摘要：光伏发电是如今全球最流行的新能源发电技术之一，同时也是最有开发潜力的新能源发电技术之一，其无污染、无枯竭危险及产效发展潜力大等特点注定光伏发电将逐步成为未来的世界主流发电技术。而对于光伏发电来说，未来主流应用场景的定位及发展方向非常重要，只有光伏发电的主流应用场景及发展方向定位准确，才能让整个光伏发电产业能够低成本高产出，实现绿色能源高效应用，为全球提供高效环保的电力供应保障。鉴于此，本文首先对光伏发电的必要性进行阐述，其次对光伏发电未来主流应用场景进行分析与展望，最后结合未来应用场景对发展方向与模式进行分析。
关键词：光伏发电；应用场景；发展方向
引言
光伏发电发展至今已经进入相对成熟的阶段，但受制于光伏组件成本与发电效率的原因，现如今大部分光伏发电仅应用于厂房屋顶及地面光伏发电站。随着未来光伏组件成本的逐步降低以及发电效率的继续爬升，光伏发电的可应用场景将变得更加广阔，未来的定位及发展走向非常重要。选择适配性极高的应用场景及根据场景开发相应的“光伏发电+”系统是未来光伏发电产业的重中之重，也是光伏发电进一步奠定全球主流发电技术的关键核心一环，未来光伏发电将进一步应用在建筑材料及高速公路，同时光伏发电将不再是单一的发电系统，而是形成光伏、储能及充电相结合的“光储充”一体化的智能微电网，成为广泛应用于全球的局部地区供电系统网络。
1光伏发电的必要性
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光能主要来源于太阳，太阳的光能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和资源的充足性优点，是全球能源中最具有长期能源战略地位的绿色清洁能源。
1.1 保护环境
光伏发电是一种清洁的能源，既不直接消耗化石资源，同时又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。相比传统火力发电方式，可以减少大量的温室效应性气体CO2，大气污染气体SO2、氮氧化物等的排放，还可节约用水，减少相应的废水对水环境的污染。由此可见，光伏发电系统有明显的环境效益。
1.2 缓解能源危机
根据预测，石油和天然气将在70年后枯竭，煤将在200年后枯竭，全球正面临着能源危机。大力发展光伏发电技术，有助于缓解能源危机，把光伏充电技术应用到更广泛的场景将切实改变对石油天然气等不可再生能源的依赖。
2019年，在广东，一个装机容量为10MWp，首年发电量为979万度电的光伏电站，首年节约标准煤约3426吨，减排CO2约8909吨，整个光伏电站25年寿命周期内共节约标准约79922吨，总减排CO2约207830吨。光伏发电有效减少了不可再生能源的使用量，提高发电效率，有助于拜托对石油、天然气及煤炭等依赖，逐步缓解能源危机。
1.3 潜力巨大
根据最新数据显示，德国海姆霍兹柏林材料所(HZB)创造的单结钙钛矿-硅叠层太阳能电池的最新效率为29.15%，为光伏组件最高效率记录。根据理论预测，未来10年，通过材料复合及技术革新，光伏组件效率将有望突破50%甚至更高。光伏发电技术还有非常大的效率潜力可开发，在同等甚至更低的单瓦成本下，还能开发出更高的效率产出更多的电能与经济效益，整个光伏发电产业链拥有巨大的产效潜力及经济潜力。同时，光伏发电有潜力进入更多不同的场景与领域，不仅能够大幅度缓解资源短缺问题，还能够实现生态平衡。如在中国逐渐流行的农光互补及渔光互补光伏电站，有效优化空间利用率，加强资源整合效率，减少资源浪费。
2光伏发电未来主流应用场景
