专文：太阳能发电的奥运收获

　　据国际权威机构预测，21世纪中叶世界能源结构将发生转变，2020年到2040年石化能源将达到高峰，2050年之后因为常规能源储量会越来越少，可再生能源将成为最重要的能源。作为重要的可再生能源之一，光伏发电以其安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料、架设输电线路即可就地发电、建设周期短以及较少受到地域的限制等优点，近年来发展势头迅猛。在欧洲，光伏产业已经成为技术成熟的产业，在政府的大力推动和引导下，应用广泛。近几年，在世界市场的拉动下，我国光伏产业发展极为迅速，已成为世界光伏产业发展最快的国家之一。

　　2008年，太阳能光伏这项阳光产业搭乘了“好运北京”的列车，驶进了奥运建设的大潮，尽管应用量并不是很大，但却反映了我国太阳能光伏产业应用与技术发展的最新亮点，为我国光伏市场的打开奏响了序曲。

　　早在2001年申奥之初，北京向全世界做出了“绿色奥运”的承诺。时值今日，“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念，深深植入到了奥运场馆建设的方方面面。将清洁、环保的太阳能发电与奥运场馆融为一体，不仅是对北京奥运会三大主题的极好体现，同时对于提倡使用绿色能源、有效控制和减轻北京及周边地区大气污染，倡导绿色环保的生活方式起到积极的推动作用和良好的示范效应。奥运会不仅仅是一场体育界的盛会，更是一场科技的博览。太阳能光伏应用就是其中很好一个例子。如何在有限的奥运会期间，最大程度的实现太阳能光伏发电技术的展示，为今后的商业化推广埋下伏笔，各相关研究机构、太阳能光伏产品生产企业都做了很大的努力。

　　截至目前为止，国家体育场、国家体育馆、五棵松体育馆、丰台垒球场、奥运森林公园等10个项目安装了太阳能并网光伏发电系统。此外，太阳能发电系统还为奥运场馆草坪灯、阳台灯、路灯提供清洁能源。据不完全统计，本届奥运会涉及到的光伏安装项目13项，如表1所示。再加上北京市的“亮起来”工程、市科委百村太阳能照明工程、市发改委太阳能照明工程，共9000kWp，为北京带来了“绿色”的光亮。

　　总的来说，北京奥运工程中的太阳能光伏发电技术的应用量虽不是很大，但其应用涵盖了晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、新型薄膜太阳能电池；独立光伏发电系统、并网发电系统；固定光伏电站、跟踪型光伏电站等多个产品种类、多种应用类型，涉及面广、代表性强、技术较新。奥运光伏工程的展示在一定程度上成为国内太阳能发电领域综合实力的一个缩影。

　　中国工程院院士闻立时认为光伏一体化设计和制造把建筑工程变成了一种高度自动化的高效率制造产业，大幅降低光伏建筑的成本，有利于促进光伏建筑的迅速大面积推广；直接推进建筑节能，有利于迅速解决我国能源紧张的状态，增强我国的能源安全。光伏建筑一体化体现的是一种系统集成的思想，提升光伏建筑一体化能力将是今后光伏工程建设发展的重要方向。这一思路在本届奥运会光伏工程建设中尤为明显，几乎所有的光伏电站都或多或少地结合了建筑及景观设计。其中，国家体育馆最为突出。

　　北京地区最大的与建筑一体化的太阳能光伏电站--国家体育馆100千瓦并网光伏发电项目，在设计之初就注重了太阳能发电系统与建筑美观的结合。该项目是国家科技部“十五”科技攻关项目之一，总安装容量为102.5千瓦，安装面积约为1000平方米。实际上，1996年美国亚特兰大和2000年悉尼奥运会的场馆和奥运村的建设中，也应用了太阳能光伏发电技术，但与上述两届奥运会的应用方式相比，国家体育馆更加突出强调了建筑/光伏一体化这一理念。

　　国家体育馆屋顶采光带上方安装了1100块常规光伏组件，南立面的玻璃幕墙则是在历届奥运会中第一次使用的双玻光伏组件，它替代部分建筑材料，真正做到了太阳能发电与建筑的完美结合。太阳能电池板分别安装在屋顶采光天窗上方和南立面的玻璃幕墙，除了实现建筑物遮阳、采光、挡雨的维护功能之外，发电也一点儿不耽误。日均发电量212kWh，白天为20000m2地下车库的近500个车位提供照明电力，避开了白天电网的用电高峰，年节约电费约12万元，项目寿命期内产生电能232万kWh，节省电费267.15万元。采用发电不储电、无蓄电池，直接低压配电系统并网的运行方式，全寿命期内节约蓄电池及建筑空间投资950万元。国家体育馆太阳能光伏电站智能化的数据采集和逆功率监测保护系统，由传感器、转换模块、采集模块、PC机和通讯线路组成。传感器信号转换为通讯信号，送入控制室内的采集模块，由计算机监控系统运行状况。室内大厅的液晶屏，显示发电功率、累计发电量、二氧化碳减排碳量、节约石油量等节能减排数据。室外的光伏电池板与雄伟的建筑外观融为一体，全方位直观地向公众展示太阳能光电利用技术，向世界体现申奥承诺的具体落实。

