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1、太阳能光伏发电技术及其发展前景分析 【摘要】随着人类的进步，经济的发展，世界能源使用的现状不容乐观，我国虽然是资源大国，但是，由于人为浪费和客观条件限制，能源枯竭的情况也开始出现，所以，发展太阳能光伏发电技术非常重要。本文将从以下几分方面来分析太阳能光伏发电技术及其发展前景。 【关键词】太阳能;光伏发电；技术；发展；前景 中图分类号：TK511文献标识码： A 一、前言 目前，我国太阳能光伏发电技术虽然取得了一定的进步，但是，还需要进一步的深入研究如何更加有效率的利用其优势，提供更加环保节能的太阳能光伏技术。 二、全球发展太阳能光伏发电的必要性及其环保意义 1、再生能源替代化石能源是社会发展的
2、必然趋势 目前，世界能源结构中，人类主要利用的是化石能源，其中石油、天然气、煤炭的消费构成分别为41%、23%、27%。而根据目前所探明的储量和消费量计算，这些能源资料仅可供全世界大约消费170年。具体来说，石油将在40年内耗尽，天然气将在60年内用光，煤炭也只够使用220年。我国一次能源状况也和世界相仿，据国家1999年政府白皮书估计，目前我国石油剩余可采储量为32.736亿吨，可供开采20年；天然气剩余可采储量11704亿立方米，可供开采60年G；煤炭剩余可采储量为1145亿吨，可供开采不足百年。 由此可见，在人类开发利用能源的历史长河中，以石油M天然气和煤炭等化石能源为主的时期仅是一个不
3、太长的阶段，化石能源被新能源取代是历史的必然。因此，人类必须未雨绸缪，及早寻求替代能源。同时我们也知道，化石能源的大量开发和利用是造成人类生存环境恶化的主要原因之一，如燃烧化石能源所排放出的二氧化碳和含氧硫化物直接导致了地球温室效应和酸雨的产生。21世纪，人类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战E在有限资源和环保要求的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题，这就要求我们所寻求的替代能源必须是可再生的清洁能源。 2、太阳能是一种理想的可再生能源 开发利用太阳能的主要途径是光伏发电，它具有如下优点：无噪声，无污染，能量随处可得，不受地域限制，无需消耗燃料，可以无人值守，建设周期短，规模设计自由度大
4、，可就地使用，容易储存，还可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是常规发电和其它发电方式所不能比拟的，而且使用太阳能光伏发电可以既不为核电站可能发生的核泄露事故而烦恼，也不必为水电站的堤坝可能在战争或地震中崩溃而担忧。 三、太阳能光伏发电的优点 1、资源本身的优势 无资源枯竭危险，绝对干净，（无污染，除蓄电池外）不受资源分布地域的限制，可在用电处就近发电，能源质量高，使用者从感情上容易接受，获取能源花费的时间短，供电系统工作可靠。 2、地理优势 全球只要有阳光照射到的地方，就可以安装太阳能发电系统供电。灵活分布，系统可大可小，实现就近供电，在没有电网的地区照样可以用上电，如渔船、野外果园等。
5、3、其他优势 太阳能光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。 四、太阳能光伏发电技术 1、太阳光伏发电技术原理 太阳能电池是太阳能光伏企业的核心设备，光伏发电利用太阳能电池将光能直接转换成电能。1839年Becquerel发现了光生伏打效应，为太阳能电池的产生奠定了基础。太阳能电池芯片的PN结被光照射后，高能状态下的电子吸收了光能，被激发成为自由电子，自由电子在晶体里移动，余下的空穴也围绕晶体移动，自由电子在N结聚集，空穴在P结聚集，由此PN结间形成电势差，从而可以作为电源
