光伏发电技术在铜仁地区应用的可行性分析

范　伟，刘志斌，崔利富

(大连民族大学 土木工程学院，辽宁 大连 116605)



光伏发电技术在铜仁地区应用的可行性分析

范伟，刘志斌，崔利富

(大连民族大学 土木工程学院，辽宁 大连 116605)

摘要：介绍光伏发电技术在贵州省的发展现状，提出铜仁地区应用该技术的条件，设计一个离网光伏发电系统，给出系统市场报价，分析系统的经济效益。研究结果表明，光伏发电技术在铜仁地区应用是切实可行的，应用条件包括自然条件、政府资金扶持及百姓拥护。若政府可出资建设，每户家庭每年节省300余元的电费，同时减少化石燃料燃烧。最后，拟定下一步工作计划。

关键词：光伏发电；铜仁地区；可行性；经济效益

近些年，随着国家大力开展节能减排工作，以太阳能为代表的多种新能源得以开发利用，越来越多的末端设备及节能措施应运而生。光伏发电技术是利用太阳能资源的典型代表，将取之不尽的太阳能转换成电能，其优点是清洁、无污染、使用便捷、节省开销、改善生活质量等。太阳能光伏发电系统分为离网光伏发系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统三类。主要工作过程为：白天光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求而产生直流电，将这部分直流电贮存在蓄电池中或直接供给负载，通过逆变器转换成交流电或直接利用这部分直流电进行工作。

为探索光伏发电技术在贵州铜仁少数民族地区的应用情况，大连民族大学建筑环境与能源应用工程专业多名教师赴该地区开展调研。在走访玉屏朝阳村时发现，政府和百姓对太阳能的利用主要集中在太阳能热水器及太阳能路灯等设施上，缺少对光伏发电的利用。而当地人们遵从“依山傍水近田”原则把房屋大都建设在了山坡上，整个电网系统不健全，存在停电断电现象，尤其是当雷雨天气发生时此现象更为明显。据此，结合当地太阳能资源的应用现状及地理条件，拟将离网光伏发电技术应用到朝阳村，推广新型清洁能源在少数民族村落的使用。

本文将针对光伏发电在贵州地区发展现状、光伏发电在铜仁地区的应用条件、离网光电系统报价及效益分析等几方面进行详细的论述，并提出下一步工作计划。

1光伏发电在贵州地区发展现状

贵州省太阳能资源在全国属于低值区，但仍然存在很大的开发价值。年平均太阳总辐射分布特征为西部和西南部高，平均值在4200 MJ/m2以上，东北部最低，平均值在3300 MJ/m2以下，其他地区在3300～4200 MJ/m2之间，呈现出随海拔高度的增加而增加的趋势，这种辐射的分布形式与贵州山地地形和西南地区天气系统的活动密切有关[1-3]。2011年初，由中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院投资建设的56 kWp太阳能建筑一体化并网示范光伏发电系统项目通过了竣工验收，这也是贵州省第一个太阳能建筑一体化并网示范光伏发电系统项目[4]。此外，根据《贵州太阳能发电十二五规划》之展望，明确提出在毕节地区、六盘水市以及黔西南布依族苗族自治州共选出总规模为50兆瓦的7个大型光伏电站，及总规模为18兆瓦的10个分布式并网光伏发电系统。据初步估算，上述7个大型光伏电场建成后，平均每年上网电量为4174.4万千瓦时，每年可节约标准煤1.42万吨，同时，此文章还提出太阳能发电规划的发电场主要分布在尚未通电的西部边远山区，以独立光伏发电系统为主[5]。

2光伏发电在铜仁地区的应用条件

2.1自然条件

太阳能资源合理利用的首要前提就是具备足够的太阳辐射量，铜仁市地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，介于东经107°45'～109°30'，北纬27°07'～29°05'之间，平均海拔为800米左右。年日照时数1044.7～1266.2小时，全年太阳总辐射量基本在 3000～3500 MJ/m2之间，热量丰富，光照适宜。铜仁地区已应用了太阳能热水器及太阳能路灯等设备，说明太阳辐射量可以满足太阳能应用条件。

