系统工程,以下是光伏安装过程中的关键要点和注意事项:
屋顶承重能力需满足要求,老旧屋顶可能需要进行加固。
安装位置应朝南无遮挡,确保冬季日照时间不少于4小时。
了解当地补贴政策、并网流程等。
寻找有资质的安装公司,查看其营业执照和施工案例。
确定装机容量,常见范围为3-20kW,每kW占10㎡。
明确光伏组件品牌(如隆基、晶科)和质保期限。
混凝土屋顶需打孔装膨胀螺栓,彩钢瓦屋顶则使用专用夹具。
使用水平仪调整倾角,最佳角度范围为20°-45°,具体参考当地纬度。
组件间距留2-3cm以散热,用螺栓固定。
串联或并联接线时,使用MC4接头进行防水处理。
直流线穿管引至逆变器(置于室内通风处)。
逆变器开机自检,通过手机APP查看实时发电量。
检查组件是否存在“热斑”现象(某片组件不发电可能是遮挡或故障)。
向电网提交身份证、产权证明、系统设计图等材料。
电网安装双向电表,签订并网协议。
连续3天观测发电量,误差需小于10%。
检查接地电阻小于4Ω,绝缘阻值达标。
每季度用软布或水枪冲洗组件(避开高温时段)。
大风后检查支架稳固性,雨季检查屋顶是否漏水。
选择质量可靠、性能稳定的光伏组件,关注转换效率、功率衰减率、质保期限等指标。
逆变器需根据系统容量和电网要求选择合适型号,具备完善的保护功能。
电缆及配件需符合标准,确保载流量、耐压等级等满足系统要求。
严禁在下雨、下雪或大风天气安装光伏组件。
严禁踩踏电池板,避免造成组件损坏或人身伤害。
施工现场已开箱的电池板需正面朝上平放,底部垫有木制托盘或电池板包装物。
组件搬运过程中需轻拿轻放,避免受到大的震动。
电气连接要规范、牢固,确保接触良好,防止出现短路、漏电等安全隐患。
建立完善的接地系统,确保系统设备和人员安全。
光伏用途全解析:从能源替代到跨界融合的多元应用
光伏技术通过将太阳能转化为电能,已渗透到能源、建筑、交通、农业、通信等众多领域,成为推动全球能源转型和低碳发展的核心力量。以下从传统能源替代、新兴场景拓展、特殊领域创新三个维度,系统梳理光伏的典型应用场景。
1、大型地面电站
场景:沙漠、戈壁、荒漠等闲置土地建设集中式光伏电站。
价值:规模化发电,降低单位成本,成为电网调峰的重要电源。
案例:中国青海塔拉滩光伏电站,装机容量超9GW,年发电量超100亿度,减少碳排放约800万吨。
2、分布式光伏(工商业与户用)
场景:企业厂房、商业建筑、居民屋顶安装光伏系统。
价值:自发自用、余电上网,降低用电成本,提升能源自给率。
数据:中国户用光伏装机量2023年突破1亿千瓦,惠及超500万家庭。
3、光伏+储能系统
场景:搭配储能电池,解决光伏发电间歇性问题。
价值:实现24小时稳定供电,提升电网灵活性。
趋势:2025年全球光伏储能市场规模预计达500亿美元,年复合增长率超40%。
1、光伏建筑一体化(BIPV)
场景:光伏组件替代传统建筑材料(如屋顶、幕墙)。
价值:建筑自身发电,降低能耗,提升美观性。
案例:特斯拉Solar Roof,将光伏瓦片与屋顶结合,年发电量满足家庭用电需求。
2、光伏+交通
场景:光伏路面、光伏充电桩、光伏车棚。
价值:为电动汽车、轨道交通提供清洁能源。
数据:中国高速公路光伏路面试点项目已覆盖超100公里,年发电量超5000万度。
3、光伏+农业
场景:农光互补(光伏板下种植作物)、渔光互补(光伏板下养殖水产)。
价值:提高土地利用率,实现“一地两用”。