6、使用。 2、太阳能电池 提高太阳能光伏发电技术的关键是提高太阳能电池的转化率。太阳能电池主要分为硅基太阳、化合物半导体电池。 （一）硅基电池 电池和化学电池是目前商业化最成熟的太阳电池。硅基太阳电池分为晶体硅和非晶硅电池，晶体硅可分为多晶硅电池和单晶硅电池，单晶硅光伏电池虽然转换效率高，稳定性好但是成本也比较高，多晶硅电池虽然转换率低些，但是以其较高的性价比成为市场上最主要的光伏太阳能电池。晶硅光伏发电技术的发展的方向主要是硅薄膜光伏发电。硅薄膜太阳电池的是指将硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持衬底上制成的太阳能电池，相对传统的晶硅太阳能电池而言，生产硅薄太阳能膜电池所需的硅材料少，成本低，
7、能耗小但是生产工艺比较复杂 （二）化合物半导体电池 半导体硅的价格比较贵，相对而言化合物半导体的成本就比较低了，化合物半导体电池主要有CdTe电池和CIGS电池。这些化合物半导的体能隙宽度可以方便的调节，从而与太阳光谱匹配，将更多的光能转换为电能。理论上CdTe电池的光电转换效率可达30%，而且性能稳定，原材料价格低廉。另外，金属镉Cd具有毒性，会严重的污染环境，根据有关研究结果，生产相同多的电量，CdTe与煤、石油和晶体硅电池相比，排放的镉等重金属的量是最低的。 3、太阳能光伏发电系统 （一）独立光伏发电系统 独立光伏发电系统是独立运行的发电系统，不与电网相连，一般建设在远离电力系统的边远地
8、区或者作为野外移动式电源使用。独立光伏发电系统将白天生产的部分电能存储在蓄电池里，晚上释放出来使用，对没有条件接入电网的居民而言是很好的选择。但是在实际应用过程中，因为独立光伏发电系统供电不稳定，通常会建立一个普通电站辅助，这提高了光伏发电的成本，也与利用清洁能源发电的目的背道而驰。 （二）并网光伏发电系统 并网光伏发电系统是指将光伏发电设备与电网连接在一起的发电系统。太阳能光伏发电设备与其他类型的发电站一样能为公共电网提供有功电能和无功电能。光伏电池在阳光照射下产生的是直流电，需要经过相关设备变换成与公共电网频率相同的交流电，之后再以电流源、电流源等方式把电能送入电网，所以并网系统不需要蓄电
9、池，系统运行成本低于独立光伏发电系统。另外，并网光伏发电系统的转换率比独立光伏发电系统高很多，所以发电系统的供电比较稳定，是太阳能光伏发电产业的比较合理发展方向。 4、光伏发电成本趋势分析和预测 2013年，第五届中国（无锡）国际新能源大会暨展览会10月24日26日在江苏无锡太湖国际博览中心召开，本届大会以“新能源：交流共识行动”为主题，探索全球新能源产业发展，寻找中国新能源产业出路等。和几年前相比，2013来，随着光伏组件价格的下降，光伏发电的成本整体已经下降了20左右，分散式电站前景广阔。 围绕着降低成本的各种研究开发工作取得显著成就，表现在晶硅原材料制备技术取得巨大突破，硅片厚度持续降低
10、、电池效率不断提升等方面，在短短几年时间，光伏发电成本下降幅度远超市场预期。 首先，硅片厚度持续降低。降低硅片厚度是减少硅材料消耗，降低晶体硅太阳电池成本有效技术措施之一。30多年来，太阳电池硅片厚度从20世纪70年代的450500微米降低到目前的180200微米，降低了一半以上，对太阳电池成本降低起到了重要作用。目前，国内优秀企业电池片厚度已达到国际先进水平180微米。在不提高碎片率的前提下，如果太阳电池厚度从180微米降到160微米，太阳电池硅用量可减少10%，组件成本可下降6%。 其次，电池效率不断提高。单晶硅电池的实验室效率已经从20世纪50年代的6%提高到目前的25%，多晶硅电池的实
