我国从上世纪80 年代起就开始推广100~500W的农牧民户用太阳能发电设备。后来实施光明工程,解决边远地区无电的2 300 万人民的生活用电问题。从2001 年起,实施“全球环境基金/ 世界银行可再生能源发展项目”和联合国开发计划署支持的可再生能源村落发电项目计划,到现在为止,已安装50 万套以上100~500W的用户太阳能发电设备,在边远地区和海岛上建立了县级、乡级、村级、学校用1 kW、10 kW 至100 kW大大小小的太阳能发电站将近1000 座,累计总容量已达50MW,今后还会以超过30%的速度逐年迅速增加。从1985 年在甘肃省榆中县园子乡建成10 kW 太阳能发电站起,经过20 多年,我国独立型户用和100 kW 以下太阳能发电设备技术已基本成熟。今后,除了继续推广户用和中小型太阳能发电设备外,还要向大型1MW以上的太阳能发电站发展。2004 年9 月在广东深圳建成1MW太阳能发电站。2007 年以前上海准备建设总容量5MW的示范太阳能发电站,其中首先在崇明岛建设1MW太阳 能发电站。四川攀西地区准备建设2MW太阳能发电站。2005 年甘肃《敦煌8MW并网光伏发电系统建设预可行性报告》,已通过专家评审,列入国家“十一·五”规划,如果建成容量将超过现在世界上最大的6.45MW太阳能发电站。
我国发展独立型太阳能发电设备具有独特的优势。现在的无电区都处于太阳能资源丰富的一、二、三类的西部地区和东南部海岛,太阳能辐射总量大,年平均日照时间长,建设太阳能发电站可以少用太阳电池和蓄电池,年发电量高,从而使太阳能发电成本显著下降。如果用柴油发电来解决这些无电地区的供电问题,其发电成本考虑运输费用在内,超过太阳能发电成本。如果从现有输电网架设线路来解决这些无电地区的供电问题,投资费用大。据资料介绍,建设1km的输电线路,相当于5~6 kW 太阳能电设备的投资费用。无电地区绝大部分都离输电网几十km,即使建设100 kW以上的太阳能发电站的投资费用也低于建设输电线路的费用。
独立型太阳能发电设备中的逆变器,要根据容量大小来选用不同的类型。100~500W户用太阳能发电设备,现在主要采用工频变压器绝缘方式。10 kW以下的太阳能发电站也可以采有工频变压器绝缘方式。因为既可靠,又稳定,维修量少,比较适合在边远地区工作。但是,现在的工频变压器绝缘方式逆变器,主变压器铁心采用取向冷轧硅钢,为了减少铁心损耗,工作磁密低,体积和重量大。为改变这种主变压器,美国在上世纪80 年代,就已经采用铁基非晶合金铁心,在同样的逆变器效率下,铁心重量减少三分之一,主变压器重量减少五分之二。现在,我国铁基非晶合金铁心和变压器生产技术已经成熟,同时取向冷轧钢的价格上涨,已超过铁基非晶合金价格,完全有条件采用铁基非晶合金铁心制造太阳能发电设备中的逆变变压器。100kW以上的太阳能发电站可以采用高频变压器绝缘方式或者正激变压器绝缘方式,高频变压器和正激变压器都可以采用非晶和纳米晶合金铁心,工作频率20kHz,可以完全保证90%以上的逆变效率。现在50kW以上的太阳能发电站中的逆变器,国外已有企业采用模块结构,每个模块10 kW 或20 kW,既便于生产,又可以灵活组成各种容量的逆变器,还可以提高运行的可靠性。10 kW 以上的太阳能发电站,如果供一个地区使用,还需要小型的输配电网,供电距离小于500m,可采用380/220V电压等级。供电距离3km以上,可采用1kV或6kV电压等级。逆变器输出从220 V升至1 kV 或6 kV,线路结构不变,只需要改变主变压器的参数和绝缘结构,这时逆变器采用工频变压器绝缘方式比较好,便于实现高压绝缘隔离。
并网型户用太阳能发电设备将成为我国太阳能发电产业的另一个主要市场。根据2006年1 月1 日实施的《可再生能源法》,并网型户用太阳能发电设备可以合法地与电网相联,在白天可以把太阳发电设备发出的多余的电供给电网,在晚上可以由电网供电。标志着太阳能发电由边远和海岛地区的特殊供电电源向一般电网电源发展,由补充能源向替代能源发展。并网型户用太阳能发电设备有以下优点:
(1)安装在屋顶上,节省太阳电池矩阵结构;
(2)直接与电网相连,不需要蓄电池和充电器;
(3)直接供给用户,不需要输配电设备。
因此,发电成本比同地区的独立型太阳能发电设备低。 不过,目前并网型户用太阳能发电设备的上网电价超过3 元/kW·h,远远高于电网城乡电价0.5 元/kW·h,电网公司不可能用这样高的价格购买并网型户用太阳能发电设备多余的电力。如果并入电网让所有的用户分摊,将损害收入较低人群的利益,不利于建设和谐社会。在这种高发电成本条件下,在我国推广并网型户用太阳能发电设备,即使采用政府补贴,仍然相当困难。现阶段应当通过试验性并网型户用太阳能发电设备,解决关键技术问题,使发电成本降到接近火力发电成本,并网型户用太阳能发电设备才能在真正意义上大规模推广。