案例:山东寿光“光伏+蔬菜大棚”项目,年发电量超2000万度,蔬菜产量提升15%。
4、光伏+通信
场景:光伏基站、光伏信号塔。
价值:为偏远地区通信设备供电,降低运维成本。
数据:中国三大运营商已建设超10万个光伏基站,年减少柴油消耗超50万吨。
1、空间光伏
场景:卫星、空间站、深空探测器。
价值:为航天器提供持久能源,减少对化学燃料的依赖。
案例:中国“天宫”空间站太阳能翼展开面积超130平方米,发电功率超90千瓦。
2、海洋光伏
场景:海上漂浮式光伏电站。
价值:不占用陆地资源,适合沿海地区。
案例:中国山东烟台海上光伏项目,装机容量500MW,年发电量超6亿度。
3、应急光伏
场景:灾害救援、野外作业、军事装备。
价值:快速部署,提供独立电源。
产品:便携式光伏充电宝、折叠式光伏板,功率从50W到500W不等。
1、光伏+氢能
场景:光伏制氢,将电能转化为氢能储存。
价值:解决光伏发电消纳问题,推动氢能产业发展。
案例:中国库车绿氢示范项目,利用光伏年制氢2万吨,替代天然气制氢。
2、光伏+AI
场景:AI优化光伏电站运维、预测发电量。
价值:提升发电效率,降低运维成本。
数据:AI技术可使光伏电站发电量提升3%-5%,运维成本降低20%。
3、光伏+5G
场景:5G基站光伏供电。
价值:满足5G基站高能耗需求,推动绿色通信。
趋势:预计到2025年,全球5G基站光伏供电比例将超30%。
总结:光伏用途的三大核心逻辑
能源替代:从集中式电站到分布式光伏,光伏正逐步替代传统化石能源。
跨界融合:光伏与建筑、交通、农业、通信等行业深度融合,创造新价值。
技术驱动:光伏技术不断突破,推动其在极端环境、应急场景和未来能源体系中的应用。
随着光伏成本持续下降(2025年光伏发电成本预计降至0.15元/度以下),其应用场景将进一步拓展,成为全球能源转型的核心支柱。
光伏技术通过光生伏特效应将太阳能转化为电能,具有清洁、可再生、分布广泛等优势,其应用已渗透至电力、交通、通信、农业、建筑等多个领域,并呈现技术迭代加速、应用场景多元化、智能化与综合能源服务转型等发展趋势。以下是具体分析:
1、电力领域
大型集中式光伏电站:在沙漠、戈壁等光照资源丰富的地区建设大规模光伏电站,通过并网为城市、乡村等提供稳定电力供应。例如,青海共和光伏产业园凭借当地高海拔、空气稀薄、日照充足等优势条件,光伏电站得以高效运行,电能通过电网输送到全国各地。
分布式光伏发电系统:安装在建筑物屋顶、外墙等地方,如工厂、商业大楼、居民住宅等,实现自发自用、余电上网。例如,德国费尔德村通过全面应用太阳能光伏技术,实现了能源的自给自足。
2、交通领域
交通信号灯、路灯等:太阳能光伏技术得到广泛应用,为这些设施提供稳定电力。
电动汽车:一些新型电动汽车在车顶或车身表面安装太阳能电池板,在行驶过程中或停车时利用太阳能为车辆充电,延长续航里程。例如,荷兰的Lightyear One太阳能电动汽车,其太阳能电池板可以为车辆增加数百公里的续航里程。
铁路交通:部分铁路线路安装太阳能电池板,为铁路信号系统、通信设备和车站设施供电。例如,日本的一些铁路公司在部分铁路线路上安装了太阳能电池板。
3、通信领域
在偏远地区以及一些特殊环境下的通信基站,太阳能光伏技术发挥着不可替代的作用。由于这些地区电网覆盖困难,采用太阳能光伏发电系统为通信基站供电成为理想选择。例如,内蒙古偏远地区通信基站通过安装太阳能光伏供电系统,解决了通信难题。
