太陽能材料分類及我國(guó)太陽能發(fā)電現(xiàn)狀

姚志鵬

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的需求量越來越大，新能源的開發(fā)越來越受到重視，太陽能發(fā)電具有高效清潔、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)能源戰(zhàn)略中占據(jù)著日益重要的地位。本文介紹了太陽能材料的分類及研究動(dòng)態(tài)，并闡述了我國(guó)太陽能發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：太陽能；材料；分類；發(fā)電

太陽在40min內(nèi)照射到地球表面的能量可供全球目前能源消費(fèi)使用1年，合理的利用好太陽能將是人類解決能源問題的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，是其中最受矚目的研究熱點(diǎn)之一[1]。太陽能是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。為了充分有效地利用太陽能，人們發(fā)展了多種太陽能材料。按性能和用途大體上可分為光電轉(zhuǎn)換材料、光熱轉(zhuǎn)換材料和光化學(xué)能轉(zhuǎn)換材料。近十幾年來，各國(guó)都在太陽能材料的研究和利用方面投入了大量的資金，也取得了一系列的成果。盡管太陽能材料的成本還較高，性能還有待進(jìn)一步高，但隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，太陽能材料愈來愈顯示了誘人的發(fā)展前景。

1 太陽能材料

1.1 光電轉(zhuǎn)換材料

光電轉(zhuǎn)換材料主要分為有機(jī)物材料、硅材料和多元化合物材料等[2]。

（1）有機(jī)物材料

有機(jī)太陽能電池材料大體可分為四大類：小分子太陽能電池材料、大分子太陽能電池材料、D-A體系材料和有機(jī)無機(jī)雜化體系材料。

（2）硅材料

硅材料分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。單晶硅是目前普遍使用的光伏發(fā)電材料，它被用做人造衛(wèi)星、太陽能汽車的電源以及城市路燈或街頭時(shí)鐘的電源。但由于單晶硅生產(chǎn)工藝復(fù)雜，加工工藝繁瑣，致使單晶硅電池成本居高不下，因此依靠單晶硅大規(guī)模推廣太陽能電池是很難的。

多晶硅原料是半導(dǎo)體工業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)共同的上游原材料，太陽電池生產(chǎn)的原料是半導(dǎo)體工業(yè)的邊角廢料。多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)20.4%，明顯不如單晶硅。但與單晶硅電池相比，多晶硅電池材料制備方法更為簡(jiǎn)單、耗能少，可連續(xù)生產(chǎn)。

非晶硅最明顯的特征是組成原子的短程有序、長(zhǎng)程無序性。非晶硅的另一個(gè)特點(diǎn)是在非晶硅半導(dǎo)體中可以連續(xù)物性控制，當(dāng)連續(xù)地改變非晶硅中摻雜元素和摻雜量時(shí)可以連續(xù)改變其電導(dǎo)率、禁帶寬度等，這為獲得所需要的新型材料提供了廣闊的選擇空間。

（3）多元化合物材料

應(yīng)用于太陽能電池的多元化合物材料主要是砷化鎵、碲化鎘和銅銦鎵等，這類材料相比于硅基太陽能電池具有使用材料少、成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高、可選用柔性基材等優(yōu)點(diǎn)。但是由于穩(wěn)定性能等方面還存在一些問題，大多數(shù)的多元化合物太陽能電池還未工業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 光熱轉(zhuǎn)換材料

光熱轉(zhuǎn)換材料按用途可以分為導(dǎo)熱材料、蓄熱材料和集熱材料[3]。

（1）導(dǎo)熱材料

導(dǎo)熱材料主要有導(dǎo)熱流材料和導(dǎo)熱流管道材料，另外蓄熱材料在液相或氣相狀態(tài)下也可作為導(dǎo)熱流材料，國(guó)際研究?jī)A向于在蓄熱和導(dǎo)熱過程中采用相同的材料，以降低熱交換系統(tǒng)的復(fù)雜程度，從而達(dá)到降低系統(tǒng)成本的目的，未來的重點(diǎn)是新型熱傳導(dǎo)媒質(zhì)的研發(fā)，如離子流體，以及新型熱循環(huán)管道材料，如金屬化塑膠管等。

（2）蓄熱材料

蓄熱材料主要包括相變儲(chǔ)熱材料、顯熱儲(chǔ)熱材料等。利用相變材料的固、液或固、固相變潛熱來儲(chǔ)存熱能的潛熱蓄熱技術(shù)，因具有蓄熱密度大、儲(chǔ)熱過程近似等溫、過程易控制等優(yōu)點(diǎn)而成為目前最具實(shí)際發(fā)展?jié)摿Α?yīng)用最多和最重要的蓄熱方式。典型的有機(jī)類相變材料有石蠟、脂酸類、高分子化合物等。