11、验室效率达到了20.3%，先进技术不断向产业注入，使商业化电池技术不断得到提升。目前量产的晶体硅电池的效率达到14%20%(单晶硅电池16%20%，多晶硅14%16%)。晶体硅电池的效率提高1%，发电成本可下降6%。 同时，我国提前3年达到专家2014年预测度电成本，更是反映出光伏技术的飞速突破。2011年8月12日，中国资源综合利用协会可再生能源专委会在京发布中国光伏发电平价上网路线图（以下简称路线图）。路线图分析，假设2009年光伏上网电价为1.5元/千瓦时，以后每年下降8%；火电上网电价以后每年上涨6%。则到2014年，中国工商业用电价格首先超过光伏发电上网电价，率先实现“平价上网”。假
12、设2009年光伏发电上网基准价为1.5元/千瓦时，按照光伏发电价格每年下降8%，2014年光伏发电价格将低于1元/千瓦时，而常规工商业用电2009年平均价格0.81元/千瓦时，若每年上涨6%，到2014年工商业用电价格将超过光伏发电上网电价，率先实现平价上网，国内光伏发电的市场将快速启动。 到2020年光伏发电系统价格能够下降36%-51%。光伏发电系统价格已经快速下降，过去5年在欧洲已经下降50%。未来10年，预计光伏发电系统价格能够下降0.83-1.59欧元/瓦，相当于下降36%-51%。在所有国家和所有的市场类型，光伏发电系统价格的显著下降都是有可能的。比较几个国家的价格，德国是最低的，
13、但其他几个国家与德国的价格差距快速缩小。 相对于成熟的德国市场，其他欧洲国家的光伏发电系统价格水平更高。这主要是因为更小的市场缺乏竞争和政策选择，将有利于更贵的光伏发电系统的发展，同时更繁杂的行政和并网流程减小了市场对价格水平的影响程度。此外，不可持续的激励机制也人为的减慢了价格的下降。 五、世界太阳能光伏发电的现状 1、北非 摩洛哥于2012年启动多个太阳能光伏发电场项目，旨在使其太阳能光伏产业在地区乃至全球清洁能源领域占据一席之地。 2012年9月，摩洛哥政府与由沙特国际水能和电力公司组建的企业联合体签署了一项价值10亿美元的太阳能发电站建造合同。该发电站位于摩洛哥南部瓦尔扎扎特地区，预计
14、将于今年底开工，2014年底投入运行，设计发电能力为160兆瓦。据悉，今年年底前摩洛哥政府还将完成多座太阳能发电站的建设招标。 按照摩洛哥政府制定的中长期产业发展规划，该国将依靠丰富的太阳能资源大力发展太阳能产业，由此带动整个北非地区太阳能产业的整体发展。根据规划，该国将在西部撒哈拉沙漠地区建设面积达到近30平方公里的太阳能发电站，预计投资90亿美元，2020年总发电能力达到2000兆瓦，从而形成巨大的零碳排放太阳能发电产业。届时，摩洛哥38%的用电将来自太阳能，在满足本国需求的同时摩洛哥还可为地区国家和欧洲国家提供电力。 摩洛哥太阳能发展局主席穆斯塔法表示，中东北非地区拥有丰富的太阳能资源，
15、摩洛哥希望成为世界领先的太阳能发电国家。在这一产业发展规划的第一阶段，摩洛哥将重点开发南部瓦尔扎扎特及其周边地区的太阳能，争取在2015年建成总发电能力为500兆瓦的太阳能发电站。 2、中东 预计，到2017年，中东北非地区太阳能需求量将超过10GW，2015年便可提前满足该地区部分太阳能需求。沙特阿拉伯和土耳其将成为中东北非地区最大的太阳能需求国，需求量将占到该地区的70%。沙特或成为中东北非地区首个拥有吉瓦规模的太阳能市场。得益于其良好的可再生能源政策和可借鉴的先进风电项目经验,土耳其有望成为该地区的第二大市场。 对中东北非地区的石油生产国来说，可再生能源将代替石油进行发电，进而帮助其他国
16、家从高价进口油当中解放出来。可再生能源在能源供应多样化中起着重要的作用。日前，一些国家宣布要在中东北非地区建立一系列可再生能源基础设施，大量投资将随之涌入。 为使2013-2017年期间海湾国家能源产出提高50%，海湾国家将向电力行业投入大约630亿美元、阿拉伯东部地区将投368亿美元、伊朗214亿美元、阿拉伯西部地区146亿美元、其他阿拉伯国家23亿美元，同时整个中东北非地区对于电力能源的投资将达到大约1470亿美元，该地区国家也将向水电项目投入巨额资金。 3、南亚 2010年8月5日尚德电力宣布，将为泰国乃至东南亚地区最大的太阳能电站提供34.5兆瓦光伏组件。而在此前尚德电力刚刚宣布与与印