4、农业领域
光伏农业大棚:将光伏板与农业大棚结合,实现发电和种植的双重收益。例如,河北平泉县的设施农业光伏发电项目,将光伏电站和食用菌种植大棚组合,提高土地利用率。
光伏水泵系统:广泛应用于农业灌溉,利用太阳能驱动水泵提水,减少对传统能源的依赖。
5、建筑领域
光伏建筑一体化(BIPV):将太阳能光伏发电与建筑相结合,利用建筑屋顶的闲置空间组装太阳能光伏发电模块,满足或者补充电力需求。例如,金晶集团将钙钛矿柔性组件应用于上海中心大厦幕墙,实现"发电玻璃"的视觉效果。
1、技术迭代加速
钙钛矿技术:从实验室走向商业化,实现效率与稳定性的双突破。例如,光因科技商用单结钙钛矿组件全面积效率达20.7%,极电光能2.81㎡钙钛矿组件通过TÜV莱茵北美认证。
BC技术:成为晶硅电池的终极路线,隆基HPBC 2.0量产效率24.8%,爱旭ABC组件量产效率24.2%。
TOPCon与HJT技术:TOPCon电池量产效率突破26.2%,HJT电池双面率超85%。
2、应用场景多元化
消费电子:光因科技与安克创新合作推出太阳能伞、披风,内置30W钙钛矿组件,可为手机充电。
BIPV:苏州尚柔新能源600万片柔性钙钛矿组件项目落地,适配建筑幕墙、车顶等场景,度电成本降至0.3元/kWh。
农业光伏:钙钛矿半透明组件与温室结合,透光率达20%-30%,实现"光伏+种植"双重收益。
3、智能化与综合能源服务转型
智能运维:AI驱动的无人机巡检使发电效率提升5%-8%,阳光电源开发的光伏电站AI大脑,故障定位时间缩短至15分钟。
光储一体化:全球配储比例超30%,4小时储能系统成本降至150美元/kWh以下,苏州工业园区通过"光伏+储能+智能微网"模式降低客户电费20%。
综合能源服务:企业从单一售电向综合能源服务转型,正泰安能推出"光伏+储能+智能微网"模式,为工业园区提供综合能源解决方案。
光伏(太阳能光伏发电)作为清洁能源的核心技术之一,具有显著的多维度优势,既符合全球能源转型趋势,也具备实际应用的广泛价值。以下是光伏的主要优势:
无污染排放:光伏发电通过半导体材料直接将太阳能转化为电能,整个过程不燃烧化石燃料,不产生二氧化碳、硫化物或氮氧化物等污染物。
低碳足迹:从生产到退役的全生命周期中,光伏系统的碳排放强度远低于传统能源(如煤电的碳排放是其1/10以下),对缓解气候变化作用显著。
生态友好:无噪音、无辐射,适合城市、乡村、山区等各类环境,对生物多样性影响极小。
太阳能取之不尽:太阳辐射能量巨大,地球表面每小时接收的太阳能足够全球使用一年,光伏技术可直接利用这一免费资源。
地域普适性:从沙漠到海洋,从赤道到高纬度地区,只要有光照的地方均可安装光伏系统,尤其适合光照资源丰富的地区(如我国西北、非洲、中东等)。
分散式能源潜力:可与建筑一体化(BIPV)、农业光伏(农光互补)、渔业光伏(渔光互补)等结合,实现土地高效利用。
技术进步驱动降本:过去十年,光伏组件效率提升超30%,同时成本下降超90%,度电成本(LCOE)已低于煤电(部分地区低至0.2元/千瓦时以下)。
长期收益稳定:光伏系统寿命可达25年以上,维护成本低,一次投资后可享受长期稳定收益,适合分布式能源和微电网应用。
政策支持加速普及:全球多国通过补贴、税收优惠、绿证交易等政策推动光伏发展,进一步降低投资门槛。