（3）集熱材料

在吸熱方面，太陽能一次吸熱材料主要有金屬、塑料、玻璃等，但實(shí)際使用的幾乎全是金屬，按吸熱板芯材料劃分有鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁復(fù)合、不銹鋼、塑料、溴化鋰、氯化鋰、硫化鈉、硅膠、水等。國(guó)內(nèi)外使用得比較普遍的是全銅集熱器和銅鋁復(fù)合集熱器。

1.3 光化學(xué)能轉(zhuǎn)換材料

光化學(xué)能轉(zhuǎn)換材料主要是一些光催化劑，包括鉭酸鹽、鈮酸鹽、鈦酸鹽、多元硫化物等。

2 我國(guó)太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀

我國(guó)土地遼闊，幅員廣大，在中國(guó)廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽能資源。全國(guó)各地太陽年輻射為3340MJ/m2～8400MJ/m2，中值為5852MJ/m2。從中國(guó)太陽能總量的分布來看，西部地區(qū)由于地理位置較好，太陽輻射總量很大，因此，我國(guó)發(fā)展太陽能發(fā)電具有天然的優(yōu)勢(shì)[4]。

2.1 太陽能發(fā)電相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國(guó)的光伏技術(shù)理論研究水平及應(yīng)用水平明顯提高，在國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（863）及國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973）中，國(guó)家將大量的資金投入到太陽能薄膜電池的研發(fā)項(xiàng)目中，目前我國(guó)的太陽能薄膜電池技術(shù)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，促進(jìn)了中國(guó)薄膜光伏材料、器件及關(guān)鍵設(shè)備方面的廣泛發(fā)展[5]。

2.2 光伏行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

自二十世紀(jì)八十年代以來，在國(guó)家政策的的支持下，我國(guó)的光伏行業(yè)快速發(fā)展壯，發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大。2011年我國(guó)憑借290萬千瓦的新增裝機(jī)規(guī)模，成為亞太地區(qū)光伏市場(chǎng)主力；2012年新增350萬千瓦，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到700萬千瓦，新增市場(chǎng)排名全球第四；2013年我國(guó)建成光伏電站規(guī)模1479萬千瓦，當(dāng)年發(fā)電量是87億千瓦時(shí)，為全國(guó)發(fā)電總量的0.17%，位列全球光伏電站年度建設(shè)第一大國(guó)；2014年我國(guó)累計(jì)光伏電站規(guī)模達(dá)到2805萬千瓦，年發(fā)電量250億千瓦時(shí)，已占全國(guó)發(fā)電總量的0.46%?！笆濉逼陂g，我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)從2010年的89萬千瓦起步，到2015年三季度定格3795萬千瓦，規(guī)模體量實(shí)現(xiàn)了超過40倍的擴(kuò)充。目前，我國(guó)的光伏發(fā)電規(guī)模已居世界前列。

結(jié)束語

在生態(tài)環(huán)境日趨惡化、化石燃料日趨緊張的今天，太陽能作為清潔安全的可再生資源必將成為化石燃料理想的替代品。太陽能材料是太陽能技術(shù)的基礎(chǔ)，太陽能材料的研究對(duì)太陽能行業(yè)起著決定性的作用，我國(guó)應(yīng)該更加重視太陽能基礎(chǔ)材料的研究開發(fā)，致力于提高太陽能的利用效率，只有加強(qiáng)自主創(chuàng)新、掌握核心技術(shù)，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)才能破除困境，我國(guó)的太陽能發(fā)電水平才能更上一個(gè)層次。

參考文獻(xiàn)

[1]梁宗存，沈輝，李戩洪.太陽能電池及材料研究[J].材料導(dǎo)報(bào)，2000，14（8）：38-40.

[2]殷志剛.太陽能光伏發(fā)電材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J].可再生能源，2008，26（5）：17-20.

[3]熊濤，何美鳳.光熱轉(zhuǎn)換材料及太陽能熱水器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].材料導(dǎo)報(bào)，2010，24（10）：57-60.

[4]郝鋼.我國(guó)太陽能發(fā)展現(xiàn)狀與前景.[J]中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（16）：13.

[5]Yang M J， Yang J L， Yamagy M. Analysis of heteroepitaxy A1GaAs/Si tanden solar cell for concentration applications[ J].J Appl Phys， 1998， 37（7B）： 849-851.