光伏太陽能應用探討

摘要：傳統能源的獲取往往只是從開發的便捷性和經濟成本上考慮，沒有注意到能源資源的有限性和對地球環境造成的持續干擾性和破壞性。近年，新能源的開發和應用受到了人們普遍的關注，其特征是有可持續發展的空間，較少對環境造成干擾和影響，風能和太陽能都是我們熟知的新能源，本文重點引用國內外光伏太陽能在開發、應用當中最新的數據資料對比，對認識和應用這一新能源技術提供參考和借鑒。

關鍵詞：能源問題；新能源開發；光伏太陽能；應用現狀；開發探討

中圖分類號：TK519 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0164-02

一、能源問題

圍繞能源的問題實在太多，人類社會的發展歷程，往往是伴隨著能源的開發和運用歷程展開的，從農耕時代的人力、蓄力到如今大量機械及電器設備的運用，我們都可以看到能源以不同形式存在和運用的范例，然而至今不到200年應用歷程的電能，在所有能源中所占的比重越來越大，其傳輸的高效，能量間的轉換和控制容易等都是電能的優點，而當今社會生活中大量電器產品的出現，更將我們對電能的依賴推向了極致，你是否想過，如果你的生活中停電了該怎么辦？事實上，生活在現代社會的人們，這樣的事情一旦發生，所有的生活都很難想象。為避免這樣糟糕的事出現，我們建立了強大而復雜的電力供給網絡及支撐這些網絡的能源基地，其中包括水電站、火電站和核電站等傳統能源基地，對于一些重要場所的設備用電，我們采用了UPS等多套的備用電源供給方案。按理說，多重保險已將這樣的發生概率降至極點，然而，情況并非如此。人類對電能的需求與日俱增，在追求舒適生活時，能源的消耗也大幅度遞增，在我國的重慶、武漢等城市，每年夏季高溫，大量家庭空調的集中使用讓電力網絡遠遠超過平時的用電負荷，電力公司不得不采取必要的限電措施來維持基本的生活用電所需。當然，這樣的狀況也給電力公司的發展帶來了更多機會，也同時給我們關于能源的運用帶來了更多思考：傳統的能源還能大規模開發嗎？傳統的能源基地的開發和利用空間究竟有多大？過去的幾十年，傳統能源的大規模開發使經濟迅速發展，然而過度的開發已導致地球環境越來越糟糕，最近幾年，地球上頻繁出現的極端氣候，洪水、干旱、泥石流頻頻發生已向我們敲響了警鐘。

二、新能源的開發和應用

傳統能源在開發和利用上存在的諸多問題促使人們將目光轉到對環境、生態，尤其是其利用和開發空間即為寬廣的新能源方案上，新能源的一個顯著特征有可持續發展的空間，較少對環境造成干擾和影響。近年，我國風力資源的開發成效顯著，這是新能源應用成功的一個典范，據資料報道：截止至2012年6月，我國已以5258萬千瓦的裝機并網容量取代美國而成為世界風電第一大國。在我省大理，楚雄州的牟定縣，昆明的富民縣等都能見到風力發電機組的身影。在我國遼闊的國土上，大規模（千萬千瓦級）的風電基地目前多集中在甘肅、內蒙、山西等所謂的河西走廊一帶，由此表明我國近年來對新能源發展的重視，對現有能源結構實施的戰略調整已初顯成效。另一種可供開發的新能源——光伏太陽能發電，這是人們醞釀已久并終究可以看到應用希望的一種新能源。每天投向大地，東升西落、日復一日，滋養著大地萬般生物的太陽給了我們開發運用這種能源的靈感。在地球上，只要有人類居住的地方，幾乎都能見到太陽，這就是我們能應用的能源基地，事實上，我們現今所應用的能源，追根溯源，都是來自太陽，只要太陽存在，其源源不斷的能源幾乎是無限的。已有詳細的資料表明，目前，太陽正處于青壯年時期，到達衰竭期尚有遙遙40億年之遠，因而，太陽能可以認為是一種永不衰竭的能源。經測試表明，太陽投射到地球上的有效能量按地區的不同其年輻射量在3350～8400MJ/m2（大約在930kwh/m2～2333kwh/m2）不等，比較我們普通家庭年用電量大約在1500～4000kwh之間，可以想見只要將不到2平米的太陽能利用上，也就足夠一個家庭一年的能源所需。

