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本研究采用模糊綜合評價方法對光伏電站項目進行后評價,同時輔以層次分析法構建定性與量化結合的后評價綜合指標體系。光伏電站項目后評價基本原則借鑒國內外研究成果,尤其是國際組織和發達國家項目后評價的成熟經驗,光伏電站項目后評價應遵循的基本原則:一是定性與量化分析相結合,以量化分析為主;二是綜合與單項分析相結合,以單項分析為主;三是動態與靜態分析相結合,以動態分析為主。光伏電站項目后評價方法光伏電站項目具有產品生命周期長、一次性投資大、品質形成鏈式環節復雜、不確定因素多等自身特性,而光伏電站項目后評價又具有多方面性、多層次性、模糊性和同一層次不同因素重要性有所差異等特點,精確度研究的傳統數學難以解決這類問題,作為研究和處理模糊現象的模糊數學應運而生,為后評價工作提供了數學語言和定量方法。本研究選用模糊綜合評價模型進行項目后評價。模糊數學隸屬度理論將邊界模糊、難以量化因素的定性判斷轉化為定量評價,即運用模糊數學對受多重因素制約的事物或對象做出綜合性評價。其基本原理是:首先確定被評價對象的因素集和評價集;再分別確定各因素的權重及它們的隸屬度向量,獲得模糊評價矩陣;再把模糊評價矩陣與因素的權向量進行模糊運算,并進行歸一化,得到模糊評價綜合結果[7]。2.3構建光伏電站項目后評價指標體系參考相關文獻,考慮到光伏電站項目后評價所涉及的各方面,本文從實施過程、營運效果、社會影響和環境影響等4個方面構建綜合指標體系,如圖1所示。圖1光伏電站項目后評價指標體系(1)實施過程。包括建設必要性(做正確的事)、施工效率(正確地做事),以及決定二者的路徑指南(設計合理性)等二級指標。光伏電站建設可以在一定程度上滿足我國經濟快速增長對電力的需求,其宏觀意義不言而喻。但具體到個別項目,又存在是否因地、因時和因事制宜等必要性研究的需要。設計合理性即考察其是否嚴格按照有關標準及規范確定項目的總體、專項和詳細計劃,明確其品質要求、技術路線及工藝程序。由于我國尚無光伏電站正式標準,因此暫時只能參照歐美相關規范考核。施工效率是考察項目建設實施過程在數量、質量、安全、進度、造價及現場管控等方面是否達到了設計規定的目標,總結項目建設機構組織、前期準備、招投標、施工監理等方面的成功經驗或失敗教訓。由于光伏電站項目的特殊性,施工單位是否具有相應的土建、電建等多種資質,是否擁有高素質復合人才隊伍,是至關重要的。(2)營運效果。營運效果是在項目建成并運營一段時間后,對項目運行實際情況達到預期效果的程度,或項目目標達成度進行對比分析,在鎖定偏離度問題及找出成因的基礎上,總結經驗教訓,提出改進和完善對策。光伏電站營運效果分析是項目后評價的核心環節。方法主要是對照項目立項書、可行性研究報告、項目評估報告、設計文件等要求,檢查光伏電站營運后各項經濟技術指標的實際水平。由于光伏電站營運受陽光等自然因素影響很大,因此,與常年穩定運行的火力發電設施不同,如發電量或維護成本的日、月、季、年水平等指標具有特殊重要性,評價指標只能取其年平均值。在營運效果中,財務效果是反映項目建設完成后是否達到預期效果的關鍵指標,可分為投資回收期與投資收益率兩個三級指標。投資回收期反映光伏電站初始投資在多長時間后能夠收回;投資收益率則反映電站運營為企業帶來的直接收益。光伏電站初期投資大,很大程度上依賴政府補貼和貸款,若上述指標比較理想,則可增加企業還款能力,從而有利于其持續發展,由于篇幅限制,此處并未對三級指標進行分析。(3)社會影響。分別從對能源結構、產業結構和工業經濟等影響考慮。光伏發電可以有效避免火力發電產生過量二氧化碳的弊端。太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源,光伏電站蓬勃發展必然對改善能源結構、進而促進整個經濟結構低碳化、推動經濟健康持續發展產生積極影響。(4)環境影響。相對火力發電,光伏電站無粉塵(PM2.5)、CO2和SO2等污染排放,是一種清潔的新能源,但可能對周邊居民產生一定程度的光污染。因此,本研究設立生活和生態兩個環境影響因子進行綜合分析。
光伏電站項目后評價的實施步驟
