淺述太陽能光伏的發展歷程及應用

王建濤

（唐山曹妃甸筑城工程管理有限公司 河北 唐山 063299）

如果從能源角度看：第1次工業革命（1760～1840）是英國人用煤炭代替了木柴，建立了煤炭經濟；第2次工業革命（1870～20世紀初）是美國人用石油代替了煤炭，建立了石油經濟。那么正在發生的第3次工業革命中，中國人必將用可再生能源代替傳統的化石能源，建立“光伏經濟”。

1 光伏電池的發展歷程

人類將太陽能用于工業可追溯到1615 年，所羅門·德·考克斯（法國工程師）發明第1臺利用太陽能驅動的發動機。其工作原理是利用太陽能加熱空氣，使其膨脹做功。而1954 年美國貝爾實驗室研制成的實用型硅太陽電池，為光伏發電的大規模應用奠定了基礎。

1958年美國先鋒1號衛星裝備了太陽能電池，是太陽能電池首次在太空應用。1960年硅太陽能電池發電站首次實現并網運行。

進入21世紀，光伏發電的技術有了突飛猛進的發展，在世界各國政府相關政策的推動下，光伏發電的應用也得到了日新月異的發展。

2 光伏發電的優勢

漢能控股集團董事局主席李河君的順口溜，“太陽能，量無限，面無邊，照無時，蓋無偏，取無價，用無染”概括了光伏發電的所有優點。

目前大概建設光伏發電站及分布式電站的3大條件已經具備。首先，經過晶硅技術得到了很快發展，晶硅光伏組件的光電轉化率已經達到了21%。其次，智能電網的發展和國家政策的支持、鼓勵，光伏電站并網會更加普遍。第三，儲能電池技術得到了充分發展。

隨著光伏組件及上下游設備價格的下降，平價上網時代將從夢想進入現實，分布式發電站就可以得到普遍認可與普及。據相關機構預測，2020年左右光伏發電的度電成本將會下降到0.31元/kW·h，低于火電的度電成本。

屆時即使沒有國家相應的財政補貼政策，各個廠礦企業、家庭也將積極投入資金建設光伏電站，那么光伏發電裝機總量會發生從量變到質變的過程，光伏發電終將會代替傳統的化石能源。

3 光伏產品的應用和相關展望

3.1 分布式發電站

（1）農村太陽能計劃。2015年，國務院扶貧辦確定實施的“十大精準扶貧工程”之一，即“光伏扶貧”。光伏扶貧既充分利用貧困地區農戶平房屋頂、院落空地或是集體空閑用地，建設分布式太陽能光伏電站，相應的費用由國家、企業和農戶（農村集體）共同解決，并且農戶享有一定的收益權。

在農村屋頂安裝太陽能光伏發電系統，還會起到明顯的“冬暖夏涼”的隔熱效果。以夏季的降溫效果為例，裝有光伏屋頂的室內溫度可降低3～5℃，大大降低了室溫。另外還可以降低空調耗能。

（2）工業廠房、倉庫等屋面發電站。光伏發電站的弊端之一，即占用土地資源。但是很多工業企業的廠房、倉庫的屋頂閑置，企業可以投入部分資金利用已建成的廠房、倉庫屋頂建設屋面太陽能光伏發電站。電站能夠為企業提供部分甚至全部的電力需要，剩余的電量可以直接銷售給電網公司，不僅能夠節省用電成本，還能給企業帶來可觀的收益。

對于已建的廠房、倉庫，當初可能沒有考慮光伏組件的承重問題（普通玻璃基光伏組件，屋頂承重要考慮50kg/m2左右），但是應用漢能的柔性薄膜光伏組件即可解決此問題。

（3）山地沙漠戈壁。為了解決地面光伏電站占用土地資源的問題，同樣可利用山地、戈壁和沙漠土地。正泰新能源公司投資的內蒙古庫布其光伏項目在幾年后，由于太陽能電池板的遮擋減少了水的蒸發量，荒漠竟然長出了草。此項目對中國的荒漠化建設具有參考意義。

（4）漁光互補。按照“漁光互補”的理念規劃建設，在確保漁業園區建設的同時，能促進光伏能源的開發，上面發電，下面養魚、養蝦。有利于充分發揮“土地”的綜合效益。射陽縣依據自身的水環境優勢，在射陽湖畔建設了20MW漂浮式光伏電站。與傳統的漁光互補項目相比，該項目最大的亮點在于將光伏發電組件安裝在睡眠漂浮體上，上層發電、下層進行水產養殖，具有不占用土地資源、減少水量蒸發、水冷作用光伏組件發電量高等特點。