集中式电站:大规模光伏基地可替代传统火电,提供基础电力支撑(如我国青海塔拉滩光伏园)。
分布式发电:屋顶光伏、工商业光伏等可就近供电,减少输电损耗,提升能源利用效率。
离网与移动应用:为偏远地区、无电区、通信基站、电动汽车等提供独立电源,增强能源韧性。
储能结合:与锂电池、氢能等储能技术搭配,可解决光伏间歇性问题,实现24小时稳定供电。
效率突破:单晶PERC、HJT、TOPCon等高效电池技术不断涌现,实验室效率已突破30%,商业化效率接近25%。
柔性轻量化:钙钛矿电池、柔性光伏薄膜等新技术可应用于曲面、可穿戴设备、建筑幕墙等特殊场景。
智能化管理:结合物联网、大数据和AI技术,实现光伏电站的智能运维、故障预测和效率优化。
减少对外依赖:光伏发电可本地化生产,降低对进口化石燃料的依赖,增强国家能源安全。
抗灾能力:分布式光伏系统在自然灾害中可快速恢复供电,保障关键基础设施运行。
全产业链就业:从硅料生产、电池制造到系统安装、运维,光伏产业可带动数百万就业岗位。
推动技术溢出:光伏技术进步可带动半导体、新材料、智能制造等相关领域协同发展。
中国成就:截至2023年,中国光伏累计装机容量突破500GW,占全球1/3以上,连续多年新增装机全球第一。
德国经验:通过《可再生能源法》推动分布式光伏发展,2023年可再生能源占比超50%,光伏贡献显著。
非洲实践:肯尼亚“光耀非洲”计划通过离网光伏为数百万无电家庭提供电力,改善生活条件。
随着“双碳”目标推进和全球能源转型加速,光伏将与风电、储能、氢能等技术深度融合,构建以新能源为主体的新型电力系统,成为人类能源利用的终极解决方案之一。
1、业绩分化与盈利修复
2025年上半年,光伏板块业绩喜忧参半:逆变器龙头阳光电源归母净利润超70亿元,而部分企业亏损近50亿元。隆基绿能、TCL中环等6家主要企业归母净亏损合计超200亿元,但部分企业通过技术领先和成本优势实现减亏或扭亏(如隆基绿能二季度环比减亏21.10%,爱旭股份二季度盈利0.63亿元)。
BC技术成为盈利修复关键:隆基绿能、爱旭股份等布局BC技术的企业出货量大幅增长(如爱旭股份ABC组件出货量达8.57GW,同比增超400%),且在行业底部周期实现扭亏为盈。
2、政策纠偏“内卷”竞争
2025年7月以来,中央及地方多部门联合出台政策,治理低价无序竞争,推动落后产能退出。例如:
7月1日,中央财经委员会议强调依法依规治理企业低价竞争;
8月19日,六部门联合召开光伏产业座谈会,要求加强产业调控、遏制低价竞争、规范产品质量;
8月22日,中国光伏行业协会发布自律倡议,推动行业从价格竞争转向价值竞争。
效果显现:产业链价格触底反弹,多晶硅、硅片、电池片价格自6月初以来上涨15%-27.54%,低价销售和恶性竞争显著减少。
1、BC技术:差异化竞争的核心
BC电池(背接触电池)因正面无金属电极遮挡,减少光损失,兼容HJT、TOPCon等技术,效率优势显著。
市场表现:
隆基绿能HPBC2.0技术产品量产,嘉兴“灯塔工厂”产能爬坡;
爱旭股份ABC组件出货量激增,带动二季度盈利;
开源证券研报指出,行业新增/改造XBC产能规划近90GW,设备需求增长。
降本空间:2025年银浆替代方案取得进展,激光图形化技术解决成本瓶颈,推动BC电池大规模应用。
2、钙钛矿与TOPCon:技术迭代双主线
钙钛矿电池:实验室转换效率突破30%,2025年产业化应用加速,多家企业布局叠层电池(如钙钛矿-硅叠层)。
