張中海+李建功+王銀玲+胡靖宇+劉文富

摘 要：近年來，太陽能光伏發(fā)電因?yàn)槠淝鍧崯o污染的特性，得到國家政策的大力支持。作為農(nóng)村光伏發(fā)電的兩種主要發(fā)展模式，薄膜光伏大棚和家庭分布式光伏電站吸引了越來越多人的關(guān)注。文章從國家政策、地區(qū)特點(diǎn)以及影響光伏發(fā)電的太陽能資源和氣候條件，分析了周口地區(qū)建設(shè)薄膜光伏大棚及家庭分布式光伏電站的可行性，期望為以后周口地區(qū)光伏電站建設(shè)提供借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；周口；薄膜光伏大棚；家庭分布式光伏電站

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）15-0172-03

能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“推進(jìn)劑”，但由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨之而來的能源消耗與日劇增，傳統(tǒng)的礦物能源可開采量逐漸減少，礦物燃料燃燒所產(chǎn)生的環(huán)境污染，嚴(yán)重的影響了地球的生態(tài)平衡和人類生活。太陽能光伏發(fā)電作為節(jié)能環(huán)保的新型能源，由于其清潔無污染的特性，在可再生能源利用中得到了迅猛的發(fā)展。

“十二五”期間，我國晶硅、薄膜水平大幅提升，轉(zhuǎn)換效率20%的晶硅電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，光伏組件和系統(tǒng)成本較“十一五”末期降低超過70%。截至2015年末，我國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量4318萬千瓦，高于德國，成為全世界光伏發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量最大的國家。

國家能源局新能源與可再生能源司司長朱明表示：“十三五”將是我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，我們的主要任務(wù)是一方面通過市場競爭的方式配置資源，不斷推動(dòng)光伏發(fā)電成本的下降和技術(shù)水平的上升；另一方面，要大力推動(dòng)分布式光伏的發(fā)展，力爭到“十三五”末期，使分布式利用成為光伏產(chǎn)品應(yīng)用的主要形式之一。2020年，國內(nèi)太陽能年利用量相當(dāng)于減排二氧化碳量約3.7億噸以上，減排二氧化硫量120萬噸，減排氮氧化物量90萬噸，減排煙塵量約110萬噸，環(huán)境效益顯著[1]。

“十三五”時(shí)期，政府將大力支持科研院所和企業(yè)重點(diǎn)研究薄膜光伏電池，減少薄膜光伏電池的光致衰減。鼓勵(lì)并支持企業(yè)研發(fā)更加高效的硅薄膜電池，發(fā)展柔性硅基薄膜太陽電池卷對(duì)卷連續(xù)生產(chǎn)工藝等[2]，進(jìn)一步提高薄膜光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。在《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)展重點(diǎn)中，專門標(biāo)注了太陽能光伏生態(tài)大棚作為光伏建筑一體化（BIPV）項(xiàng)目實(shí)施，享有國家光伏建筑一體化項(xiàng)目7元/W的補(bǔ)貼[3]。這些都充分表明薄膜光伏大棚具有極高的市場潛在價(jià)值。

這一系列利好，為光伏電站的建設(shè)和推廣提供了技術(shù)和市場。光伏發(fā)電應(yīng)用逐漸形成東中西部共同發(fā)展、光伏農(nóng)業(yè)大棚和家庭分布式并舉格局。利用時(shí)代發(fā)展契機(jī)，建設(shè)薄膜光伏大棚和家庭分布式光伏電站將極大加快周口地區(qū)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。

下面從薄膜光伏大棚和家庭分布式光伏電站建設(shè)兩個(gè)方面分析周口地區(qū)發(fā)展分布式光伏電站的可行性。

1 周口區(qū)位優(yōu)勢

周口（114°33′E，33°38′N）位于河南省東南部，地屬黃淮平原，地勢西北高，東南低，自然坡降為1/5000-1/7000。面積為11968km2，海拔高度為35.5-64.3米。轄區(qū)內(nèi)以平原為主，這里溫暖濕潤，季節(jié)分明，光照充足，全年日照時(shí)長約1930h，年平均氣溫約14.8℃，年平均水平太陽輻射3.98kW·h/m2，水平輻照年總值達(dá)1533.47kW·h/m2，傾斜面峰值日照時(shí)數(shù)3.956h/d，屬于太陽能資源豐富區(qū)，具有利用太陽能資源的優(yōu)良的自然條件。如圖1所示。