　　除此之外，国家体育场“鸟巢”、奥运中心区等地的光伏电站也都在设计之初，巧妙地与屋面结合在了一起，成为建筑物重要的装饰部件之一。可以说，光伏与建筑的结合在奥运中的大量使用，为提升我国光伏建筑一体化能力提供了最好的实践经验与技术验证。

　　在本次光伏工程展示中，铜铟硫薄膜（GuInS2）太阳能电池的应用引人关注。“这是全国乃至全世界第一次将铜铟硫薄膜太阳能电池技术应用到实际，并且顺利发电，开创了该技术领域的应用先河，这是科技部、北京市科委科技项目支持的成果。”周少雄在接受采访时说道。

　　在奥林匹克公中心区，20kW铜铟硫薄膜太阳能电池发电系统安装在地下商业区出口处屋顶。该系统电池板总面积约400平方米，电池组件的光电转化效率达到8％左右，系统所发电量采用直接并网运行方式，就近并入230/400V低压电网，在白天，由安装在室外的太阳能电池阵列将太阳能直接转换成直流电能，经并网逆变器转换为交流电后对负载供电，不足部由电网进行补充，系统年发电量为30000kWh，相当于每年减少二氧化碳量20吨。

　　据周少雄介绍，铜铟硫电池在成本方面比晶硅电池具有绝对优势，约为多晶硅电池的1/3，并有望降低至1美元/峰瓦（约合6美分/kWh），达到与常规能源发电电价的交叉点。除了成本非常有竞争力以外，该电池理论上没有衰减，理论光电转化效率达到30％，工业化能够做到7％～8％，生产工艺无污染，使用电化学的方法处理可以做成柔性结构，并可以用高子材料进行柔性封装，非但尺寸不受限制，还可以与建筑物友好结合。并且，电池装配中不需要采用划槽工艺对电池进行串并联，根据用户要求定制电池板规格。铜铟硫薄膜电池节能效果明显，与晶体硅（能量回收期5-10年）相比，能量回收期仅1-1.5年。

　　谈到储能，郑耀东表示，目前储能概念火热，但储能并不是电力系统的必备环节。储能主要指电能的储存。在电网负荷低时储能，在电网高负荷时输出能量，有利于削峰填谷，减轻电网波动。在电价较低的谷期储能，在电高峰期使用存储好的电能，通过峰谷差套利，可以提高用户电能质量，减少用户用电成本。储存的能量还可用做应急能源。

　　硅材料价格居高不下给了薄膜太阳电池极大的机会。近两年，薄膜电池发展较快，据中国可再生能源学会数据，2007年薄膜电池世界总产量达到了350MWp，我国则达到了28.3MWp。薄膜电池被业界看做是太阳能电池的重要发展方向之一。

　　“本次奥运会的光伏应用中，展示了近年来我国在光伏系统技术上的许多突破。”北京科诺伟业科技有限公司（以下简称“科诺伟业”）副总经理朱伟钢在被问及奥运对光伏产业的影响时态度非常积极。作为前身是中国科学院电工研究所新能源研究室的科诺伟业是国内最早从事太阳能光伏发电研究及产品开发的单位之一，在本届奥运光伏电站建设当中，科诺伟业承担了多项太阳能光伏发电系统安装项目。

　　以国家体育场100kW的光伏电站为例，工程所用的关键设备器材--28台单相光伏并网逆变器此次全部采用国内自主研发产品，打破了之前此领域完全依赖进口的局面。太阳组件并网逆变器是利用太阳光伏发出的直流电经过逆变器逆变成交流电向电网馈电。通过实现与电网的电压、频率、相位达成一致，来解决光伏电站并网的难题。据朱伟钢介绍，通常光伏并网逆变器占系统总成本的20%左右，国产产品的售价仅是国外产品的1/3。并网逆变器技术的突破，意义显而易见。据悉，除科诺伟业之外，合肥阳光电源有限公司、北京自动化技术研究所在并网逆变器的生产领域也有各自的突破，为国内该领域的发展树立了良好的开端。

　　除此之外，在本次奥运建设中还首次使用了光伏配电系统中配有逆功率保护装置。由于奥运工程对安全的要求十分严格，此次并网实现的只是低压并网，即它所发的电将不会输送到电网的高压端，只与用电器连接。如何有效保证多余电力不返送电网？逆功率保护装置起到了关键的作用。

　　双电源太阳能路灯系统中用超级电容器和与其配套的专用路灯控制器也是此次奥运光伏技术中的一个亮点。同样的，这套系统也是奥运项目中自主研发的产品，并且在国内尚属首例。双电源太阳能路灯系统中，超级电容器作为路灯系统的储能装置寿命是普通铅酸蓄电池的5～8倍，达到25年，与光伏组件相同。区别于以往，超级电容器的对环境的影响较小，充分体现了绿色奥运、科技奥运的理念。据业内专家介绍，今后超级电容器代替铅酸蓄电池可能成为趋势。

　　通过奥运的平台，中国向世界展示了自己在新能源领域的科技实力。通过奥运光伏项目的开展，中国的光伏企业无论从技术方面还是从市场方面都在积蓄着更多的力量，为光伏市场特别是中国光伏市场的开启做准备。据悉，由于奥运光伏的展示带来的直接影响，上海世博会已经开始着手光伏电站的筹建。相信在业界的努力之下，太阳能造福人们的时代会尽快到来。