三、全世界光伏太陽能的開發及應用狀況

當電能最先造福人類的時候，已有人想到將太陽能直接轉變為電能的方案，1883年在美國出現的第一個大面積硒薄膜光伏太陽能電池是最早的應用原型，到1955年，一個造價達到1500美元/瓦，效率為2%光伏太陽能電池出現在美國的Hoffman電子，到1958年，其效率已提高到10%，并在美國的NASA先鋒衛星首次應用，之后，光伏太陽能電池被大量應用于太空，幾乎所有送到太空的衛星、航天器、空間站，都用到光伏太陽能電池板，外太空的大規模運用，促進了技術的進步，使發電效率進一步提高，產量持續增加，成本不斷下降。大規模光伏太陽能電池的應用在21世紀開始，最近10年光伏太陽能產量由1997年的125.8MWP，增加到2007年的3730MWP，年平均增長率41.3%，最近5年的年平均增長率達到49.5%。2007年，全球光伏太陽能安裝量為2.4GWP，德國約占47%，西班牙約占23%（分別為世界第一和第二）。2008年，安裝量增至5.5GW，累計安裝量已達15GW，按地區排名，西班牙新裝機量為2.5GW（占45.4%為世界第一，德國第二）。2011年全球累計安裝量已增至2.4GWP，其中，意大利28%，德國26%，美國10%（分別排名第一，第二和第三）。預計到2020年，全球總裝機量將達200GWP，絕大部分為并網發電。

四、我國光伏太陽能的發展態勢

光伏太陽能產品（或者產業）究竟距離我們還有多遠，我國目前應用情況如何，由以下幾個因素決定：其一，光伏太陽能發電的效率是否還有提高的空間，目前的效率在15%至18%之間，提高的空間很有限。其二，不同地區的日照年輻射值的差異性，我國土地遼闊，幅員廣大，全國各地太陽年輻射分布在3400MJ/m2～8400MJ/m2。其三，光伏產品的市場價格，現在的國內電池模板價格已降到近1$/WP（約6元/瓦），其四，綜合發電成本按系統規模大小不同、地區不同使用年限不同，目前的價位大約控制在1～3元人民幣/千瓦時之間，這個價位距普通居民0.5元人民幣/千瓦時的價位尚有一段距離，但差距已經很小。中國光伏太陽能產業目前面臨的是“兩頭在外”的發展模式，90%以上的硅材料依賴進口，90%以上的產品依賴出口，形成了對全球產業鏈的“依附性發展格局，這樣的格局導致原材料的高價進口，產品出口價格受制于國外，國內企業承擔產業鏈中的高污染、高耗能的生產環節，企業抗風險能力弱等不利于光伏市場健康發展態勢。我國實現光伏太陽能發電的前景如何走，縱觀世界先進國家在光伏太陽能發電所走過的路途，結合我國國情，我們認為采取國家、用戶、電力公司三方共同努力，分部實施的辦法，國家給政策，電力公司給技術、給服務，用戶給宣傳、給普及的方式進行。首先，可以在一些條件成熟的學校、醫院及政府機關所在地建立光伏并網發電示范園，在以光伏發電作為補充、后備能源的供給的同時，以科普和宣傳的方式讓民眾認識這種新能源的特性，一旦時機成熟，逐漸推行發達國家屋頂光伏發電的經驗，其方法的實施可由電力公司利用建筑屋頂安裝光伏太陽能電池，建設發電系統，在白天發電高峰時吸收電能，進入電力系統，通過安裝的用戶電表抵扣晚上向電力公司買電的數目，用戶賣電給電力公司的方式，來發展我國光伏太陽能發電（目前儲能蓄電池技術尚不夠理想）。總之，我國對光伏太陽能的利用起步較晚，潛力很大，特別是我國地域廣袤，太陽能資源豐富，開發利用太陽能的空間十分廣闊，必須重視其開發利用，為今后我國的能源提供更多選擇。

參考文獻：

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作者簡介：解天（1962-），男，漢族，云南玉溪人，副教授，研究方向：通信及電能應用、光伏太陽能、自動化技術。