TOPCon电池:截至2025年3月,国内产量占比超80%,性价比优势使其在2029年前保持主流地位,但需警惕BC与HJT技术渗透。
3、智能化与数字化融合
智能光伏电站管理系统成为标配,通过大数据、AI和物联网技术实现实时监测、故障诊断和智能运维。例如:
数字孪生技术优化发电量预测;
无人机巡检结合计算机视觉,降低人工成本;
5G+边缘计算支撑无人值守电站实时调控。
1、分布式光伏:工商业与户用双驱动
工商业领域:企业通过厂房屋顶安装光伏系统,实现自发自用、余电上网,降低用电成本并提升绿色形象。
户用领域:创新商业模式(如“企业投资运维,农户出屋顶,收益分成”)吸引农户参与,户用光伏装机量快速增长。
融合发展:“光伏+农业”(渔光互补、农光互补)、“光伏+建筑”(BIPV)模式推广,提高土地和建筑资源利用效率。
2、全球市场:新兴市场崛起,贸易壁垒重构
装机规模:预计2025年全球光伏新增装机量500-550GW,中国占比约35%(累计装机超600GW)。
区域市场:
欧洲:2025年新增装机75-88GWac,占比15%;
中东:新增装机17-25GWac,占比7%;
非洲:新增装机7-12GWac,占比2%;
新兴市场:印度、东南亚、拉美等地区需求持续增长。
贸易环境:美国“双反”调查影响东南亚组件出口,印尼因未被列入关税清单成为投资热点。
3、储能协同:光储一体化成标配
储能技术解决光伏间歇性问题,提高电网稳定性。2025年:
光储一体化电站广泛应用于海岛、偏远地区;
虚拟电站通过5G、区块链技术整合分布式光伏,参与电力市场调度;
韩国、澳大利亚、英国等市场储能需求快速增长,推动光伏企业向“能源综合服务”转型。
1、核心挑战
产能过剩:过去几年行业集中投资导致供需失衡,产品价格跌破成本线,企业盈利承压。
贸易壁垒:美国、欧盟等地区对中国光伏产品设置关税和非关税壁垒,增加出口成本。
技术迭代风险:BC、钙钛矿等新技术可能颠覆现有格局,企业需持续投入研发以保持竞争力。
2、未来机遇
政策支持:国内“双碳”目标推动光伏装机增长,全球能源转型需求提供广阔市场空间。
技术创新:BC技术降本增效、钙钛矿产业化、智能化运维等突破将重塑行业格局。
全球化布局:中国光伏企业通过海外建厂、参与国际项目合作等方式,规避贸易壁垒,扩大市场份额。
光伏工程技术专业就业前景广阔,市场需求旺盛,技术更新推动就业,政策支持创造机遇,国际化趋势带来新空间,但需关注行业调整与竞争。以下是具体分析:
行业需求旺盛:随着全球对可再生能源的日益重视,光伏行业正处于快速发展阶段。各国政府都在积极推动清洁能源的使用,以减少对化石燃料的依赖,这导致了光伏行业对专业人才的需求持续增加。
就业方向多样:光伏工程技术专业的毕业生可以选择进入光伏设备制造企业、光伏电站运营商或是相关科研机构,亦能从事光伏产品的销售与服务工作。具体岗位包括光伏系统设计师、光伏安装工程师、光伏运维工程师、光伏产品研发工程师等。
技术更新迅速:光伏技术不断创新,效率更高、成本更低的新型光伏材料和设备不断涌现。这需要具备专业知识和技能的工程师来研发、应用和维护这些新技术,因此掌握光伏工程技术的专业人才在行业中具有很高的价值。
政策支持:许多国家都出台了扶持光伏产业发展的政策,包括补贴、税收优惠等。这些政策不仅促进了光伏产业的发展,也为光伏工程技术专业的毕业生提供了更多的就业机会。