本研究按以下步驟實施光伏電站項目后評價。(1)權重確定。在建立光伏電站項目后評價指標體系基礎上,首先確定各指標權重。目前確定權重常用方法主要有層次分析法和熵權法。盡管后者是一種客觀賦權法,不依賴主觀評判,但基于光伏電站的特性,許多指標的值無法準確測量,故采用美國著名運籌學家T.L.Saaty最早提出的層次分析法。這是一種可將復雜的決策思路層次化,使決策過程涉及的定性因素與定量因素較好融合的方法。(2)建立評價指標集(U)。U是綜合評價指標的集合,具有層次性,第一層為準則層,U={U1,U2,U3,…,Uj},第二層為子準則層,U={Ui1,Ui2,Ui3,…,Uij},i=1,2,3,…,j,以后各層依此類推。(3)建立評語集(V)。評語集即各指標所有的可能結果組成的集合,V={V1,V2,V3,V4,V5}={優、良好、中、及格、差},需邀請多位專家判斷各指標在V集合中的所屬元素。(4)確定權重集。由如上層次分析法確定了權重,第一層權重集為W={W1,W2,W3,…,Wj},第二層權重集為Wi={Wi1,Wi2,Wi3,…,Wij}。(5)單因素評價,建立模糊關系矩陣R。對各評價指標進行量化,即確定從單因素角度分析評價指標對各級模糊等級子集的隸屬度,當所有指標隸屬度計算完成后,即可得到模糊關系矩陣R。(6)模糊合成,得到S。S={S1,S2,S3,…,Sn},S=WR,“”代表算子。一般各評價因素對被評價對象并非同等重要,用權重集W對矩陣R進行綜合,即可得到從整體看被評價對象對各評價等級的隸屬程度。(7)綜合評價結果。觀察S集合中最大值對應的等級,表示被評價對象在該方面做得最好;再將上述S集合與分值相結合,可直觀看到被評價對象在不同指標層的分值,具體體現其各方面的評價結果。
實證研究
中節能射陽光伏電站總投資3.88億元人民幣,由中節能太陽能科技有限公司和江蘇振發太陽能科技有限公司分別出資80%和20%共同興建,于2010年9月1日開工,同年12月26日竣工。電站坐落在江蘇射陽臨港工業區高壓走廊下方,占用灘涂面積約800畝,一期規模為20MWp,運行期25年,年發電2300kwh。與火電發電機組相比,年節約8983t標煤,減排CO232246t。這里簡要展開項目后評價的主要內容。首先建立指標體系如圖1所示的,然后采用德爾菲法,選取10位專家征詢意見,對上述指標進行判斷,得出層次分析法需要的判斷矩陣;再對判斷結果做簡單算術平均,最終得到5個判斷矩陣。使用Matlab軟件調用eig函數,得到各矩陣均具有滿意的一致性,并得到權重分別為:W=(0.1378,0.5174,0.2282,0.1166),W1=(0.3520,0.4483,0.1996),W2=(0.2857,0.7143),W3=(0.6572,0.2270,0.1158),W4=(0.5,0.5)。根據如上建立的評語集,請之前10位專家再評分,綜合后進行歸一化,得到模糊隸屬度組成的如下4個模糊關系矩陣:10.50.30.10.1000.40.30.300000.40.20.30.100R....20.50.30.200000.30.30.40000R....30.40.20.20.2000.20.30.20.3000.40.40.10.100R...40.60.40000000.50.5000000R......這里采用加權平均算子進行模糊合成,即:S1=W1*R1=(0.435,0.280,0.230,0.055,0.000),S2=W2*R2=(0.357,0.300,0.343,0.000,0.000),S3=W3*R3=(0.355,0.246,0.188,0.211,0.000),S4=W4*R4=(0.550,0.450,0.000,0.000,0.000),R=(S1,S2,S3,S4)。S=W*R=(0.390,0.302,0.252,0.056,0.000)。假定給評語集不同等級賦予的分值分別為90~100,80~90,70~80,60~70,60以下,取V=(95,85,75,65,30),分值為各個區間的中位數。則有F1=0.435*95+0.280*85+0.230*75+0.055*65+0.000*30=85.95,依次可得F2=85.14,F3=82.45,F4=90.5,總體得分為F=85.26。根據所搜集資料和如上分析,得到中節能射陽光伏電站具有良好綜合效益的結論。其中,F4>F1>F2>F3環境效益為最好,其次為實施過程,第3為營運效果,最后為社會影響。在環境方面,與常規發電相比,光伏發電沒有中間轉換過程,發電過程不消耗傳統資源,不產生溫室氣體,無工業三廢。而本項目按系統理論壽命25年計算,年節約標準煤8983t,年減排CO232246t。