中國科學院電工研究所可再生能源發(fā)電咨詢與培訓中心 陳光明 馬勝紅 李 斌 尚永紅 劉 鑫 孫李平 張亞彬 熊 燕

一 分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

1 分布式光伏發(fā)電的發(fā)展

(1)分布式光伏發(fā)電的定義和范疇

根據(jù)國家標準GB 50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，分布式電源主要是指布置在電力負荷附近，能源利用效率高并與環(huán)境兼容，可提供電、熱(冷)的發(fā)電裝置，如微型燃氣輪機、太陽能光伏發(fā)電、燃料電池、風力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等。

據(jù)相關(guān)書籍資料介紹，分布式發(fā)電(Distributed Generation，簡稱DG)，通常是指發(fā)電功率在幾kW至幾十萬kW(也有的建議限制在3～5萬kW以下)的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元。

分布式光伏發(fā)電定義為，容量在幾kW～10萬kW范圍內(nèi)，接近負荷中心、獨立運行的或接入配電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)Q/CSG 10012-2005《中國南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導則》規(guī)定110kV及以下電壓電網(wǎng)為城市配電網(wǎng)。

分布式光伏發(fā)電與大型光伏發(fā)電系統(tǒng)相比較，具有規(guī)模適度、投資小、形式靈活等特點。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)距離負荷中心較近，發(fā)出的電能可就近消納、無需遠距離輸電，降低了輸電損失，減少了輸變電線路的設(shè)備投入和維護費用。與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)還具有利用原有建筑面積，無需額外占用土地的優(yōu)點。

(2)分布式光伏發(fā)電現(xiàn)狀

在歐洲各國，光伏發(fā)電以分布式光伏發(fā)電為主，占歐洲光伏總裝機容量的70%。目前，德國、西班牙、意大利等國開始削減光伏補貼，其中大型光伏系統(tǒng)和小型光伏系統(tǒng)區(qū)別對待。對大型光伏系統(tǒng)設(shè)定年度補貼上限、大幅下調(diào)補貼的同時，小型光伏系統(tǒng)備受優(yōu)待，其中給光伏屋頂?shù)碾妰r補貼更高，并且項目越小補貼越高。歐洲各國光伏補貼政策的調(diào)整顯示其對分布式光伏發(fā)電的重視，在近一段時期內(nèi)以發(fā)展分布式光伏發(fā)電為主。

目前，由于尚不具備遠距離輸送大規(guī)模光伏電力的輸電線路等條件，近期國內(nèi)光伏發(fā)電將以發(fā)展分布式光伏發(fā)電為主。按中國的太陽能資源分布，西北部是大規(guī)模光伏電力產(chǎn)出地區(qū)，東南部是電力消費地區(qū)，需要大量的電力，將西北部的電力輸送至東南部地區(qū)目前尚存在困難。中國政府已經(jīng)明確了光伏分布式電源發(fā)展的方向。2009～2010年，兩次推出“金太陽示范工程”和“光電建筑示范項目”，均旨在推進分布式光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。

據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的2011年第一季度全國電力供需與經(jīng)濟運行形勢分析預(yù)測報告，2011年1月份全國電力供需矛盾比較突出，2、3月份部分地區(qū)有電力供應(yīng)缺口，后三個季度，全國電力供需形勢偏緊，特別是迎峰度夏期間電力供應(yīng)缺口可能進一步擴大，預(yù)計缺口在3000萬kW左右，建議加快電源點建設(shè)。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，東南缺電的局面仍將在相當長時期存在，由于核電危機造成的核電發(fā)展指標下調(diào)和推遲，只能靠風電和太陽能發(fā)電來替代。在這種電力緊張的形勢下，建設(shè)適當規(guī)模分布式光伏發(fā)電可作為原有電源的有益補充。利用分布式光伏發(fā)電可發(fā)揮其建設(shè)周期短、投入運行快的特點，作為分布式電源點為負荷提供電力。由于分布式光伏的功率輸出特性與日負荷及夏季用電負荷吻合性好，適當規(guī)模的分布式光伏發(fā)電可在一定程度起到消峰的作用，十分有利于緩解電網(wǎng)的峰值壓力。分布式光伏發(fā)電可能會迎來發(fā)展的大好機遇。

2 分布式光伏發(fā)電工程存在的質(zhì)量問題

受益于政府對光伏發(fā)電的大力支持，國外分布式光伏發(fā)電起步較早，發(fā)展較快，累計裝機容量大，市場較為成熟。盡管各國均建立了質(zhì)量保障體系，控制分布式光伏發(fā)電工程質(zhì)量，但還是暴露出不少質(zhì)量問題。如不合格的搭建，在屋頂安裝光伏組件，支架設(shè)計不合理，支架與屋頂連接不牢固，存在著大風吹落組件的風險(圖1)；光伏組件質(zhì)量不合格，積雪覆壓導致組件變形損壞(圖2)；安裝光伏組件的房屋發(fā)生火災(zāi)事故(圖3)等。