2 周口發(fā)展薄膜光伏大棚的可行性分析

2.1 薄膜光伏大棚的概要分析

薄膜光伏大棚是一種采光類支架式結(jié)構(gòu)建筑，具有透光、集熱保溫、耐久等特點(diǎn)，在大棚頂上敷設(shè)有薄膜式光伏電池，其厚度僅0.6～1μm，不到單晶硅電池厚度的0.5%，具有良好的透光性，使本來無法透過晶硅電池的太陽光可以透過薄膜電池入射到大棚內(nèi)。而且，相對(duì)于晶硅電池，季節(jié)變動(dòng)對(duì)具有較低的溫度系數(shù)的薄膜電池轉(zhuǎn)換效率的影響要小得多[4]。陽光在透過大棚上的薄膜電池后，植物選擇性吸收其生長需要的波段，其不需要的波段一部分被光伏電池吸收進(jìn)行發(fā)電，一部分變成熱能加熱大棚。植物光合作用主要吸收波長為610mm-720nm（波峰為660nm）的紅橙光，而綠色光是植物生長不需要的波段，因而大棚頂上的薄膜電池吸收綠色光進(jìn)行發(fā)電不會(huì)干擾植物的生長。紫外線也是植物生長所不需要的波段，傳統(tǒng)大棚會(huì)采用遮陽網(wǎng)來減少紫外線向棚內(nèi)的入射，以免傷害植物。

薄膜光伏大棚頂上敷設(shè)的的薄膜光伏電池的光譜響應(yīng)范圍較寬，可以吸收波長小于600nm的光子發(fā)電，其全年發(fā)電量較同功率的晶硅光伏電池大約可增加11%[5]，所以沒有必要在棚頂安裝遮陽網(wǎng)。而晶體硅組件受硅片原材料尺寸的限制，組件尺寸比較單一，安裝的靈活性受到了一定的限制。

薄膜光伏大棚集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、光伏發(fā)電于一體，減少了光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積，實(shí)現(xiàn)了太陽能資源、種植區(qū)的高效綜合利用，可以為植物提供優(yōu)良的生長條件，是發(fā)展現(xiàn)代化綠色節(jié)能環(huán)保型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的最優(yōu)選擇。

2.2 政策環(huán)境

國務(wù)院總理李克強(qiáng)在第十二屆全國人大第二次會(huì)議政府工作報(bào)告中專門強(qiáng)調(diào)，我國將進(jìn)一步實(shí)施與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展有關(guān)的政策，通過施行農(nóng)村土地改革試點(diǎn)，堅(jiān)持以家庭經(jīng)營為基礎(chǔ)地位的方針，培育出農(nóng)業(yè)專業(yè)大戶、家庭式農(nóng)場、農(nóng)村合作社以及農(nóng)業(yè)企業(yè)等新型的農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，力求實(shí)現(xiàn)多種形式適度化規(guī)?；?jīng)營策略[5]。

2016年12月20日閉幕的中央農(nóng)村工作會(huì)議提出，促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展由過度依賴資源消耗、主要滿足“量”的需求，向追求綠色生態(tài)可持續(xù)、更加注重滿足“質(zhì)”的需求轉(zhuǎn)變。推行綠色生產(chǎn)方式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[7]。

周口作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，急需發(fā)展現(xiàn)代化綠色農(nóng)業(yè)。周口政府在深度分析國家政策之后，制定了相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃和扶持政策，在種植區(qū)積極倡導(dǎo)薄膜光伏農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)，推動(dòng)周口農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，光伏農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展前景十分廣闊。endprint

2.3 農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)

周口是國家重要的商品糧生產(chǎn)基地。常年糧食播種面積1650萬畝左右，總產(chǎn)量150億斤左右，每年向國家提供商品糧100億斤以上，年加工轉(zhuǎn)化糧食100億斤左右。糧食、肉、蔬菜產(chǎn)量在河南省均占有較大的份額，為保障國家糧食安全和主要農(nóng)產(chǎn)品供給作出了積極貢獻(xiàn)。近年來，周口依托國家糧食儲(chǔ)備庫、食品產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，積極進(jìn)行商品糧加工轉(zhuǎn)化，開展沙河航運(yùn)工程，使農(nóng)副產(chǎn)品走出去，農(nóng)產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。

2.4 效益分析

若薄膜光伏大棚能夠大規(guī)模建設(shè)，將產(chǎn)生巨大的市場效益。據(jù)有關(guān)人士分析，建設(shè)一個(gè)0.3公頃的薄膜太光伏大棚初始投資大概為50萬元（倘若是對(duì)現(xiàn)有大棚進(jìn)行改造的話，成本會(huì)降低）。若在大棚內(nèi)種植700株花卉，生產(chǎn)運(yùn)營成本大概15萬元，年產(chǎn)收益30萬元，凈利潤為15萬元，3.4年即可收回成本。每塊薄膜電池平均每天發(fā)電0.5度，按20年使用壽命計(jì)算，一個(gè)薄膜光伏大棚一年的發(fā)電量是相當(dāng)可觀的，無論是用于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活還是并入電網(wǎng)都會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益[8]。