国际化趋势:随着全球化的加速,越来越多的企业开始涉足国际市场。光伏工程技术专业的毕业生具备国际化的视野和技能,将更容易在就业市场中脱颖而出。
行业调整与竞争:光伏行业在高速发展的同时,也面临着产能过剩、低价竞争等挑战。这可能导致行业内的竞争更加激烈,部分企业甚至走向破产。然而,对于具备技术优势、成本控制能力及品牌价值的企业来说,这将是扩大市场份额的机遇。
技能要求提升:随着光伏技术的不断进步和新兴市场的不断崛起,光伏工程技术专业的毕业生需要不断学习和掌握新技术、新工艺和新材料的应用。同时,具备跨学科知识和复合型技能的人才将更受市场欢迎。
光伏产业链是一个覆盖从原材料生产到终端应用的全流程体系,主要分为上游、中游、下游三个核心环节,各环节协同发展且技术迭代频繁。以下是对光伏产业链的详细介绍:
主要原材料:
硅料:包括单晶硅、多晶硅等,是光伏产业链的基础材料。中国在全球多晶硅产能中占据绝对优势,2024年全球多晶硅产能已达339.4万吨,其中中国占比超过95%。
硅片:由硅料加工而成,是光伏电池的核心部件。大尺寸(182mm/210mm)硅片已成为主流,N型硅片渗透率超70%。
其他辅料:包括银浆、铝浆、电池片、铜、铟、硒、钙钛矿、砷化镓/锑化镉等。
主要设备:
包括石英坩埚炉、单晶硅生长炉、多晶硅铸锭炉、PECVD及扩散炉、切割设备、激光设备、丝网印刷成套设备等。
代表企业:
硅料企业:通威股份、大全能源、协鑫科技等。
硅片企业:隆基绿能、TCL中环、高景太阳能等。
主要产品:
电池片:是光伏组件的核心构成部分,负责将光能转化为电能。技术路线包括PERC、TOPCon、HJT、IBC等,其中TOPCon电池以58%的市场份额主导存量市场,量产效率达26%。
组件:由多个电池片串联或并联而成,用于收集和转换太阳光能为电能。N型组件占比超90%,BC组件在分布式场景溢价显著。
封装工艺:
包括串焊、叠层、层压、装框等步骤,核心要求高可靠性和25年以上的寿命。
创新方向:
双面组件(背面增益发电)、轻量化(用于分布式屋顶)等。
代表企业:
电池片企业:隆基绿能、晶科能源、爱旭股份等。
组件企业:晶科能源、晶澳科技、天合光能等(中国组件占全球70%份额)。
配套产品:
逆变器:将直流电转为交流电,适配电网。类型包括集中式(大型地面电站)、组串式(分布式主流)、微型(户用安全需求)。代表企业有华为、阳光电源、锦浪科技等(中国占全球60%市场)。
支架:包括固定支架和跟踪支架,跟踪支架可提升发电量10%~25%,代表企业有中信博等。
储能系统:锂电池储能解决光伏间歇性问题,代表企业有宁德时代、比亚迪等。
主要应用场景:
集中式电站:如沙漠、戈壁大基地项目。
分布式电站:包括工商业屋顶、户用光伏等。
关键环节:
EPC(工程设计施工):负责光伏电站的设计、采购和施工。
投资运营:如国家电投、三峡能源等企业负责光伏电站的投资和运营。
配套产品:
光伏玻璃:超白压延玻璃,代表企业有信义光能、福莱特等。
背板/胶膜:POE胶膜替代EVA,代表企业有福斯特、海优新材等。
技术迭代:
钙钛矿商业化:2025年协鑫光电、纤纳光电GW级产线投产,钙钛矿/晶硅叠层组件效率达29.51%,但稳定性仍需验证。
TOPCon与HJT竞争:TOPCon非硅成本降至0.15元/W以下,HJT因低温工艺兼容钙钛矿叠层,技术路线分化。
BC电池(如隆基HPBC 2.0)在分布式场景溢价显著。