本項目特色是利用灘涂,不僅不占用土地資源,而且發展漁業生產,開發觀光農業,打造集綠色能源、生態、觀光、科普教育等為一體的光伏發電基地,環境效益突出。在項目實施過程中,前期規劃準備充分,設計方案水平較高,施工組織到位,資質健全,人員素質滿足要求,很好完成了預期的數量、質量、安全、進度、造價及現場管控等各項指標。營運效果中的財務效果,以及社會影響指標不如前二者顯著,這一方面因為該光伏發電項目規模經濟效應不明顯,未達到與常規發電相近的發電量,其對當地能源和經濟結構轉換難以產生決定性影響,項目本身財務效果短期亦難以顯現;另一方面也表明,企業在擴大社會影響、加強與當地產業聯動、發展多元化經營和降低整體營運成本上,還有很大拓展空間,需要著力挖掘。
發展光伏發電的建議
大力開發光伏發電內需市場相對歐洲多數國家,我國太陽能資源豐度與光伏開發利用度反差很大,光伏發電內需市場極其廣闊。開發光伏發電內需市場既可緩解經濟增長對電力供應和生態環境保護的雙重壓力,又可增強能源結構調整和經濟結構升級的雙重動力,可謂一舉多得,是貫徹落實“十”關于“推動能源生產和消費革命,控制能源消費總量,加強節能降耗,支持節能低碳產業和新能源、可再生能源發展,確保國家能源安全”精神的實際行動,應當高度重視、扎實推進。加強項目后評價對光伏發展的支撐力度目前對光伏電站建設存在一些認識障礙,如看到光伏產品遭受國外貿易壁壘便對內需市場悲觀失望,將光伏電站一次性投資大與其生命周期成本混為一談等等。這既表明我國光伏項目后評價很不到位,也說明發展這一軟科學同樣具有實實在在的硬道理。當前應加緊出臺項目后評價相關法規和標準,首先強制規定對光伏電站等國家補貼的長期性重大項目必須進行規范的后評價。其次,應通過人才培養和引進加快項目后評價專業隊伍建設,加強國際合作與交流,擴大和整合后評價專業機構,增強項目后評價能力,提高后評價服務水平。
【關鍵詞】光伏發電;工藝方案選擇;電氣方案選擇
0 引言
太陽能光伏發電作為重要的可再生能源形式,發電產業快速發展,市場應用規模迅速擴大,太陽能光伏發電有可能在不遠的將來很大程度上改變能源生產、供應和消費方式,給能源發展帶來革新[1]。廣東省是我國能源消費大省,同時作為經濟大省,伴隨著經濟的快速發展,對能源的需求量也在顯著增長,為滿足電力系統可持續發展的戰略要求,積極地開發利用本地區的太陽能等清潔可再生能源已勢在必行、大勢所趨,以多元化能源開發的方式滿足經濟發展的需求是電力發展的長遠目標。
1 工程概況
項目選址在廣東某市,工程規劃建設3MW光伏發電項目,為節約用地,項目建設在兩所大學校區已有建筑物內,分別為A 站和B 站。A站用于建設建筑有教學樓、圖書館、行政樓等共計19 幢建筑,屋面有效面積合計達到16060 m2,計算太陽能電池組件安裝容量可達1557.36kWp。B 站用于建設太陽能光伏電站的的建筑主要有行政樓、圖書館、教學樓以及體育看臺等共15幢建筑,總共可利用屋頂面積約為16483m2,計算太陽能電池組件安裝容量可達1446.48kWp。
2 光伏發電系統工藝方案選擇
2.1 系統方式選擇
目前上網型太陽能光伏發電工程的形式主要有:光伏建筑一體化(BIPV)、地面太陽能發電場、屋頂太陽能發電系統(BAPV)。(1)光伏建筑一體化是光伏發電系統以建筑材料的形式作為建筑的一部分,通常為建筑屋頂和光照條件較好的建筑立面,發電多為建筑自用[2]。(2)地面太陽能發電場是利用地面專門的場地建設光伏發電系統,需要占地面積較大,在我國一般建設在西部地區較多;(3)屋頂太陽能發電系統則是利用現有建筑的閑置屋頂,建設光伏發電系統,所需條件是有較大面積且朝向較好的建筑物屋頂,該方案主要優點是受日照輻射條件好,不占用專門的用地面積,符合建設條件的建筑量大,可大規模推廣應用,而且建設改造成本低,發電并網條件好,光伏組件安裝方式比較自由,系統效率高,可實現較大規模裝機[3]。
綜上所述,與其它光伏發電形式相比,屋頂太陽能光伏發電系統具有突出的優點,尤其適合在工商業發達且缺乏可供開發利用空地的地區大規模推廣應用,經過方案比較,該項目采用屋頂太陽能發電形式,考慮需要較大屋面,同時為便于管理,經過選址,目前某市大學城恰具備這種條件,而且在大學城具有更好的示范效應,對推動我國在該領域的成功運作更具有示范意義。
2.2 光伏組件選擇