3.2 移動能源

（1）發電紙。發電紙即太陽能發電紙，是指光伏組件做成柔性組件，可以像紙張一樣柔軟、彎曲。非常適合騎行、遠足等野外愛好者。在戶外運動時，掛在背包上、自行車上即可為手機、pad等移動設備充電。可以根據用戶需求做成不同發電規格的產品，而且可以折疊方便攜帶。發電紙也可以鑲嵌在帳棚頂、公文包上。

（2）ofo、摩拜等共享單車。2016年下半年共享單車站在了經濟發展的風口浪尖上，但是我關心的是用什么樣的產品為智能鎖提供能源，干電池？光伏組件的“黑科技”改變了人們的觀念，漢能集團充分發揮其光伏組件輕、柔，可靠、安全，能效轉化率高、弱光發典性好等優勢，為共享單車定制了5.5W的太陽能組件，為智能鎖中內置的電子芯片供應源源不斷的綠色能源。

光伏移動能源+互聯網共享單車的發展，不僅能夠給企業帶來可觀的經濟效益，更能帶來社會效益。此種模式的發展能夠調動起每個公民的環保意識，推動人們生產生活方式的綠色變革，為治理霧霾等環境污染問題貢獻力量。

（3）交通安全產品。交通安全產品設置在道路中的數量較多，而且分布非常分散。在一些高速公路、偏遠山區鋪設市電的成本較高，從而致使對交通信號燈、指示燈等的供電較為困難。光伏組件光電轉化率和儲電設備技術的提高，促使光伏發電組件在相應的交通安全產品供電上得到了普遍應用。

4 展望

4.1 分布光伏電站與充電樁結合

因為家庭汽車的普及，大量尾氣成為城市內的霧霾的主要污染源，電動汽車的發展可以解決此問題。

目前業內人士正在開展光伏組件新的應用方式：分布式光伏與充電樁的結合。這種結合可謂是天衣無縫。電動汽車減少汽車尾氣對環境的污染，而電動汽車用電的來源也是清潔的，實現真正的環保發展。美國特斯拉公司所有的超級充電站將由太陽能供電。

4.2 光伏電站與交通設備結合

美國人扎克伯格做起了太陽能發電的飛機，并試飛成功。

中國航天科技集團公司第十一研究院自主研發的新型彩虹太陽能無人機在西北某地圓滿完成臨近空間（2萬m高空）飛行試驗。我們相信太陽能飛機終將會量產，走入人們的視野。漢能表示與福耀玻璃合作開發的光伏車頂已取得成功，此產品能夠提高電動汽車的續航里程。相信不久的將來，我們能夠看到會發電的汽車車頂。

4.3 光伏組件外套

隨著新材料、新技術的擴張，我們能夠想象到，我們穿的衣服就是由光伏組件所制成。

4.4 光伏瓦

我們都知道古代建筑多采用“瓦”做屋頂。我們可以想象，將光伏組件鑲入“瓦”中，做出建筑的新構件。那樣光伏組件與建筑的結合將重新定義。

4.5 光伏路面

據政府網站數據，2016年全國高速公路總里程已突破13萬km。按照雙向4車道考慮，再加上路肩3m，則寬度至少約14m，則可實用面積越1820km2。如果能夠將高速路面做成能夠發電的太陽能路面，則可節約大片土地資源。據悉在山東濟南，由我國完全自主知識產權研發與鋪設的全球首段光伏高速公路已完成，已經進行了測試。據了解，路面的最上層為類似毛玻璃的半透明新型材料，能夠保證汽車輪胎不打滑，還能夠保證充足的透光率。并且在路面下預留了電磁感應線圈，隨著以后電動汽車無線充電技術的配備，電動汽車在行駛過程中就能夠充電。

5 結語

從國家能源局網站了解到，2017年上半年，光伏發電裝機約1.02億kW，占全部電力裝機的11.9%，同比增長了500%（2016年上半年光伏發電裝機約2000萬kW）。可預判，以后光伏電力裝機將以幾何的形式增長。

太陽能時代已經到來。不久的將來，太陽能不僅是傳統能源的補充，終將代替是人類發展史上的必然。這是一個不可抗拒的歷史潮流，也是一個不可逆轉的過程，太陽能才是人類未來的希望所在。

參考文獻：

[1]李河君.中國領先一把.北京：中信出版社,2014.

[2]陳明忠.我國農村地區廣發發電應用前景的分析.城市建設理論研究（電子版）.北京.2017.08.

[3]王士元.光伏技術在交通安全產品中的應用發展.交通節能與環保.上海：2010.02.