圖1 支架與屋頂連接不牢固

圖2 組件被積雪覆壓導致變形

圖3 火災(zāi)事故

中國光伏發(fā)電應(yīng)用起步較晚，目前安裝容量不大，但近兩年在國家政策扶持和地方政府支持下，分布式光伏發(fā)電正在快速發(fā)展。由于大部分項目建成運行時間短，尚未充分暴露質(zhì)量問題。然而以往的一些離網(wǎng)項目中已經(jīng)出現(xiàn)過不少質(zhì)量問題。如存在光伏組件質(zhì)量不過關(guān)，光伏組件在使用幾年之后，出現(xiàn)電池片燒損斷裂、組件玻璃破碎等問題(圖4)；工程后續(xù)管理不嚴，電站遭到破壞，光伏組件被盜(圖5)、組件損壞等現(xiàn)象的發(fā)生。

圖4 電池片燒損斷裂

圖5 光伏組件被盜

在一些并網(wǎng)光伏項目中，也出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計不合理，建筑物陰影遮擋光伏陣列表面，支架在1～2年就銹蝕；在系統(tǒng)設(shè)計時，沒有對光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性進行分析；對于壽命期后設(shè)備的拆除、更換未作考慮；缺失設(shè)備入場檢測程序；驗收規(guī)范不全；沒有建立完善運行與管理的規(guī)范制度；后續(xù)評價機制沒有建立，存在對項目建成驗收后管控不嚴的隱患等問題。

從以上分布式光伏發(fā)電項目存在的種種問題可以看出，一些工程質(zhì)量問題不僅影響了系統(tǒng)的正常發(fā)電，甚至存在引發(fā)嚴重事故的隱患，可能造成巨大的經(jīng)濟損失。抓緊建立完善的質(zhì)量保障體系，緊抓工程質(zhì)量，預(yù)防由于質(zhì)量問題引發(fā)的事故是必須和迫切的。

二 國外分布式光伏發(fā)電工程質(zhì)量保障體系的經(jīng)驗與借鑒

1 德國光伏發(fā)電質(zhì)量保障體系

迄今，歐盟占據(jù)了全球最大的光伏市場，其中德國是歐盟成員國中光伏市場最大的國家。2010年，德國實際可再生能源占電力消費總量達到16.8%。其中，光伏發(fā)電裝機容量達到17.3GW，年發(fā)電量120億kWh，占電力消費總量的2%。

德國的上網(wǎng)電價政策有效地推動了其國內(nèi)光伏市場的快速發(fā)展。上網(wǎng)電價法規(guī)定，電網(wǎng)運營單位有義務(wù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)建成后將其接入電網(wǎng)，并且確?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)優(yōu)先接入電網(wǎng)，電網(wǎng)接入費用由光伏發(fā)電業(yè)主單位負責。電網(wǎng)運營單位根據(jù)政府確定的上網(wǎng)電價收購光伏系統(tǒng)在其建成后20年的發(fā)電量。業(yè)主的投資回報通過電力銷售實現(xiàn)，業(yè)主需要考慮其光伏系統(tǒng)的可靠性及發(fā)電運行情況，保證工程質(zhì)量。

為了確保光伏系統(tǒng)的質(zhì)量，德國目前關(guān)于光伏產(chǎn)品的認證包括VDE認證、TUV認證。認證過程采用的標準既有IEC、ISO等國際標準，也包括德國國內(nèi)的光伏產(chǎn)品相關(guān)標準。認證的產(chǎn)品包括逆變器、接線盒、線纜、支架等光伏系統(tǒng)所需的部件。目前德國國內(nèi)的TUV和VDE等認證機構(gòu)不僅提供產(chǎn)品的認證，也開始提供系統(tǒng)認證，業(yè)主可根據(jù)需要自愿選擇。

RAL質(zhì)量標識是德國太陽能協(xié)會提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)的認證標識。具備該標識的公司，證明其提供的光伏相關(guān)產(chǎn)品、規(guī)劃、設(shè)計、施工以及運行維護等服務(wù)，符合RAL的相關(guān)規(guī)范和要求，并按照RAL提供的要求對其提供的產(chǎn)品和服務(wù)進行備案以備核查。RAL質(zhì)量標識涵蓋的領(lǐng)域見圖6。RAL質(zhì)量標識的認證不是采用新制訂的標準或規(guī)范，而是將各類與光伏發(fā)電相關(guān)的標準和規(guī)范納入其標識認證體系中，愿意加入RAL質(zhì)量標識的會員單位必須經(jīng)過RAL質(zhì)量標識認證的審核。

RAL標識供光伏領(lǐng)域的投資、銀行和保險等領(lǐng)域免費使用，提高其建設(shè)光伏工程的效率。RAL標識對保障分布式光伏工程的質(zhì)量有重要的作用。目前，很多保險公司已經(jīng)將其業(yè)務(wù)擴展到光伏發(fā)電領(lǐng)域。

采用RAL進行質(zhì)量管理的優(yōu)點:

控制環(huán)節(jié)全面:RAL標識涵蓋的領(lǐng)域包括光伏系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)品，光伏電站的規(guī)劃設(shè)計、選址、施工、運行和維護。從光伏工程中部件的采購，到系統(tǒng)的正常運行，全過程質(zhì)量控制，將工程的風險降到最低。

操作簡便:投資者僅需要購買含有RAL標識的公司提供的產(chǎn)品和服務(wù)，即可實現(xiàn)其產(chǎn)品和服務(wù)符合RAL認證過程中的規(guī)范和標準。

管理成本低:成為RAL的會員后，光伏產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商及服務(wù)提供商將按照RAL規(guī)定的要求提供產(chǎn)品和服務(wù)，政府部門無需介入各個工程項目的管理，節(jié)約大量的管理成本。質(zhì)量的控制由產(chǎn)品和服務(wù)提供商自我約束和德國太陽能協(xié)會監(jiān)督共同完成。

RAL在保障光伏發(fā)電系統(tǒng)方面發(fā)揮了重要作用。但是，仍存在以下問題:

(1)光伏市場情況與RAL的實施力度密切相關(guān)。當光伏產(chǎn)品是賣方市場時，RAL標識很難發(fā)揮作用。由于RAL標識的使用是企業(yè)自主加入的方式，當光伏產(chǎn)品處于賣方市場時，投資者如提出符合RAL要求，其采購難度會更大，因此RAL標識將很難發(fā)揮作用。

(2)RAL標識采用的產(chǎn)品采購等相關(guān)的文件權(quán)威性不足，公眾認可度低。RAL標識是行業(yè)組織制定的條款，非國家行政機關(guān)制定，缺乏權(quán)威性，認可度低。

(3)RAL標識會員的違規(guī)成本較低。RAL標識是企業(yè)對其提供的產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量保證的承諾，如果違反了RAL的標識規(guī)定，違規(guī)的處罰僅是取消其會員資格。而企業(yè)會員的年費均在1000歐元以內(nèi)，違規(guī)成本較低，不能有力地保護投資者利益。

2 美國光伏發(fā)電質(zhì)量保障體系

目前，美國光伏工程質(zhì)量是依靠市場來調(diào)節(jié)和管理的。如果光伏工程的質(zhì)量不過關(guān)，質(zhì)量差，那么這些公司很難生存。因此，企業(yè)將光伏工程的質(zhì)量作為生存的必要條件。

美國國內(nèi)的光伏標準包括ASME、IEEE、NEC、SEMI、UL等標準。標準涵蓋的領(lǐng)域包括光伏組件、逆變器、電網(wǎng)接入、安全要求、建筑房屋等光伏系統(tǒng)相關(guān)的各個方面。光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝和使用過程中的安全問題是美國標準中十分關(guān)注的領(lǐng)域，NEC標準第690章專門針對光伏發(fā)電系統(tǒng)安全做了規(guī)定，包括接線、標記、接地、儲能等。

加州是美國光伏發(fā)電市場規(guī)模最大，歷史最久，相關(guān)技術(shù)及制度較為完善的地區(qū)。加州公共事業(yè)委員會和參議院批準了加州太陽能行動計劃，該計劃的目標是到2017年在私人及公共建筑安裝3GW的光伏系統(tǒng)。為了高質(zhì)量的完成該計劃，確保光伏發(fā)電工程質(zhì)量可靠，發(fā)電系統(tǒng)高效率發(fā)電，加州公共事業(yè)委員會制定了一套完整的質(zhì)量管理方案。

項目的激勵政策分為一次性補貼EPBB(Expected Performance Based Buydown)和電費補貼PBI(Performance Based Incentives)兩種方式。隨著項目的實施，補貼額度逐漸降低。申請者越早申請項目，獲得的補貼將越高。對于逆變器側(cè)輸出＜50kW的光伏項目采用EPBB補貼方式，按照安裝容量的折算值進行補貼；對于逆變器輸出≥50kW的光伏項目采用PBI補貼方式，按照上網(wǎng)電價收購光伏系統(tǒng)建成后五年內(nèi)的發(fā)電量。由于項目的補貼是依據(jù)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，業(yè)主必然很關(guān)注安裝、運行和維護質(zhì)量來確保高的發(fā)電量，從而獲得高的電費補貼。不適合EPBB補貼方式的光伏系統(tǒng)，均需申請基于發(fā)電量的PBI補貼方式。

加州公共事業(yè)委員會對補貼的光伏項目提出了具體的要求，主要包括申請者、發(fā)電設(shè)備的資格、能源效率、質(zhì)保、延續(xù)性、電網(wǎng)接入、電表、核查、項目數(shù)據(jù)庫以及其他要求。

加州太陽能行動計劃的實施流程，包括申請過程、項目安裝、電網(wǎng)接入和申請補貼，如圖7所示。

申請者在申請補貼時需要先提交申請，在提交申請后，政府將預(yù)留該項目所需要的款項，當光伏系統(tǒng)安裝并接入電網(wǎng)后，政府將該款項撥付給申請者。 (待續(xù))