基于太陽(yáng)能光伏發(fā)電現(xiàn)狀的研究

張秋芬，郝曉劍

(中北大學(xué)，山西 太原 030051)

1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

1839 年，貝可雷爾(法國(guó)科學(xué)家)發(fā)現(xiàn)了“光生伏特效應(yīng)”。1954 年，恰賓(美國(guó)科學(xué)家)等人在貝爾實(shí)驗(yàn)室用單晶硅制成了世界上第一塊太陽(yáng)能電池，從此誕生了光伏發(fā)電技術(shù)。自20 世紀(jì)70 年代以后，環(huán)境污染問(wèn)題逐漸嚴(yán)重，全球爆發(fā)能源危機(jī)，傳統(tǒng)燃料資源不斷減少，在這種情況下，全世界把目光投向了可再生能源，太陽(yáng)能以其獨(dú)有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)受到人們的重視［1］。

在過(guò)去的40 多年里，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的使用，已成為發(fā)達(dá)國(guó)家在偏遠(yuǎn)地區(qū)普遍使用的技術(shù)之一。一些發(fā)達(dá)國(guó)家由于地理因素在偏遠(yuǎn)地區(qū)，多選擇使用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在土耳其、挪威、澳大利亞、以色列、瑞典等國(guó)家，總的獨(dú)立光伏發(fā)電的電量已經(jīng)超過(guò)了并網(wǎng)發(fā)電的總量。

美國(guó):于1997 年6 月開(kāi)始了太陽(yáng)能“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃到2010 年，為100 萬(wàn)座建筑物安裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)［2］。在夏威夷，由于日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)能發(fā)電站超出其它各州。就太陽(yáng)能光伏普及率而言，美國(guó)大陸目前仍無(wú)法媲美意大利、德國(guó)及西班牙。

日本:1993 年制訂“陽(yáng)光計(jì)劃”，把光伏產(chǎn)業(yè)作為一項(xiàng)基本國(guó)策，常抓不懈;加大財(cái)力物力人力的投入，政策上實(shí)行各種優(yōu)惠，促進(jìn)了光伏發(fā)電項(xiàng)目的推廣與普及。目前，光伏發(fā)電技術(shù)已普遍應(yīng)用。

德國(guó):1998 年提出“10 萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃6 年安裝300～500 MW 光伏系統(tǒng)。德國(guó)于2003 年完成了“10 萬(wàn)屋頂發(fā)電計(jì)劃”，光伏發(fā)電普及率走在世界的前列。2011 年，德國(guó)新增光伏裝機(jī)容量7.5 GW，較2000 年增加160 多倍，全年光伏電站發(fā)電總量達(dá)185 億kWh，可滿足520 萬(wàn)戶居民的用電需求，光伏系統(tǒng)價(jià)格也大幅降低。2012 年上半年，德國(guó)新增光伏裝機(jī)容量約4 GW，全年新增量與2011 年持平。

2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)有著非常豐富的太陽(yáng)能資源，因此開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能有相當(dāng)大的潛能。我國(guó)于1958 年開(kāi)始研究太陽(yáng)能電池，政府一直把研究開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能技術(shù)列入國(guó)家的科技攻關(guān)計(jì)劃，大力推動(dòng)了我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入21 世紀(jì)，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在研發(fā)、生產(chǎn)、利用等方面都有很大的進(jìn)步，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2000 年，國(guó)家發(fā)改委牽頭制訂了“光明項(xiàng)目”。該項(xiàng)目倡導(dǎo)利用風(fēng)電技術(shù)、光電技術(shù)及其它環(huán)保能源技術(shù)，解決邊防哨所、公路鐵路及無(wú)電地區(qū)居民的生活用電等問(wèn)題。2007年，中國(guó)成為全球第二大光伏制造基地，光伏電池產(chǎn)量達(dá)到1 000 MW，但國(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)安裝量?jī)H約20 MW，光伏系統(tǒng)的累積裝機(jī)容量達(dá)100 MW，相當(dāng)于世界當(dāng)年安裝量的0.5%和世界累計(jì)安裝量的0.8%。自2007 年8 月31 日國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》起［3］，國(guó)家的補(bǔ)貼、扶持政策陸續(xù)出臺(tái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。

2009 年1 月，太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃正式啟動(dòng)。該行動(dòng)計(jì)劃確定了3 個(gè)階段目標(biāo)(2015 年分布式利用、2025 年替代利用、2035 年規(guī)模利用)，以光伏、光熱、光化學(xué)、光生物等太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用的幾個(gè)主要途徑所涉及的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題作為突破，并在核心技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用示范和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化等幾個(gè)層面實(shí)施“太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃”［4］。