银浆替代:铜浆技术成熟,2025年单瓦银耗降至10mg以下。
市场格局:
区域分化与全球化:中国主导制造,多晶硅、硅片、组件产能占全球80%以上。新兴市场崛起,如中东非(沙特、阿联酋)新增装机20~37.5GW,印度、拉美需求激增。欧美政策波动,如美国对东南亚组件加征关税,倒逼中国企业海外建厂。
政策与产业协同:
中国双碳目标:2025年非化石能源消费占比达20%,风光大基地二三期项目落地,分布式光伏“整县推进”加速。
全球绿色贸易:欧盟CBAM 2026年全面实施,光伏组件因铝边框、钢支架被间接纳入征税范围。
光储一体化:政策推动储能配套,2025年工商业项目储能配置率超40%。
挑战与风险:
产能过剩:硅料、组件产能超全球需求2倍,行业自律公约推动减产,尾部企业加速出清。
技术路线风险:钙钛矿量产稳定性、HJT专利壁垒、BC电池良率等问题待解。隆基、晶科等企业多技术路线并行以分散风险。
国际贸易壁垒:美国双反调查、欧盟碳关税增加出口成本,企业需通过海外建厂规避风险。
光伏题材主要涉及太阳能光伏发电系统的相关领域,这是一个依托高新技术实现光电转换的产业,具有广阔的发展前景。以下是对光伏题材的详细解析:
光伏,即光伏发电系统(Photovoltaic system),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。这种系统有独立运行和并网运行两种方式,既可以为偏远地区提供照明、电视、水泵等生活用电,也可以与电网相连,实现电力的互补和优化配置。
光伏题材的产业链涵盖了从原材料到最终应用的多个环节,主要包括:
1、上游:包括多晶硅、硅棒、硅片等原材料的生产,以及单晶炉、切片机等生产设备的制造。
2、中游:主要涉及电池片、光伏组件的生产和制造。电池片是光伏发电的核心部件,其性能直接影响到光伏系统的发电效率。光伏组件则是由电池片组装而成,是光伏发电系统的基本单元。
3、下游:包括光伏应用系统的安装、运营和维护,以及光伏电站的建设和运营。此外,还涉及逆变器、支架、电缆等配套设备的生产和销售。
1、技术进步:随着光伏技术的不断进步,电池片的转换效率不断提高,光伏系统的成本不断降低,使得光伏发电在经济性上逐渐具备与传统能源竞争的优势。
2、政策支持:各国政府纷纷出台政策支持光伏产业的发展,包括补贴、税收优惠、贷款支持等,为光伏题材的繁荣提供了有力保障。
3、市场需求增长:随着全球对清洁能源的需求不断增加,光伏发电作为一种可再生能源,其市场需求也在持续增长。特别是在一些光照资源丰富的地区,光伏发电已经成为主要的能源供应方式之一。
光伏题材的繁荣为投资者提供了丰富的投资机会。以下是一些主要的投资方向:
1、光伏设备制造商:随着光伏市场的不断扩大,对光伏设备的需求也在不断增加。因此,投资光伏设备制造商有望获得较高的回报。
2、光伏组件生产商:光伏组件是光伏发电系统的核心部件,其市场需求与光伏市场的整体发展密切相关。因此,投资光伏组件生产商也是一个不错的选择。
3、光伏电站运营商:随着光伏电站的不断建设,对光伏电站运营商的需求也在不断增加。投资光伏电站运营商可以分享到光伏发电带来的稳定收益。
总体而言,光伏题材是一个具有广阔发展前景的产业领域。随着技术的不断进步和市场的不断扩大,光伏题材有望成为未来能源领域的重要支柱之一。对于投资者来说,关注光伏题材的发展动态,把握投资机会,有望获得丰厚的回报。