2.2政府资金扶持

资金的投入是可再生能源能够开发利用的主要支撑，而目前贵州省在可再生能源的开发利用中存在的最主要的原因恰恰是没有足够的资金支持，如何解决资金问题是当务之急。之前有学者对贵州农村太阳能等新能源使用情况调研中发现，一些乡政府领导本着节能环保的角度，由政府出资或者采取村民集资加政府资金扶持的方式，安装和使用了太阳能的产品[6]，在农村生态的环境保护和农民生活水平问题上收到了良好的效果。这说明政府已在某些地区投入了资金，鼓励并促进了农村可再生能源的发展。据此，政府应该加大对铜仁地区的扶持，支持当地可再生能源的开展工作，改善百姓生活。

2.3百姓拥护

在本次调研中发现，朝阳村百姓生活状态以自给自足为主，很少有外来因素掺杂。当雷雨天气造成停电时，他们往往采用是点蜡烛或手电筒照明的手段进行采光，浪费资源的同时还带有一定的火灾危险性，给生活带来了极大不便。太阳能光伏发电系统正是解决此问题的最佳方法，节能、环保、方便、快捷，可提升百姓生活质量。此项技术的有效开展需要百姓积极拥护。首先，不要反感新鲜事物介入生活；其次，百姓要增强节能意识，采用新能源代替常规化石能源；最后，百姓不必担忧花销问题，虽然初投资较大，但事实证明带来的效益是非常可观的，后期还会减少开销。

据上述分析，自然条件满足要求，在政府资金扶持和百姓拥护的条件下光伏发电技术同样可以在铜仁地区得以开展利用，尤其是可针对朝阳村等偏远村落建设一些小型的离网光伏发电系统，以改善当地居民的用电难题。

3离网光电系统报价及效益分析

3.1离网光电系统设计

如前所述，铜仁地区全年太阳总辐射量基本在 3000～3500 MJ/m2之间，为了方便设计一个离网光伏发电系统，本研究取辐射量的中间值作为计算初始数据，经换算后得每天太阳辐射量约为8.9 MJ/m2。光伏组件的最大功率为90 W，工作电压17.5 V，铅酸蓄电池工作电流150 A·h，工作电压12 V。假设一个普通家庭一天用电量为2 kW·h，参考朱勋梦等人设计离网光伏发电系统时的计算方法[7]，得到蓄电池及光伏电池组件选型参数见表1和表2。

表1　蓄电池选型参数

表2　电池组件选型参数

根据表1和表2可知，蓄电池选用12 V /150 A·h铅酸蓄电池4只并联，光伏组件14块并联。控制系统、逆变器及一些附属材料可根据蓄电池和光伏组件的规格进行相应合理选择。

3.2系统报价

为研究离网光伏发电系统的经济效益，需对系统各部件的市场价格进行估计。本次报价由北京世纪建通科技发展有限公司结合当前光电市场给出的估价.系统报价清单见表3。

表3　离网光伏发电系统报价清单

注：由于铜仁地区建筑形式坡屋顶居多，故可将此套系统安装在屋顶上，省去了光伏电池组件支架费用。

3.3系统效益分析

此光电系统总成本为15940元，使用寿命为25年。若一个普通家庭每天用电量为2 kW·h，那么每个月用电量为60 kW·h，电价按0.5元/ kW·h计算，则一年电费为360元，25年的总电费约为9000元，每户家庭25年额外支出的费用为光伏系统的成本费与25年总电费的差值，约为6940元，平均每年增加270余元。虽然每年多出了些许开支，但减少了化石燃料的燃烧，改善了环境质量，提升了百姓生活的舒适度及便捷性，如果此光电系统完全由政府出资建设，那么每户家庭每年还可节省300余元的开支。