2011 年，我國(guó)新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2 000 MW，新增量居世界第三，占全球光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量的7%。

2012 年7 月7 日，國(guó)家能源局印發(fā)了《太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，明確未來(lái)5～10 年，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，太陽(yáng)能發(fā)電有望加速進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段［5］。在不久的將來(lái)，太陽(yáng)能發(fā)電即將成為繼水電、風(fēng)電之后重要的可再生能源，成為電力系統(tǒng)的重要組成部分。

2013 年，在各種有利的國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)政策的扶持下，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迅速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全年新增裝機(jī)12.92 GW，占到了全球光伏產(chǎn)業(yè)新增市場(chǎng)份額的1/3。

2014 年，我國(guó)光伏制造業(yè)保持回暖趨勢(shì)，但一些中小型制造企業(yè)尤其是創(chuàng)業(yè)型企業(yè)進(jìn)一步面臨著資金鏈斷裂危機(jī)。同時(shí)光伏行業(yè)仍然會(huì)是貿(mào)易壁壘的重災(zāi)區(qū)，中國(guó)在歐洲、美國(guó)等市場(chǎng)面臨諸多阻礙。

2014 年～2016 年，我國(guó)會(huì)采取多種措施，促進(jìn)光伏企業(yè)兼并與重組，以提升光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)，既滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，又提高了沒(méi)有電力和特殊地區(qū)人們的生活水平，在工業(yè)生產(chǎn)起到了非常重要的作用。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在相當(dāng)大的差距，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面:

1)生產(chǎn)規(guī)模較小，自動(dòng)化水平不高;

2)國(guó)產(chǎn)原材料純度低，品種不多，性能需改進(jìn)。

這些方面的差距使太陽(yáng)能光伏組件的成本高于國(guó)際市場(chǎng)，因而在國(guó)際市場(chǎng)中無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力，特別是加入WTO 后，在零關(guān)稅情況下，我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上都面臨著非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。雖然我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚，但前景卻是一片光明。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。當(dāng)有陽(yáng)光照射時(shí)，太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生電壓，通過(guò)充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將電能貯存起來(lái)。無(wú)光照時(shí)，蓄電池組為逆變器供電，通過(guò)逆變作用，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜負(fù)責(zé)供電。圖1 和圖2 分別為兩種最常見(jiàn)的光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖［6］。

圖1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖

圖2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖

4 光伏發(fā)電的前景

充分開(kāi)發(fā)利用好太陽(yáng)能，是世界各國(guó)在能源方面可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略，其中太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)最受矚目。

專家預(yù)計(jì)，21 世紀(jì)前半期的30 年～50 年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電量將超過(guò)核電發(fā)電量。以2040 年計(jì)算，這要求太陽(yáng)能光伏發(fā)電量年增長(zhǎng)率達(dá)16.5%，前提是光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝成本至少能與核能相當(dāng)。

當(dāng)前影響太陽(yáng)能光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用的阻力是生產(chǎn)制造的成本高。所以，降低生產(chǎn)成本，提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率是發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的出路。

最近，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院研制出一種有TiO2制成的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)33%，并成功的采用了一種無(wú)定型有機(jī)材料代替電解液，使它的成本較低，使用起來(lái)也更加簡(jiǎn)便，可想而知，隨著技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能電池成本會(huì)大幅降低。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)將會(huì)大規(guī)模發(fā)展。

未來(lái)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展必將具有以下特點(diǎn):

1)光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展;

2)光伏電池組件成本繼續(xù)降低;

3)光伏電池轉(zhuǎn)換效率提高;

4)薄膜太陽(yáng)能電池的研究將有突破發(fā)展;

5)普及程度更高。

太陽(yáng)能就是一種方便簡(jiǎn)潔、使用渠道寬、可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保能源，太陽(yáng)能發(fā)電前景一片光明。

［1］楊金煥，于化從，葛亮.太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［2］張虎.節(jié)能技術(shù)在我國(guó)建筑節(jié)能工程中的應(yīng)用［J］.住宅科技，2005(6):25－27.

［3］蔡守秋.我國(guó)可再生能源立法的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.中州學(xué)刊，2012(5):71－75.

［4］閆明月.中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃［J］.節(jié)能，2009(1):50.

［5］國(guó)家能源局.太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃［Z］.2012.7.

［6］周志敏，紀(jì)愛(ài)華.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:電子工業(yè)出社，2013.