光伏組件約占整體造價的50%,是太陽能發電系統中價值最高的部分,其質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本,所以對光伏組件的選擇顯得尤為重要[4]。目前太陽能電池主要有晶硅、薄膜、聚光三種材料,薄膜為第二代光伏技術,主要運用于建筑一體化項目,聚光為新興的第三代光伏技術,雖然轉換效率高達40%以上,但目前在起步階段,運用不廣泛,且成本高,而晶體硅電池因轉換率較高、成本相對較低是目前的主流品種[5]。
從上表可以看出,同樣尺寸的光伏組件,多晶硅與單晶硅組件標稱峰值功率參數基本相同。同樣的屋頂可利用面積,可認為選擇多晶硅或單晶硅組件裝機容量幾乎沒有差別。
在目前的市場售價情況來看,晶體硅光伏組件的售價主要以“瓦”為單位,而且每瓦單晶硅電池與多晶硅電池價格基本接近,但因多晶硅光伏組件大規模生產,價格稍低,所以本項目選擇多晶硅光伏組件。
2.3 光伏組件角度選擇
3 光伏發電系統電氣方案選擇
3.1 逆變器選擇
從上表可知,帶隔離變壓器并網逆變器,具有更為安全的特點,根據現場布置特點,逆變器要求容量在50~500kW之間,要求容量較大,所以本項目選擇工頻隔離變壓器并網逆變器。
3.2 并網方式選擇
并網太陽能發電系統由光伏組件、逆變器、計量裝置及配電系統組成。目前并網主要有兩種形式,小容量及大中型容量:(1)小容量光伏發電對電網系統的影響可以忽略,其并網方式一般采取就近較低電壓等級并網,此類并網方式一般注意兩點,由于光伏上網電價一般與常規電價的差異較大,兩者計量裝置需分別設置,考慮并網線路首末電壓差異,優先選擇并網容量小于用電負荷的線路并網;(2)大中型光伏電站由于并網容量較大,對電網系統潮流影響較大,必須采取專線并網方式,具體并網方式有專線直接并網方式和多家光伏電站匯集后專線并網方式[10]。
由于本項目光伏方陣分布在兩所大學校區,面積廣,距離長,所以本項目采用分散發電、就地升壓、集中控制、高壓單點并網,低壓就近并網的原則。總體將兩所大學校區分為A、B兩個站,根據距離長短,部分采用低壓并網,其余匯流高壓并網,既滿足上網需求,也減少了線損,提高發電效率。
4 總結
通過以上方案合理選擇,并注重在系統優化、設備優選,如電纜走向盡量選擇最短路徑、就近升壓后集中輸送、優先選擇優質設備廠家等措施,本項目自2011年12月竣工至今,項目總體運行良好,發電容量達到預期發電目標,收到很好的社會及經濟效益:
(1)與同容量的燃煤電廠相比較,每年可減少CO2排放量2195.77t,SOx排放量16.72t;NOx排放量4.61kg,有效保護了環境;
(2)項目建設于高校校內,使師生時刻感受到清潔能源的存在,起到很好的教育示范效用,提高項目示范意義;
(3)項目建設對高校太陽能研究,提供了廣闊平臺,加強了產學研結合,對光伏發電起到很好的推廣作用。
【參考文獻】
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我國處于經濟發展的上升階段,能源需求不斷增長與常規能源匱乏成為了嚴重阻礙了我國經濟持續發展的重要矛盾。為此,加速推進可再生能源的開發和利用成為了緩解我國能源供需矛盾,促進能源利用結構優化升級,保證我國經濟社會科學發展的重要舉措。根據國家制定的新能源發展振興計劃(討論稿),至2020年我國光伏裝機容量將達到20Gwp。預計今后10年內,光伏發電的年平均新增裝機將達到2GWp。在今后10年,我國光伏發電將會迎來黃金發展時期。2009年財政部、住房和城鄉建設部聯合下發了《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》(下簡稱《實施意見》),《實施意見》要求對光伏建筑項目給予政策支持。2011年3月的我國國民經濟和社會發展十二五規劃綱要指出,要“推動重點領域跨越式發展”。光伏發電是我國“十二五”期間重點發展領域。雖然光伏建筑項目有清潔、環境效益好,可再生、永不枯竭,基建周期短,裝機規模靈活等眾多優點。但是,我們也必須清楚的認識到,我國現階段的光伏建筑開發技術與發達國家相比還存在很大差距,在開發過程中將會遇到諸多風險。本研究將以國際光伏產業市場及發展趨勢為背景,通過對產業結構相關理論的梳理,結合投資風險及決策研究,旨在對過去幾年太陽能光伏產業的投資及發展方式進行反思。
二、國內外研究動態
(一)國外研究現狀
(1)國外風險評價的研究
