芻議太陽能光伏技術(shù)與應(yīng)用

張燚+王智遠(yuǎn)

[摘 要]太陽能光伏技術(shù)主要是指利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電的一種科學(xué)技術(shù)。它的應(yīng)用與開發(fā)可以有效解決世界人口、資源、經(jīng)濟(jì)三者之間的矛盾，并使其得到一定的協(xié)調(diào)發(fā)展。當(dāng)前，人們對太陽能的利用目的主要是為了發(fā)電，使其代替原有的發(fā)電能源和發(fā)電技術(shù)，成為新時代下一種新型的環(huán)保節(jié)能發(fā)電技術(shù)，減少化石能源的使用以及在使用過程中對環(huán)境所造成的污染，從而實(shí)現(xiàn)我國能源的可持續(xù)發(fā)展的目的。

[關(guān)鍵詞]太陽能 光伏技術(shù)

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）04-0355-01

一、引言

太陽能是一種清潔的、取之不盡、用之不竭的可再生能源。利用太陽能發(fā)電是開拓新能源和保護(hù)環(huán)境的有效途徑，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能主要有三種方法：熱電轉(zhuǎn)換、光化電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換是直接把太陽能轉(zhuǎn)換為電能，不必首先轉(zhuǎn)化為熱能或化學(xué)能而再轉(zhuǎn)化為電能。通過太陽能電池（又稱光伏電池）將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)（又稱太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)）。太陽能光伏發(fā)電目前工程上廣泛使用的光電轉(zhuǎn)換器件晶體硅太陽能電池，生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟，已進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。太陽能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷纸泄夥骷Ｎ镔|(zhì)吸收光能產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，稱為光生伏打效應(yīng)。這種現(xiàn)象在液體和固體物質(zhì)中都會發(fā)生。但是，只有在固體中，尤其是在半導(dǎo)體中，才有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。

二、太陽能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用

太陽能電池最早用于空間，至今宇宙飛船和人造衛(wèi)星等空間飛行器的電力，仍然主要依靠太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)來供給。20世紀(jì)70年代以后，太陽能電池在地面得到廣泛應(yīng)用。目前已遍及生活照明、鐵路交通、水利氣象、郵電通信、廣播電視、陰極保護(hù)、農(nóng)林牧業(yè)、家庭民生、軍事國防、并網(wǎng)調(diào)峰等各個領(lǐng)域。功率級別大到100KW～10MW的太陽能光伏電站，小到手表、計算器的電源。光伏發(fā)電具有的優(yōu)點(diǎn)包括：安全可靠，無躁聲，無污染，能量隨處可得，不受地域限制，無須消耗燃料，無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，故障率低，維護(hù)簡便，可以無人值守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無須架設(shè)輸電線路，可以方便與建筑物相結(jié)合等。地處邊遠(yuǎn)地區(qū)的建筑，如山區(qū)、鄉(xiāng)村、海島和小、遠(yuǎn)、散的建筑，特別適合利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為供電系統(tǒng)。除邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電系統(tǒng)采用太陽能光伏系統(tǒng)外，還可利用太陽能電池作照明系統(tǒng)、水泵系統(tǒng)以及通信電源系統(tǒng)。隨著太陽能電池發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，將進(jìn)入更大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域。

