光伏发电与光热发电各有什么优缺点


来源:中国光学   时间:2018-10-11 11:42:24


什么是光伏发电

光伏发电是利用半导体的光生伏打效应将光能直接转换成电能的,基本的部件太阳能电池板,是光转电的方式。其中关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

光伏发电的优缺点

①无枯竭危险;

②安全可靠,无噪声,无污染排放外,绝对干净(无公害);

③不受资源分布地域的限制,可利用建筑屋面的优势;例如,无电地区,以及地形复杂地区;

④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电;

⑤能源质量高;

⑥使用者从感情上容易接受;

⑦建设周期短,获取能源花费的时间短。

缺点:

①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;

②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。

③发电成本高

④光伏板制造过程中不环保

什么是光热发电

光热发电也叫做聚焦型太阳能热发电,它是通过各种物理方式把太阳能直射光聚集起来并产生高温高压的蒸汽,蒸汽驱动汽轮机来发电的。依据集热方式的不同,又可分为太阳能槽式热发电、太阳能塔式热发电和太阳能碟式热发电三种。是热转电的方式。

光热发电的优点

1、电能质量优良,可直接无障碍并网。

太阳能光热发电与常规化石能源在热力发电上原理相同,都是通过Rankine 循环、Brayton循环或Stirling 循环将热能转换为电能,直接输出交流电,不必像光伏或风电一样还需要逆变器转换,电量传输技术相对较为成熟,稳定性高,因此更方便与目前国内的电网对接,且电力品质好。

2、可储能,可调峰,实现连续发电。

电网的负荷曲线形状在白天与太阳能发电自然曲线相似,上午负荷随时间上升,下午随时间下降,因此太阳能发电是天然的电网调峰负荷,可根据电网白天和晚上的最大负荷差确定负荷比例,一般可占10-20%的比例;

受益于热能的易储存性,所有太阳能光热发电电站都有一定程度的调峰、调度能力,即通过热的转换实现发电的缓冲和平滑,并可应对太阳能短暂的不稳定状况;

储能是可再生能源发展的一大瓶颈,实践证明储热的效率和经济性显著优于储电和抽水蓄能。配备专门蓄热装置的太阳能光热发电 电站,不仅在启动时和少云到多云状态时可以补充能量,保证机组的稳定运行,甚至可以实现日落后24 小时不间断发电,同时可根据负载、电网需求进行电力调峰、调度。

3、规模效应下成本优势突出。

因热电转换环节与火电相同,太阳能光热发电也与火电同样具备显著的规模效应,优于风电和光伏等。随着技术进步和产业规模扩大,太阳能光热发电的成本将很快接近甚至低于传统化石能源发电成本。

4、清洁无污染,助力碳减排。

光伏尽管是清洁发电,但硅片生产环节却高耗能高污染,而太阳能光热发电 不需要提炼重金属、稀有金属和硅,生产与发电环节均无污染,是真正的清洁能源。

光热发电和光伏发电的区别

1、发电原理不同

光伏电站是利用太阳能电池板吸收太阳光中的可见光形成光电子,产生电流。

光热发电利用熔盐或者油等介质吸收太阳光中的热能,使用汽轮机将其转化为电能。

2、并网难易不同

光伏发电受日光照射强度影响较大,上网后给电网带来较大压力,其发电形式独特,和传统电厂合并难度大。

太阳能光热发电系统可以通过增加储热单元或通过补燃或与常规火电联合运行改善出力特性,输出电力稳定,电力具有可调节性。就并网难易程度来看,光热发电比常规的光伏发电更具有优势。通过储热改善光热发电出力特性(槽式和塔式光热发电)。白天将多余热量储存,晚间再用储存的热量释放发电,这样可以实现光热发电连续供电,保证电流稳定,避免了光伏发电与风力发电难以解决的入网调峰问题。