总而言之，太阳能光伏发电技术在铜仁少数民族地区的有效实施对当地百姓有利，对社会有利，对环境更有利。

4后续工作计划

由于本次调研为初次调研，并且时间紧迫，尚未对百姓的用电来源途径、用电方式、用电习惯、用电费用、太阳能辐射程度及铜仁地区气候条件做出详细调查。

预计后续调研将继续走访铜仁地区偏远村落(以朝阳村为代表)，制定具体的考察方案，力争将新技术新思想真正带到少数民族偏远地区，为之服务。拟完成工作如下：

(1)详细了解百姓的用电状况；

(2)测试全天太阳辐射量大小及随季节、时间变化的分布情况；

(3)基于测试的数据及当地气候条件拟定详细的光伏发电系统设计方案；

(4)调研当地光伏系统市场报价，做出详细的经济效益分析；

(5)同当地政府部门相关领导洽谈，谋求发展策略。

5结语

本文在深入铜仁地区调研的基础上，论述了光伏发电技术在贵州地区的发展现状，提出了光伏发电在铜仁地区的应用条件，指出自然条件、政府资金扶持以及百姓拥护三个条件缺一不可。设计了一个普通家庭每天用电量为2 kW·h的小型离网光伏发电系统，选用4只12 V /150 A·h铅酸蓄电池并联，14块最大功率为90 W的光伏组

件并联，给出了光伏系统的总体报价，为15940元。分析了系统的经济效益，结果表明，若有政府资金扶持，每户每年可减免300余元的开支。根据以上分析，光伏发电技术在铜仁地区的应用是切实可行的。最重要的是，光伏发电的有效开展可改善环境质量，给百姓生活带来便利。最后，拟定了详细的后续工作计划。

参考文献：

[1] 胡家敏，于飞，谷晓平. 贵州太阳能资源现状及开发利用分析 [J]. 贵州气象，2012，36(3)：10-11, 23.

[2] 杨通江，陈仕军，文贤馗，等. 贵州地区太阳能资源应用潜力分析 [J]. 贵州电力技术，2013，16(10)：16, 25-26.

[3] 陈娟，郑小波，罗宇翔. 贵州太阳辐射及太阳能利用潜力综合评估 [C]∥贵州省生态文明建设学术研讨会论文集. 贵阳:贵州省科学技术协会,2008:112-116.

[4] 李月杰. 贵州省第一个太阳能建筑一体化并网示范光伏发电系统项目通过竣工验收 [J]. 水利水电工程造价，2011 (1)：53.

[5] 曾居仁. 贵州太阳能发电有利可图 [N]. 中国气象报，2011-08-04(003).

[6] 罗玉卿，兰元富，朱四喜，等. 《可再生能源法》对贵州太阳能行业的影响 [J]. 贵州民族大学学报(哲学社会科学版)，2014 (4)：16-19.

[7] 朱勋梦，王文仪. 独立光伏发电系统设计讨论 [J]. 桂林师范高等专科学校学报，2014，28(3)：162-165.

(责任编辑王楠楠)

Feasibility Analysis of Applying Photovoltaic Technology in Tongren Region

FAN Wei, LIU Zhi-bin, CUI Li-fu

(School of Civil Engineering, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

Abstract:Through introducing the developing status of photovoltaic technology in Guizhou province, this paper puts forward the applying conditions to Tongren region, and designs an off-grid photovoltaic system. The paper provides the system’s market quote, and analyzes its economic benefit. The results show that applying photovoltaic technology in Tongren region is feasible, whose application conditions include natural conditions, government financing and people advocating. If the government could pay for the system, it could save more than 300 RMB per year per family, and reduce fossil fuel at the same time. The next working plan is proposed finally.

Key words:photovoltaic; Tongren region; feasibility; economic benefit

收稿日期：2016-03-09；最后修回日期：2016-03-21

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DC201501047)。

作者简介：范伟(1988-)，男，辽宁阜新人，助理工程师，主要从事建筑节能技术研究。

文章编号：2096-1383(2016)03-0249-03

中图分类号：TK51

文献标志码：A