在英美等發達國家,風險管理的實施分三個層次:由國家制訂法規并進行監督;企業內部設置,專人負責,董事會決策;對人民群眾進行教育,培養風險意識。已有不少國家以此模式來開展工作,并已取得了較好的效果。從現有情況看,已呈現出以下發展趨勢。隨著項目管理技術的發展,項目管理形成一套科學的方法體系,風險管理正式列入了項目管理的行列,構成了項目風險管理。
美國學者漢斯等在《風險管理與保險》中對風險管理進行了定義:風險管理是通過對風險的識別、管理和控制而以最小成本使風險所致損失達到最低程度的管理方法。巴格利尼在指出風險管理的目的是在保持企業財務穩定性的同時,是風險發生造成的成本損失降低到最低。Rerry和Hayes基于建設項目的主要風險源分析了風險因素。Wirbaetal將Tahetal和Cooper與Chapman的研究成果進行了綜合,按照HRBS(Hierarchical Risk Breakdown Structure)方法對風險進行分類。Akintoyet和Macleod等先后歸納了工程項目風險管理的主要技術,如概率分析、敏感分析、隨機控制等方法,對風險出現的后果和概率及分布進行定量分析。Terry Lyons和Martin Skitmore做了一份關于風險管理技術應用的高級管理調查,調查的研究結果認為項目生命周期的執行和規劃階段風險管理的應用多于項目的概念設計和結束階段;在項目風險管理中,風險識別和評價尤為重要,風險應對和風險監控次之。
(2)國外光伏發電項目研究
目前國外對光伏發電項目的研究主要還集中在經濟效益分析和產業發展政策研究等內容上,在光伏發電項目風險評價方面缺乏系統的研究。
John Byrne等基于需求管理的應用前景分析了光伏發電經濟效益的多樣性,并通過案例驗證了需求側管理系統可以為光伏發電項目使用者提供潛在的效益和功能。Kate DLatham對美國加利福尼亞州的屋頂光伏項目進行了成本-收益分析,論證了應用光伏發電替代非再生能源發電是非常可行的,并通過案例計算得出并網政策是促使州政府推廣光伏發電的關鍵。
Lemer Ivan提出了光伏發電項目具有較好的市場前景,對美國的光伏產業發展趨勢進行了分析,并且預測了到2020年世界光伏產業年收益將達到15億美元。Jardim等分析了巴西南部地區建筑應用并網光伏系統的潛力,并將六種不同的商業光伏系統與完全屋頂安裝的光伏系統進行比較,結果表明了建筑屋頂光伏系統具有優勢。Masini等總結了歐洲五國推廣光伏建筑一體化的實踐經驗,分析并設計了促進并網光伏發電項目發展的激勵政策,并基于學習曲線研究光伏發電項目在四種不同政策下所表現出的不同宏觀發展情景。
(二)國內研究現狀
(1)關于風險評價的研究
國內在風險評價方面,主要結合不同的研究主體采用不同的評價方法進行綜合研究。風險評價應用的研究主體,多集中于風險投資、財務風險管理、工程項目管理領域,評價的方法多集中于層次分析法、模糊綜合評價法、灰色系統理論、神經元網絡法等。汪忠、黃瑞華梳理了國外風險管理的研究狀況,對風險內涵進行了深入解讀,從縱向、橫向、垂向對國外的風險管理研究進行了立體透視分析,進而從金融風險分析技術和項目管理風險分析技術兩個大的方面闡述了風險評價的相關工具。陳建華將視角定位于風險投資項目,結合風險投資特性,闡述對風險的識別并分析了相關風險評估方法,包括客觀風險評價法、蒙特卡羅模擬法、故障樹分析法、Var方法、風險矩陣法等等,進而結合觸發器原理、屏障分析、多層防御體系建立動態風險防范體系。呂海萌關注于高新技術風險投資項目,設計了風險投資項目綜合動態評價模型,在對項目進行全面初評的基礎上,結合項目的生命周期,利用風險矩陣法和層次分析法進行深層次評估。
(2)國內光伏發電項目風險評價研究
國內外學者對光伏發電項目的評價主要還集中在經濟效益的分析上,對外部效益的研究還不全面,且缺乏具有普遍應用價值的評價模型和方法,對光伏發電項目投資可行性準確判斷的缺失是制約光伏發電項目規模化化發展的重要原因。
國內學者對光伏技術發展也進行了相關研究,主要包括:一是從技術路線圖的角度分析了特定區域內光伏產業的發展研究,耿亞新等人分析了我國光伏產業發展的技術路線圖,李彥峰研究了保定光伏產業的技術路線圖,二是從光伏產業的技術應用角度進行分析,張青虎對太陽能光伏發電系統和太陽能光伏照明系統的應用進行了介紹,李劍等從光伏技術應用的現實意義出發,分析了光伏技術與綠色照明在建筑領域的應用優勢,張悅等從光伏技術的應用、價值鏈和成本分析來探討光伏技術帶來的社會效應、長期和外部的經濟效應,黃魯成等在梳理技術評價研究方法的基礎上,構建了主客觀相結合的組合評價模型來確定太陽能電池產業化過程中的關鍵技術。
三、結論