17、度领先的独立太阳能生产商AzurePower签署协议，将向该公司供应280W多晶硅太阳能板，以开发印度国内几个地区的公用事业规模太阳能项目。 孟加拉国电力供应严重短缺，用电量处于落后水平，只有不到20%的人口有电力接入，孟加拉国农村地区对小型太阳能发电设备需求旺盛。目前，孟加拉国政府已将太阳能发电项目放在优先发展地位。孟加拉国的太阳能发电设备的进口关税和增值税已经减免。 孟加拉国政府期望能于2015年将太阳能科技作为商业用途，并于2020年将太阳能电源列入国家供应电网范围内。当地大型能源机构已开始寻找国外机构合作，针对此类计划进行投标 4、国内太阳能光伏发电发展分析 相比于国外，中国蕴藏着丰富
18、的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。就目前看，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。 我国地域广阔，是太阳能资源丰富的国家之一，三分之二的地区年辐射总量大于5020Mj/m2，年日照时数再2200h以上。光伏发电系统总安装容量约20MW。这些光伏电站对提高当地人民物质文化水平和带动当地经济发展都起到了非常积极的作用。通过国家太阳能产业扶持，我国光伏发电产业有了长足的进步，尤其是在电池封装、系统集成、并网发电技术等方面与国外的差距进一步缩小，但是，随着未来光伏发电产业的扩大会对太阳级硅材料产生巨大的需求的增长，我国的原材料自给率能
19、力低的矛盾将日益突出。虽然我国也在扩大硅材料生产能力做出了努力，但仍然无法摆脱对进口的依赖，已有的生产线普遍存在开采不足，原材料的短缺将成为未来我国光伏发电产业发展的一个瓶颈。 （一）我国产业前景 目前，太阳能电池创新技术的研究开发，主要围绕加大吸能面，如采用双面电池，减少反射，运用吸杂技术，减少半导体材料的复合；电池超薄型化，如薄膜电池；高效聚光电池；改进现有制造工艺；开发新的电池材料；改进理论、建立新模型等。如以玻璃为基板材料的非晶硅薄膜太阳能电池，属新型太阳能电池产品，具有成本较低、工艺较成熟、便于规模化生产等优势。 我国在京都议定书的签订，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业
20、带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；原油价格的上涨，中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。 （二）我国太阳能光伏发电发展目标 预计，到2050年，我国可再生能源的电力装机将占全国总电力装机容量的25%，其中光伏发电装机将占到5%。未来十几年，将是我国太阳能光伏产业发展继续迅猛的一个阶段。 七、结束语 总而言之，太阳能光伏发电一种清洁的发电模式，能够提供更加清洁的太阳能，大大缓解世界各国的能源压力，未来太阳能光伏发电将在中东、北非、南欧等太阳能充足的地区率先发展起来，而我国也应该抓住机会，在太阳能光照
21、充足的西北部大力发展太阳能光伏发展产业。【参考文献】 1UNDP，UNDESA. WEC World Energy Assessment. 2M Shahidehpour, F Schwartz. Dont let the sun down on PV. IEEE Power & Energy Magazine，2009（5/6）. 3IEA PVPS. Trends in photovoltaic applications: Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2006R.2009. 4吴理博. 太阳能光伏发电并网逆变系统的研究D. 北京：清华大学，2008.