光伏发电技术发展到今天，由于经济性的原因，现主要应用于三大场景。一是大面积的工业厂房及物流仓库屋顶，为屋顶业主提供“自发自用，余电上网”的发电模式。二是地面大型地面光伏电站，所发电量全额供应电网。三是互用光伏，主要适用于农村平房。但未来光伏技术进一步兑现潜力，让成本更低产效更高实现后，光伏发电的应用场景将不再仅限于这三大场景，光伏发电将会在两大应用场景中持续发挥其优势与特点，进一步优化整合利用空间，提升资源使用效率。
2.1建筑材料
光伏发电之所以主要集中于大面积的房顶屋面的主要原因正是受制于光伏组件的效率。如今的光伏组件效率还不够高，普遍只有15%-20%左右的效率，只有依赖大面积的房顶才能产出足够的用电量供给使用方足够的电量并获取相应的经济效益，甚至就连我国大部分平房户用光伏实际上也是得益于政策补贴才能达到经济平衡。随着光伏发电产业发展，尤其是光伏组件逐步得到突破，成本逐步下降，效率逐渐提高，光伏组件的形态也在逐步进化，现在不再只能在建筑的屋面安装光伏组件，而是逐步让光伏组件融合到屋面材料，直接做成光伏建材。例如开始逐步流行的柔性非晶硅薄膜组件，成本低，对屋顶强度要求低，可附着于屋顶表面，甚至能附着于其他建筑材料上。其次有BIPV光伏组件，它是将太阳能电池片通过胶片密封在一片低铁玻璃和一片背面玻璃的中间，是一种最新颖的建筑用高科技玻璃产品。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用低铁玻璃覆盖在太阳能电池片上，以确保有更多的光线透过率，产生更多的电能。经过钢化处理的低铁玻璃具有更高的强度，可以承受更大的风压及较大的昼夜温差变化，可应用于建筑幕墙及屋顶，是如今一种相对成熟的光伏建筑材料。其成本较高，但通过替代建筑材料的方式以及未来技术革新压缩成本将能解决其经济性的问题。未来，每一栋建筑物都可以结合建筑设计及用电规划进行一定比例光伏建材建设建筑，让建筑实现电力“自发自用”，实现建筑自我供电，减低电网负荷，同时降低用电及建筑成本。光伏建筑材料将会是未来光伏发电应用场景的主流发展方向，光伏组件通过外观、技术革新，可以作为建筑物的屋顶、外墙、窗户，这样即可用做建材也可用以发电，尤其是乡县平房建筑及城市中间隔密度较小的建筑，如学校、医院、体育馆、会议中心以及各种地标性建筑等，未来这种类型建筑将大比例采用光伏建筑材料作，让建筑实现绿色电网生态，实现建筑电力供应“自发自用”，真正实现绿色产能，优化整合利用空间，提升资源使用效率。
2.2高速公路
高速公路的应用场景在中国已不是第一次提出。山东高速公路率先完成了光伏高速公路示范项目，但由于路面承受压力过大，运维难度与成本过高，从长远看，光伏道路并不是一个可持续发展的应用场景。但高速公路有条状性地块、位置偏僻、电力建设成本高等特点，是非常适配发展光伏发电的应用场景。高速公路的红线地块一般为高速公路路段及两边50米宽，属于条形状，地块不易被开发利用，例如高速公路边坡及互通，但是这些不规则地块是适合开发光伏发电系统的。高速公路大多地处偏僻位置，周边没有遮挡，同时电力增容拉线较远，电网配网成本高，同样有利于光伏发电应用。除了现在广泛应用的服务区光伏车棚以外，高速公路还有非常大的潜力开发应用光伏发电系统，如高速公路边坡、互通、隧道周边地块、服务区建筑、经过城乡的隔音墙以及匝道圈。鉴于高速公路系统用电分散的特点，可根据用电规划围绕收费站、管理中心、服务区及城市出入口周边配置光伏发电系统，为整个高速公路网络及周边偏僻城乡提供电力供应。高速公路网络将会是未来光伏发电的主流应用场景，我国现阶段多省份也开始充分意识到高速公路网路与光伏发电的适配性，除了山东光伏高速公路以外，江苏等几个省份已开始在高速公路边坡、互通、服务区车棚及匝道圈开始开展试验性光伏发电项目，这是一个好的开端，也实践证明光伏发电在高速公路网络的应用是实际可行的，未来通过技术革新将进一步深度融合应用，进一步结合高速公路网络的特点合理整合利用闲置资源，减低电网配电成本，形成高速公路绿色电网生态，让高速公路网络实现电力供应“自发自用”，真正实现智慧交通，绿色交通。