綜上所述,近年來我國在光伏發電項目風險評價方面的研究已取得一定的成績,但是我國光伏發電項目風險評價起步較晚,還未能有針對性的建立一套適合的風險評價體現,有效科學的發覺和評價風險。因此,將風險識別、評價與境外水電工程項目特點相互整合,構建一套適合我國光伏發電項目風險評價體系,顯得尤為必要。
參考文獻:
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在光伏業內,“金太陽”示范工程幾乎成了一個負面形象的代名詞,或曰質量不佳,或曰欺詐盛行。無論如何評價,它對中國光伏早期國內終端市場規模化發展所發揮的重要作用,以及對中國能源發展戰略多種培育方式嘗試的重要意義都不可否認。在“金太陽”正在走入歷史的時候,對于這樣一個巨大的國家扶持工程,無論是從對社會投入負責任的角度,還是從建立數據基礎體系的角度,“金太陽”都到了需要梳理,并給社會一個交代的時候。
關于“金太陽”,已知和未知的情況是:國家“原則上按光伏發電系統及其配套輸配電工程總投資的50%給予補助”的“金太陽”,始于2009年7月的《關于實施金太陽示范工程的通知》,終于2013年12月的《關于清算2012年金太陽和光電建筑應用示范項目的通知》,4期共計批準項目總量約為6GW,但實際完成情況未公開,實際并網發電情況未公開,國家總計補貼金額也未公開。對于補貼金額,有資料顯示早期計劃建設不低于500MW,補貼金額在百億元。但在實際運行中,批準規模增加了十倍以上,補貼金額大幅增加也是勢所必然。
站在今天的角度看“金太陽”,人們不難看到這樣兩點:
“金太陽”的積極意義在于把中國光伏推向了一個重要的發展階段。2004年以前,中國光伏難言規模,當年組件產能僅為100MW。2004年以后,受歐洲市場需求突起拉動,生產規模迅速提升,2008年產量已經達到1780MW,產品99%出口,國內需求幾乎為零。2009年“金太陽”開始實施,到2013年,組件產量約為30000多MW,國內外市場需求4:6,達到了一個必要的格局。之所以說“必要”,是因為出于能源長期發展戰略考慮,人類選擇了以早期承擔巨額成本的方式發展光伏新能源,從2004年開始,以德國為代表的歐洲首先承擔了起這份責任。從2009年“金太陽”開始,中國作為一個負責任的大國也承擔起了這份責任。“金太陽”的實施,客觀上達到了三方面的積極意義:逐步改變了中國光伏過去技術、市場、原材料“三頭在外”的不合理產業格局;意外地為后來“雙反”時保護中國光伏而開拓國內市場做了準備;維護了中國光伏強大的國際競爭力。
“金太陽”出現負面效果是必然的。國際上圍繞光伏發電補貼,主要分為上世紀九十年代“日本新陽光計劃”為代表的“事前補貼”,和2004年以后德國實行的固定電價為代表“事后補貼”兩種形式,區別在于,前者以電站建設完成為補貼時間,是一次性的;后者以并網發電實現為補貼時間,是一般持續20年以上的。“金太陽”是典型的“事前補貼”方式,而其實施的前提之一是社會信用體系的完善和成熟。
毋庸諱言的是,中國社會信用體系基礎一向薄弱,于是就有了“有相當一部分企業為了多得到財政補貼,采取‘低購高報’的辦法,提高系統總造價,借此騙取補貼。更有甚者,直接使用不符合補貼質量要求的劣質產品,甚至國外退貨的廢次產品。”總之從根本上講,事前補貼的作法不適合當前中國,事實上這種做法的比例在國際上也是遞減的。基于此,“金太陽”出現這樣或那樣的問題是正常的事情,它是中國光伏發展必須的一種探索。
時至今日,“金太陽”正在成為過去時,正反面的評論也在逐漸淡化,總結“金太陽”這樣重大社會事件的長遠價值,也許時間更長效果更好。當前該做的事情,應是將“金太陽”的實施結果進行一個梳理,還原一個真實的過程。
梳理“金太陽”,給社會一個交代是建立社會監督機制的需要。在成熟的國家制度下,任何重大的政府行為,特別是需要巨額資金支持的政府行為,資金的支出應當獲得社會的批準,資金的使用情況及其結果應當獲得社會的認可,只有這樣才能形成合理的政府管理機制。遺憾的是,中國的許多事情不是這樣,于是就有了人們許多的抱怨。而這些抱怨,不是抱怨行為目的的對錯,而是抱怨行為運作程序的問題,因為該項目花的是每一個納稅人的錢。花納稅人的錢不向納稅人請示,花錢的結果也不向納稅人報告,這是一個邏輯不通的事情,因此“金太陽”實施中出現的諸多欺詐行為也就不足為奇了。