3 周口家庭分布式光伏電站建設(shè)可行性分析

3.1 分布式的現(xiàn)狀與展望

長期以來，西部新能源電站規(guī)?？焖僭鲩L與我國跨區(qū)輸電能力不足的矛盾比較突出。分布式發(fā)電貼近用電負(fù)荷，并且符合智能配電、用電的發(fā)展方向，成為我國光伏應(yīng)用的重要發(fā)展方向。然而，分布式光伏投資回收周期長、并網(wǎng)接入難、貸款融資難等問題一直束縛著光伏行業(yè)發(fā)展。未來國家和地方將陸續(xù)出臺(tái)一系列解決分布式光伏困局的政策，逐步建設(shè)完善的分布式光伏投融資體系，加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電備案、并網(wǎng)、補(bǔ)貼等政策執(zhí)行力度，提高相關(guān)工作的效率，分布式光伏將步入發(fā)展的快車道?？梢灶A(yù)測，隨著國家新能源建設(shè)的力度不斷加大，未來分布式光伏占據(jù)50%的市場空間是必然的，也是可行的。

3.2 政策分析

2017年4月25日，國家發(fā)展改革委員會(huì)和國家能源局印發(fā)《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016-2030）》，指出到2030年，我國新能源占比力爭達(dá)到50%以上。其中，重點(diǎn)提出將大力發(fā)展高效太陽能等新能源，重點(diǎn)研發(fā)智能分布式光伏發(fā)電站等技術(shù)[9]。

日前，河南省發(fā)改委下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)的通知》，鑒于河南光伏發(fā)展還處于起步階段，為激勵(lì)河南光伏市場，經(jīng)研究決定，重點(diǎn)推行分布式及各類光伏電站示范項(xiàng)目，且按照2∶1比例重點(diǎn)發(fā)展分布式發(fā)電建設(shè)計(jì)劃[10]。這不僅預(yù)示著河南光伏發(fā)電市場有著巨大的的潛力，也進(jìn)一步表明政府將出臺(tái)更多的支持政策，以優(yōu)化河南分布式光伏的發(fā)展。

周口市人民政府在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十三五規(guī)劃綱要中指出要鼓勵(lì)既有建筑改造建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。推動(dòng)實(shí)行便民措施，創(chuàng)新備案登記制度、并網(wǎng)結(jié)算服務(wù)制度，簡化并網(wǎng)申請(qǐng)流程，鼓勵(lì)居民利用建筑屋頂、露臺(tái)等專有部分建設(shè)家庭式分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

除了光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展以及國家政策的支持，周口廣大農(nóng)村地區(qū)的人居模式和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式也為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展提供了契機(jī)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

周口地區(qū)人口眾多，而且農(nóng)村人口占比達(dá)85%以上，農(nóng)民在自家屋頂裝光伏，簡單易行、無產(chǎn)權(quán)糾紛、遮擋少、空氣好、透明度高，故家庭分布式發(fā)展?jié)摿Υ?、前景好?/p>

2015年周口市扶溝縣的一家農(nóng)戶安裝了一座3.12kW的小型家庭分布式光伏電站，采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的并網(wǎng)模式，采用單塊功率為260W、面積為1.63m2多晶硅光伏組件，安裝組件數(shù)量為12塊，占用斜面屋頂面積約26m2。

該3.12kW光伏供電系統(tǒng)發(fā)電量統(tǒng)計(jì)：

系統(tǒng)效率計(jì)算：

K1-光電電池運(yùn)行性能修正系數(shù)；K2-灰塵引起光電板透明度的性能修正系數(shù)；K3-光電電池升溫導(dǎo)致功率下降修正系數(shù)；K4-導(dǎo)電損耗修正系數(shù)；K5-逆變器效率；K6-霧氣削減修正系數(shù)，ηs為系統(tǒng)效率。如表1。

系統(tǒng)效率ηs按照76.21%計(jì)算，考慮到光伏組件功率的衰減，未來25年發(fā)電量預(yù)計(jì)：如表2。

從2015年6月1日并網(wǎng)到2016年6月底，該家庭分布式并網(wǎng)光伏電站運(yùn)行良好，總發(fā)電量達(dá)到3433kWh，日均發(fā)電量9.41kWh，其中2800kWh輸入外部電網(wǎng)。根據(jù)該農(nóng)戶光伏電站初始安裝投資26000元計(jì)算，國家對(duì)上網(wǎng)電量每度電補(bǔ)貼0.42元，補(bǔ)貼時(shí)間為20年，補(bǔ)貼收入1441.86元，節(jié)省電費(fèi)354.48元，賣電收入1176元，年總收益2972.34元，該農(nóng)戶8.5年即可收回成本，光伏電站一般有25年的設(shè)計(jì)使用壽命，這樣以來，有18年左右的時(shí)間可以達(dá)到光伏發(fā)電的純收入，可以說經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

4 結(jié)語

薄膜光伏大棚和家庭分布式光伏發(fā)電站是立足于現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展和低碳發(fā)展模式的太陽能利用方式，基于周口地區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀，薄膜光伏大棚和家庭分布式光伏發(fā)電站在周口地區(qū)是極具市場潛力的，對(duì)于周口地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和地區(qū)產(chǎn)業(yè)模式升級(jí)具有非凡意義，對(duì)低碳環(huán)保型社會(huì)建設(shè)有極大的推動(dòng)力，其優(yōu)勢也必將在當(dāng)下科技與政策的推動(dòng)下得以展現(xiàn)。

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