3、对环境的污染程度不同

光热发电是清洁生产过程,基本采用物理手段进行光电能量转换,对环境危害极小,太阳能光热发电站全生命周期的CO2排放仅为13~19g/kWh。

而光伏发电技术存在致命弱点为太阳能电池在生产过程中对环境的损耗较大,是高能耗、高污染的生产流程。

4、技术成熟程度不同

常规的光伏发电技术,在我国已经发展稳定,技术相对成熟;而光热发电,虽然很早就在国外兴起,但是在我国来说,依然处于技术创新与改进阶段。

光伏发电与光热发电的简单比较

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,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。光伏发电,其基本原理就是“光伏效应”。光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中某个电子全部吸收,电子吸收的能量足够大,能克服金属内部引力做功,离开金属表面逃逸出来,成为光电子。

白天采用高能vcz晶体发电板和太阳光互感对接和全天候24小时接收风能发电互补,通过全自动接收转换柜接收,直接满足所有家电用电需求。光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个外层电子,如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子,就成为N型半导体;若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子,形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时,接触面就会形成电势差,成为太阳能电池。但是在光伏发电中,所运用的多晶硅项目存在巨大的风险,一是技术复杂,工艺参数多,许多项目不能达产;二是环保风险,因为多晶硅是高污染的项目,中国多数企业环保不达标,有被政府强制关停的风险;三是如果多晶硅市场供大于求,价格有大幅下跌风险。四是投资巨大且项目建设及回收周期长。

太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电,是太阳能热利用的重要方面。作为太阳能大规模发电的重要方式,太阳能热发电具有一系列明显优点,首先,其全生命周期的碳排放量非常低,根据国外研究仅有18g/kWh。另外,该技术在现有太阳能发电技术中成本最低,更易于迅速实现大规模产业化。此外,太阳能热发电还具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势。

光伏发电是利用太阳能电池技术,有光子使电子跃迁,形成电位差,光能直接就转变为电能,产生直流电,太阳能光热发电是将光能转变为热能,然后再通过传统的热力循环做功发电的技术。太阳能光热发电产生的是和传统的火电一样的交流电,与传统发电方式和现有电网的匹配性更好,可直接上网。

两者之间最为重要的差别,则在于各自在能量储存方式上的差异。而储能对于弥补太阳能发电的间歇性,以及对电网的调峰能力,具有着非常重要的意义。由于光伏发电是由光能直接转换为电能,因此其多余的能量只能采用电池储存,其技术难度和造价远比太阳能光热发电中,仅需储热要大得多。因此,易于对多余的能量进行储存,以实现连续稳定的发电和调峰发电,是太阳能热发电相对于光伏发电的一个最为重要和明显的优势。

光热发电和光伏发电的发展前景

1、皆具发展潜力,近中期光伏电站发展规模会更大

在2030年以前,由于光伏装机成本和度电成本均低于光热发电,且光伏出力与白天用电高峰和峰值电价曲线相吻合,在光伏渗透率较低情况下,光伏装机规模将远大于光热。在2030年后,光伏装机由于渗透率高,且基本能满足白天的用电需求,发展速度会放缓;光热则会充分利用其储热优势,能满足日落后的用电高峰,从而得到较快发展。根据美国Sunshot计划,到2030年,美国太阳能累计装机将达到330GW。其中,光伏装机为302GW,光热装机为28GW,光伏是光热的11倍。到2050年,光热装机将达到83GW,光伏则为632GW,光伏下降是光热的8倍。

2、非替代关系,两者协同互补

光热和光伏发电都面临火电等传统能源的竞争,承载着代替化石能源的使命,只有光伏和光热更好地协同互补,才能完成这项任务,满足用电需求。同时,由于大型风电、光伏和光热电站等可再生能源主要建设在沙漠、戈壁滩等地区,需要远距离输送,但风电、光伏等利用小时数低,单独远距离传输经济性差,为提高输送电网的利用率,不得不通过火电打捆等方式输送。如果光热电站成熟之后,则完全可以通过储热方式替代火电,解决电网利用率低问题,同时也可解决可再生能源发电不稳定的问题。

3、应用领域各有侧重,主战场不重合

光伏发电优势在于分布式,在负荷中心建设方面,结合储能等产业发展,可实现就地发电就地使用。同时,光伏也可作为移动电源,充分满足消费市场需求,这是光热电站难以企及的。光热发电优势在于规模化,适合在条件适宜地区建设大型光热电站,然后远距离输送。在这些地区,也可适当发展大型光伏电站,将光伏光热打捆送出,实现可再生能源最大限度的消纳。

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