事實上,這些現象不是行為的初衷,但卻是行為的結果,改變這一異化結果的唯一辦法就是政府管理改革。沒有監督機制的國家體制不是合理的國家體制,缺少監督機制的政府行為是難免會出問題的行為。提倡政府管理改革,具體到“金太陽”就是對投資結果進行梳理并向社會匯報,能源管理改革請從“金太陽”開始。
梳理“金太陽”,給社會一個交代是不斷積累數據、建立產業標準的需要。在筆者過去的研究過程中,能夠找到的完整的“金太陽”數據甚少,而其對產業標準形成的相關作用的資料更少。標準的缺失既是中國光伏產業長期發展的軟肋,更是當前光伏產業投融資的硬傷。標準不是臆造出來的,是在大量數據積累的基礎之上分析、總結而來的,只有通過長時間完整數據的積累才有可能形成一個相對合理的產業標準。
關鍵詞:BIPV;太陽能;干掛式幕墻;光伏幕墻
中圖分類號:S611文獻標識碼:A文章編號:
一前言
2011年底財政部的《關于組織實施2012年度太陽能光電建筑應用示范的通知》,表明了國家在“十二五”期間力促光伏建筑一體化的信心和決心。目前中國有480億平方米建筑面積,如果在其中的10%建立BIPV系統,光伏組件的市場將達到500GW。目前我國還處于起步階段,在今后的時間里它將迎來高速的發展。
光伏建筑一體化(BIPV)與其他形式的光伏電站相比,結構要復雜得多,需要考慮的因素也要多得多。BIPV不僅要考慮到建筑設計,而且要同時考慮光伏電站設計。下面總結了在BIPV設計中幾個最主要的方面。
二光伏幕墻設計要點
1 安裝位置及形式
在建筑物上,有很多位置適合安裝光伏電站,所以產生了很多的BIPV形式。比較常見BIPV形式主要有:光伏幕墻、整體光伏屋頂、嵌入式瓦片光伏屋頂、光伏采光頂、光伏遮陽、光伏雨篷、光伏車棚、光伏溫室、光伏護欄、高速公路隔音障等。在這些形式中,每種形式均受到一定程度的限制,不如地面電站一樣可以根據實際的地理位置設定最佳的角度來獲得最大的發電量。對于每一種形式,在設計時需要充分挖掘其特點來平衡優勢與不足,獲得最佳的性價比。
2 光伏組件的選擇
光伏組件的種類較多,總的來說分為晶硅組件和非晶硅組件。以下表格是市場上常見的組件類型及其特點:
目前晶硅組件和薄膜組件價格基本一樣(約為5元),普通晶硅組件都轉換率為平均在7%~10%左右,而多晶硅電池片的轉化效率平均在17%~20%。因此,在有限都面積上,晶硅組件則意味著更大都裝機容量和發電量。另外,這兩種組件安裝支架都成本基本相等,故晶硅組件將會給用戶帶來更多收益。
普通晶硅組件作為市場上最通用的光伏組件,憑借著市場供貨充足、批量化生產的成本優勢,非常有效地推動著BIPV達到光伏發電平價上網水平。
3 最佳傾角、方位角
傾斜角度和方位角直接決定了光伏組件能夠獲得的太陽輻射量。圖1.1顯示了這些因素對組件發電效率的影響。
圖 1.1 方位角對輻射值的影響 圖1.2 傾斜角對輻射值的影響
從圖1.1中可以看出,在北半球光伏組件朝南時,獲得最大的太陽輻射量。從圖1.2中可以看出,傾斜角對于光伏組件獲得太陽輻射量的差異非常大,以測試地點香港為例,傾斜角為90度時的太陽輻射值僅為最佳傾斜角度的一半。因此,在BIPV設計中,對于光伏屋頂、光伏采光頂、光伏遮陽等可以調節傾斜角度的項目,盡可能設計成最佳傾斜角度使光伏組件獲得最大的光照輻射量。光伏組件也盡量安裝于朝南(北半球)或朝北(南半球),對于東、西兩個朝向的光伏系統,可以選用弱光性較強的非晶硅組件來確保延長發電時間,以提升發電量。
4 通風散熱性能
溫度對于光伏組件發電的效率影響也是巨大的,它隨著溫度的升高而降低。下圖反應了這個溫度對光伏組件發電效率的影響。
圖1.3
從圖1.3中可以看出,光伏組件的發電效率隨著溫度的升高而降低。因此,在BIPV項目中,一定要保證光伏組件的通風散熱,降低組件的溫度,提升發電效率。目前通風散熱的方法較多,主要有以下幾種方法:
a.開放式自然通風散熱;
b.百葉窗散熱;
c.抽風機抽風散熱;
d.水冷管散熱;
e.雙層循環式散熱。
5 避免陰影遮擋
在光伏組件中,被陰影遮蔽的部分將會變成負載,導致組件局部溫度過高,嚴重的會燒壞組件,甚至引起重大火災,這就是光伏組件的光斑效益。因此,光伏陣列上的任何部分遮蔽源都將在很大程度上導致其輸出降低。據試驗,遮擋10%的面積,發電效率最多將會下降90%。對于晶體硅太陽電池,小遮擋即可引起大功率損失,。非晶硅薄膜電池的電流密度較小,陰影遮擋的影響要比晶體硅電池小得多。
圖1.4熱成像儀顯示的“熱斑效應”圖1.5異物在組件上的“熱斑效應”
表1.1太陽能光伏系統受到部分遮蔽后的現場測試結果