三、太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀

（1）國外光伏發(fā)電現(xiàn)狀。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)主要集中在日本、歐盟和美國，其光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80%。21世紀(jì)以來，一些發(fā)達(dá)國家紛紛制定了包括太陽能電池在內(nèi)的可再生能源計劃。太陽能電池的研究和生產(chǎn)在歐洲、美洲、亞洲大規(guī)模鋪開。1997年6月，美國副總統(tǒng)戈爾和能源部長分別宣布了一項“克林頓總統(tǒng)百萬屋頂光伏計劃”。緊接著，能源部并于11月立即著手安排政府貸款項目，以實(shí)施這一宏偉計劃。該計劃325個城市的100萬個建筑物屋頂上安裝3GW光伏系統(tǒng)，預(yù)計到2010年可以完成。日本政府的計劃目標(biāo)是：至2010年，安裝4600MW光伏發(fā)電系統(tǒng)。2004年，德國新安裝的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)大約200MW。德國可再生能源可滿足50%以上總能耗需求。法國的太陽能發(fā)電容量由2002年的0.66MW，發(fā)展到2003年的2.9MW。印度的光伏產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用市場居領(lǐng)先地位。1998—2002年，印度計劃安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)150MW。至2010年，歐盟計劃光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到3GW，澳大利亞計劃光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到0.75GW。目前，美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。美國擁有世界上最大的光伏發(fā)電廠，其功率為7MW；日本也建成了發(fā)電功率1MW的光伏發(fā)電廠。全世界總共有23萬座光伏發(fā)電設(shè)備，以色列、澳大利亞、新西蘭居于領(lǐng)先地位。太陽能電池光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源的重要席位，要代替部分常規(guī)能源，而且將稱為世界能源供應(yīng)的主體。歐洲光伏工業(yè)協(xié)會（EPIA）的預(yù)測：2020年，光伏組件年產(chǎn)量40GW，系統(tǒng)總裝機(jī)容量195GW，光伏發(fā)電量為274TWh。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；預(yù)計到21世界末，可再生能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電占到60%以上。

（2）國內(nèi)光伏發(fā)電現(xiàn)狀。20世紀(jì)90年代以來是我國光伏發(fā)電快速發(fā)展的時期。在這一時期我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)。成本不斷降低，市場不斷擴(kuò)大。裝機(jī)容量逐年增加，2006年累計裝機(jī)容量達(dá)35Mw。約占世界份額的3%口。10多年來，我國光伏產(chǎn)業(yè)長期平均維持了全球市場1%左右的份額。到加20年前。我國光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)將會得到不斷的完善和發(fā)展。成本將不斷下降。光伏市場會發(fā)生巨大的變化：預(yù)計2005—2010年。我國的太陽能電池主要用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電成本到2010年將約為1.20元/kwh光伏發(fā)電將會由獨(dú)立系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

四、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中需要解決的問題

目前，世界太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)還處于初級階段，為了保證太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。需要做好以下工作：①繼續(xù)研制太陽能電池新材料，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率；②研究太陽能光電電池最大功率跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤：③研究太陽能光電池陣列的優(yōu)化組合算法，實(shí)現(xiàn)太陽能光電電池陣列的優(yōu)化組合；④研究太陽能光伏發(fā)電的軟并網(wǎng)技術(shù)，減少光伏電能對電網(wǎng)的沖擊；⑤探索并實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電與建筑物建設(shè)相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)建筑物綠色發(fā)電與自我供電；⑥探索并出臺保護(hù)太陽能光伏發(fā)電發(fā)展的政策與法律、法規(guī)。對太陽能發(fā)電電價實(shí)行保護(hù)政策。促進(jìn)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

五、結(jié)語

太陽能是潔凈、可再生能源，是傳統(tǒng)化石能源的最為重要的替代能源之一。我國由于幅員遼闊的先天優(yōu)勢，光伏產(chǎn)業(yè)的前景形勢大好，由于政府的大力扶持，并加大對光伏產(chǎn)業(yè)的宣傳及示范，使太陽能光伏技術(shù)方興未艾。在上海世博會展中，其大部分展館都已引入太陽能發(fā)電，為全館提供40%的照明能源。可以預(yù)見，不久的將來，在建筑電氣設(shè)計中都會逐漸引入光伏照明的概念。這一切都表明，太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域大有可為。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔容強(qiáng)、趙春江、吳達(dá)成.并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)——太陽能實(shí)用技術(shù)叢書.化學(xué)工業(yè)出版社，2010年.

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[3] 羅玉峰，陳裕先，李玲.太陽能光伏發(fā)電技術(shù).江西高校出版社，2012.