3光伏发电未来发展方向
光伏发电未来发展前景广阔，除了通过外观形态与技术革新让光伏发电进入更广泛领域，最关键的是光伏发电将不再只是单独以绿色发电应用于能源供应市场，而是以光伏、储能及充电相结合的“光储充”一体化的微型电网成为未来全球最广泛，覆盖面最广的微型发电网络生态。众所周知光伏发电有无数优势，发展前景广阔，但同样有一些缺陷，尤其是生产效率同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关，到了夜晚基本无法进行有效生产。“光储充”一体化能有效解决这一关键性技术缺陷，早上光伏发电电能可储存于储能电池中以供晚上用电设备使用，同时未来光伏发电外观、效率及技术革新，大部分民用应用场景中能实现一天的发电电量高于一天的使用电量，过剩电量配备充电桩进行电量补给交通运输，充分实现局部区域形成微电网，减轻电网负荷，以绿色产能实现智能区域能源配置。现阶段“光储充”一体化已经开始在一些光照资源相对好的地区投入使用，但都是以服务专营充电站为基础，“光储充”一体化更多被定位为充电配套获利工具。长远来看，这样的“光储充”一体化定位是有偏差的，没有真正实现“光储充”一体化的智能绿色电网价值。“光储充”一体化应该以光伏发电为核心，储能充电为能源智能分配辅助，充分发挥分布式区域发电优势，通过智能调节以满足区域用户用电需求。在未来的主流应用场景中，“光储充”一体化智能微电网可完全配备到独立建筑以及区域群体，例如学校、医院、体育馆、会议中心以及社区等，通过高效能光伏建筑材料完成光伏发电，通过储能根据用电需求调配电力供应，辅以充电设备对建筑及社区相关交通运输车辆进行补能，以实现区域化智能电力分配，不再高度依赖电网供电，实现绿色能源高效利用。在高速公路网络场景，“光储充”一体化智能微电网推广意义更大，作为城际交通核心枢纽，高速公路网络虽然自身有电需求不算高，但随着电动汽车的蓬勃发展，电动汽车必然是未来全球汽车趋势，这将对高速公路电力配置要求提高，同时电网配电高速公路成本较高，“光储充”一体化智能微电网能完美解决这一问题。通过在高速公路边坡、互通、隔音墙、匝道圈、服务区及管理中心建筑与车棚等大面积铺设光伏发电系统，主要供应充电桩给到途径电动汽车用户进行续航补电，同时供给高速公路收费站、服务区、管理中心日常电力使用，通过储能根据用电需求调配电力供应，以满足高速公路网络形成内部智能电力供配网络，减轻对电网依赖，降低电网配电负荷与成本，打造立体化绿色智慧公路。
结论
光伏发电是一项环保稳定、持续发展潜力巨大的新能源发电技术。随着光伏组件外观、材料、效率及技术的持续发展，光伏发电将在建筑材料及高速公路网络有深度发展与规模化应用。通过建筑一体化及高速公路闲置空间再利用以达到电力“自发自用”，同时光伏发电摆脱单一发电侧模式，结合储能、充电形成“光储充”一体化智能微电网，有效形成局部区域电力供应，摆脱电网依赖，减轻电网负荷，真正实现绿色能源广泛应用。
参考文献
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[3]李锋. 光储充一体化智能微电网工程应用技术研究[J]. 钢铁技术, 2019(2):53-56.
论文作者:吴子俊
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：光伏论文; 高速公路论文; 电网论文; 场景论文; 未来论文; 建筑论文; 效率论文; 《中国电业》2019年22期论文;