所以,在BIPV設計時,要運用相關的陰影分析專業工具,充分考慮環境遮擋物和避免安裝構件產生的陰影。另外,要充分考慮光伏組件的清理方案,及時清理組件表面的鳥糞、樹葉、灰塵等。
6 符合國家建筑規范
為了規范建筑,現在國家的建筑法律法規也比較完善和齊全了。這些建筑和法規都為建筑設計人員提供了依據。在BIPV安裝的地方,通常會是社會主要的活動地點,務必保證項目符合國家規范和安全性能。BIPV結構安全性涉及兩方面:一是組件本身的結構安全,高層建筑屋頂的風荷載較地面大很多,要通過嚴格的計算光伏組件的強度、受風變形是否符合安全要求。二是組件安裝固定的安全性。應對整個結構進行嚴格的結構計算,確保安全。
建筑的能耗高居不下,建筑規范也對建筑熱工有相應的要求,若是不符合規范的話將會在驗收時通不過。節能、綠色、環保設計將會成為未來建筑最顯著的特點和發展方向。
另外還有防水、防火、防雷、地震、隔音、采光、材料、工藝、施工等都要符合國家規范要求。
7 符合建筑美學
BIPV說到底,其本質還是建筑為首,光伏為輔,美學效果很大部分決定了建筑的成功。要達到畫龍點睛的效果和帶來新的活力和創造力。具體體現在以下幾點:
從室外看,要求材料、風格、顏色和建筑物協調統一,造型創新,避免光污染;
從室內看,室內明亮,光線柔和而不雜亂;符合人體工程學要求。
8 綜合布線
光伏電站的電氣設備對電壓和電流都是有特定的要求,我們一般根據電氣設備去布局組件方陣來滿足要求。但在建筑上建立光伏電站,組件的排列不一定是整齊有序,很有可能是由一些大小、形式不一的幾何圖形組成,這樣就會造成組件間的電壓、電流不同。因此,組件布局和接線錯綜復雜,不能按照一般電站接線布局。
為保證每個方陣的電壓、電流符合電氣設備的要求,BIPV電纜布線大致有以下兩點:a.對建筑立面進行分區及調整分格,經過計算,定制尺寸和功率符合建筑要求的光伏組件; b.將少數邊角上多余的電池片不連接入電路。
另外,由于光伏組件與建筑主體的距離往往會非常小,并且光伏組件固定后基本很難再有操作空間接線,所以在設計時應同時與相關人員充分溝通和考慮接線方案,保證施工安裝和接線調試順利進行。
9 后期維護
目前大多建筑的使用年限是50年,而光伏組件是25年。對于壽命不同步,就意味著25年后可能要進行光伏組件的更換,或者在使用中組件異常。所以,在設計中應該考慮光伏組件壞掉之后的更換維護,力求操作方便,降低后期維護成本。
三帷盛光伏幕墻解決方案
帷盛自主研發的干掛式光伏幕墻VBF-1系統是帷盛BIPV光伏幕墻解決方案之一,目前已經成功申請專利。
圖1.6VBP-1效果圖 圖1.7VBP-1結構圖
該解決方案具有以下幾大特點:
用矩形鋼和角鋼作為立柱和橫梁(替代鋁型材結構),大大降低建造成本;
采用普通晶硅光伏組件,提高了裝機容量,提高建筑利用率;
各組件相互獨立,使安裝和后期維護方便快捷,節省安裝和維護的費用;
開放式的結構,保持組件通風散熱性能,提高組件發電效率;
僅5mm高的裝飾條扣板,有效避免裝飾條在陽光照下產生的陰影對組件的影響。
VBP-1系統應用說明:
適用于對采光無要求,并且有墻體作為維護結構的建筑立面;
這套系統最大的特點是采用了普通晶硅組件,具有裝機容量大、發電效率高、性價比高等優勢。大大降低了BIPV項目的成本,有效推動我國光伏產業平價上網。在力學性能上,普通晶硅組件一般能承受的載荷為2.4KN/㎡,更大承載力的普通晶硅光伏組件達到了5.4KN/㎡。根據玻璃幕墻規范JGJ102-2003第6.1.2條與第6.1.3條,進行玻璃強度和撓度的計算。風荷載設計值取2.4KN/㎡、玻璃的最短邊按照990mm來算,允許最大的變形撓度為最短邊的1/60,故df=990/60=16.5mm。由此可以得出玻璃厚度,此厚度即為光伏組件等效的鋼化玻璃厚度。計算可以得出:當組件的最大承受荷載為2.4KN/㎡時,等效鋼化玻璃的厚度為5.13mm;當組件的最大承受荷載為5.4KN/㎡時,等效鋼化玻璃的厚度達到6.72mm。
由于墻角區進行結構計算時體型系數比較大,對組件的力學性能要求非常高,故此系統不建議應用于墻角區域。在墻角區域可以采用石材幕墻或鋁板幕墻等形式來配合此系統。
三結語
政策的激勵及BIPV的特有屬性,決定了它巨大的發展空間。我們在設計和實現新能源綠色建筑時,一定注重成本控制、發電效率、節能環保、安全可靠,實現經濟效益、環境效益、社會效益最大化。
參考文獻
[1] 楊洪興,周偉. 太陽能建筑一體化技術與應用. 北京:中國建筑工業出版社 2009.