太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

【摘 要】隨著全球能源危機和環(huán)境污染的日益加劇，太陽能這一永不枯竭、零污染的了理想可再生能源受到了各個國家的親睞。本文主要論述了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及各國在推進光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面取得的成效，展望了我國光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】太陽能 光伏發(fā)電 現(xiàn)狀 前景

一、引言

世界能源形式緊迫，已經(jīng)成為世界十大焦點問題之首。預(yù)計到2050年，全世界人口總數(shù)預(yù)計將達(dá)到100億，經(jīng)濟可開采的資源大約只有0.9TW，風(fēng)能實際可開發(fā)資源僅約2-4TW，生物能3TW（總計8TW）；太陽能潛在資源120000TW，實際可開采資源達(dá)到600TW，所以，太陽能是唯一能保證人類未來需求的能源來源。所謂太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，就是利用半導(dǎo)體界面的光生伏打效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。自哥哈本會議后，從美國到歐盟等各個發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把新能源和節(jié)能提高到社會和經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略高度，中國政府也在2009年的國務(wù)院文件中提出要加大對新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的金融支持，太陽能光伏發(fā)電成為了電力學(xué)科的一大研究熱點。

二、國外光伏發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀

自1839年法國科學(xué)家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)光生伏打效應(yīng)以來，太陽電池已經(jīng)有170多年的發(fā)展歷史[1]，1954年美國貝爾實驗室成功制備了具有實用價值的單晶硅太陽能電池，該硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率從開始的4.5%，到幾個月后的6%[2]，光伏技術(shù)的研究與應(yīng)用進入了新的發(fā)展階段。21世紀(jì)以來，太陽能電池開始規(guī)?；a(chǎn)，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)成為朝陽產(chǎn)業(yè)，特別是在西方等發(fā)達(dá)國家，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用滲透到各個行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。

在2012年5月25～26日的2天時間內(nèi)，德國太陽能發(fā)電創(chuàng)下史上最高發(fā)電量記錄，最大輸出功率達(dá)2200萬kW，使太陽能發(fā)電可供應(yīng)該國近一半的總電力需求。同時，德國的太陽能年裝機量也在不斷地刷新著記錄。2010年德國太陽能發(fā)電總裝機容量為7.4GW，2011年為7.5GW，2012年為7.6GW 。

德國政府還提出了未來獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：2011年，德國決定在2022年之前退出占發(fā)電總量四分之一的17座核電，并以可更新能源代替。甚至提出雄心勃勃的太空太陽能發(fā)電計劃，即，利用太陽能電池在離地球3.6萬公里的太空收集太陽能，通過激光光束精確的找到地面接收設(shè)備，并與地面能量傳輸網(wǎng)進行連接，最終在太空中建立太陽能發(fā)電廠，直接為地球上的人類提供能源。將太陽能產(chǎn)業(yè)作為朝陽產(chǎn)業(yè)，從政策、法規(guī)、研發(fā)等各方面支持，促進其發(fā)展。

三、國內(nèi)光伏發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀

上個世紀(jì)70年代開始，我國的一些專家、學(xué)者就開始對太陽能光伏發(fā)電的相關(guān)理論進行探索。然而，當(dāng)時主要是為了解決一些其他應(yīng)用問題，并沒有作為重點能源開發(fā)。直到本世紀(jì)，太陽能光伏發(fā)電才得到國家層面戰(zhàn)略高度的重視與支持。2007年年底，我國發(fā)電裝機只有10萬kW，與國外發(fā)達(dá)國家相比，還存在不少差距。

由于國家的重視，我國在近十幾年來的風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電方面的發(fā)展也非常快速。一些大型風(fēng)電、太陽能發(fā)電站相繼建成，新能源發(fā)電在總發(fā)電量中的所占比例逐年上升。2010年開始，中國電力科學(xué)研究院新能源研究所投入40億元，開展了357項科研項目，致力于新能源建模分析與優(yōu)化、電網(wǎng)友好型風(fēng)電控制技術(shù)、風(fēng)光火協(xié)調(diào)優(yōu)化運行與調(diào)度、特高壓交直流大功率外送對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響和對策等方面的研究，開發(fā)出了綜合監(jiān)控系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)投入到實際運行，實現(xiàn)了新能源的可觀測性；掌握了功率預(yù)測技術(shù)，實現(xiàn)了新能源的可預(yù)報性；攻克了新能源設(shè)備并網(wǎng)運行控制核心技術(shù)，實現(xiàn)了新能源的可控、可調(diào)。2012年，我國在河北張北縣建成了當(dāng)年世界上規(guī)模最大的集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能發(fā)電以及智能輸電四位一體的新能源智能穩(wěn)定接納系統(tǒng)。該系統(tǒng)讓風(fēng)電、光伏發(fā)電等這些不穩(wěn)定的電源通過與儲能發(fā)電相結(jié)合，瞬時搭配成像火電一樣平穩(wěn)的電源并入主網(wǎng)。這套系統(tǒng)運行一年半以來，已經(jīng)累計接納新能源發(fā)電近4億度。2013年，國家電網(wǎng)技術(shù)人員成功獲得了1100千伏直流特高壓輸電線路的外絕緣參數(shù)，這一高壓線路的經(jīng)濟輸電距離可以達(dá)到4500公里[3]。

在政府的支持下，我國近多年光伏發(fā)電的發(fā)展已進入快速道。但是，由于國內(nèi)對太陽能光伏技術(shù)的研究與開發(fā)較晚，產(chǎn)業(yè)鏈還沒很好形成，整個EPC也缺乏經(jīng)驗，技術(shù)積累與西方發(fā)達(dá)國家相比仍存在不少差距，特別是一些核心技術(shù)，仍處于從發(fā)達(dá)國家引進的階段，使得光伏產(chǎn)業(yè)背負(fù)著沉重的成本負(fù)擔(dān)。

四、我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展前景

目前，中國的光伏企業(yè)市場主要被歐美等發(fā)達(dá)國家所占據(jù)，但是隨著我國一系列光伏補貼政策的出臺，國內(nèi)市場將進一步打開，光伏企業(yè)必然會擺脫生產(chǎn)過剩的現(xiàn)狀。國家明確提出鼓勵在中東部地區(qū)建設(shè)和建筑相結(jié)合的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，因而分布式光伏發(fā)電和建筑光伏一體化將會成為我國未來光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。諸如太陽能照明或者屋頂太陽能之類的太陽能下游市場將會得到大力的發(fā)展。今后，光伏并網(wǎng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量管理，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控和顯示等相關(guān)技術(shù)也將會得到等多的研究與開發(fā)[4]。同時，根據(jù)我國光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況，今后一個時段內(nèi)，我國的光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用將主要集中在城市并網(wǎng)光伏發(fā)電、荒漠和海島等地區(qū)的供電、景觀和LED照明等商用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] R.M.Mach，G.O.Mueller.White light emitting diodes for illumination.SPIE，2000（39）：30

[2] 徐青山，分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù).北京[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009，12：25-26.

[3] 趙穎，獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[4] 王玲霞，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展前景分析[J].科技創(chuàng)新論壇，2013，4：152.

作者簡介：

邱燕（1981—）女，陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，主要從事自動控制與新能源技術(shù)等方面的研究。