太陽能發(fā)電技術(shù)綜合評(píng)價(jià)及應(yīng)用前景探析

張學(xué)銘

（國家電投集團(tuán)黑龍江新能源有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)展的加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷上升，人們對(duì)能源資源的需求日益增加，化石能源的過度需求和開發(fā)，導(dǎo)致地球環(huán)境逐漸惡化，逐步走向能源危機(jī)。太陽能的開發(fā)和利用，能夠在很大程度上解決這種問題發(fā)生，作為綠色可再生能源，太陽能幾乎零污染，所以越來越受到重視。隨著全球能源局勢緊張，太陽能發(fā)電將會(huì)作為一種全新的技術(shù)取代傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電技術(shù)。

1 光伏發(fā)電技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)與應(yīng)用前景

1.1 光伏發(fā)電的開發(fā)

光伏發(fā)電對(duì)于資源的需求與光熱發(fā)電相比，還是不會(huì)受到水資源約束的，這是因?yàn)楣夥l(fā)電的過程中不需要添加冷卻水，這就要求在建設(shè)光伏電站時(shí)要充分考慮太陽的輻射總量，提升受太陽光照的強(qiáng)度。

光伏發(fā)電的可利用太陽輻射總量，不僅包含有法向直射太陽輻射，另外，還包含有漫射輻射，所以，光伏發(fā)電相比較于光熱發(fā)電，可以更加充分地利用太陽能資源。除此之外，光伏發(fā)電的優(yōu)勢還在于即使是太陽輻射比較低，但是也能正常發(fā)電，對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的影響力度比較小。從全球范圍內(nèi)的太陽輻射總量看來，適合光伏發(fā)電的地區(qū)還是比較多的，相比較而言，適合采用光伏發(fā)電的位置集中在南維和北緯的40°以內(nèi)的地區(qū)。

光伏發(fā)電的體積比較小，再加上使用的是模塊化結(jié)構(gòu)，所以對(duì)地形的要求不高。

1.2 光伏發(fā)電的技術(shù)

光伏發(fā)電技術(shù)可以具體分成三類，第一類是新型太陽電池發(fā)電技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)尚處在起步階段。第二類是薄膜太陽電池發(fā)電技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的速度比較快，但是光熱轉(zhuǎn)換的效率尚比較低，目前正處在推廣階段。第三類是晶硅太陽電池發(fā)電技術(shù)，則具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，其使用的范圍也相對(duì)比較廣泛，并且具有最成熟的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。

晶硅電池具有比較高的光電轉(zhuǎn)化效率，在投入運(yùn)營的過程中具有相對(duì)比較低的成本，也是當(dāng)前太陽能發(fā)電技術(shù)中的主流產(chǎn)品。薄膜電池的成本也是相對(duì)不高的，當(dāng)前，薄膜電池以美國的第一太陽能碲化鉻為主，我國企業(yè)參與比較多的則是非晶硅薄膜電池，這種電池的轉(zhuǎn)化效率是比較低的，銅銦鎵硒CIGS 薄膜技術(shù)目前還并沒有在我國進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。當(dāng)前我國對(duì)于這方面的研究水平和研究技術(shù)，仍舊處在比較落后的位置，與國際先進(jìn)水平之間的差距還是十分明顯的。就薄膜電池技術(shù)而言，當(dāng)前歐美國家以及日本的技術(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了我國研究水平，我國薄膜電池技術(shù)研究水平最高的是臺(tái)灣省，但是臺(tái)灣省的成品率也落后于歐美國家大約5 年到10 年，我國大陸水平落后于歐美國家10 ～20 年。

目前在國內(nèi)外行業(yè)中，商業(yè)化的單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率維持在23%左右，國外的研究實(shí)驗(yàn)室單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為24.7%。在所有的光伏電池中，單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率是最高的。國內(nèi)外行業(yè)中，商業(yè)化的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率維持在18.3%左右，國外的研究實(shí)驗(yàn)室單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為20.3%。薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率總體來說是比較低的，當(dāng)前國際先進(jìn)水平也僅維持在10%左右。國內(nèi)光伏并網(wǎng)逆變器具有十分可靠的性能，且擁有比較高的效率，目前國際上先進(jìn)水平已經(jīng)達(dá)到了98.5%的轉(zhuǎn)化效率，波形失真率已經(jīng)低于3%，光伏并網(wǎng)逆變器極大地提升了光伏并網(wǎng)發(fā)電的能力。

我國自主研發(fā)的太陽能跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)取得了進(jìn)步，如今，已經(jīng)開始示范應(yīng)用斜單軸跟蹤系統(tǒng)、水平單軸跟蹤系統(tǒng)以及雙軸跟蹤系統(tǒng)。相比較固定式的光伏發(fā)電系統(tǒng)，斜單軸跟蹤系統(tǒng)、水平單軸跟蹤系統(tǒng)以及雙軸跟蹤系統(tǒng)能夠分別提升光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的31%、18%以及36%，極大地提升了光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。

1.3 光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性

現(xiàn)在，國際市場和國內(nèi)市場中均存在著光伏組件價(jià)格大幅度下跌的現(xiàn)象，特別是自2011 年以來，歐洲國家對(duì)光伏發(fā)電的補(bǔ)貼大幅度削減，從而造成了在國際范圍內(nèi)的市場中，太陽能電池和太陽能電池組件出現(xiàn)嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩現(xiàn)象，現(xiàn)在光伏組件的國內(nèi)價(jià)格已經(jīng)降低到6 ～8 元/Wp。當(dāng)前初始投資地面光伏電站的金額也降低到了1.2 ～1.8 萬元/kW。因?yàn)槌跏纪顿Y的條件不同，在光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)中的成本投入大約為1.25 ～2.00 元/kWh，若是光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模比較大，那么其成本投入大約為0.81 ～1.5 元/kWh。因?yàn)樵?011 年時(shí)，國際范圍內(nèi)的光伏電池以及其組件的成本出現(xiàn)大規(guī)模下降，所以在2020 年以前，光伏發(fā)電站的度電成本支出下降的空間比較有限。

1.4 光伏發(fā)電的政策環(huán)境

包括太陽能發(fā)電在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展的主要?jiǎng)恿€是在于政府政策的推動(dòng)。在世界各個(gè)國家中的發(fā)展實(shí)踐表明，促進(jìn)新能源發(fā)展的重要工具是政府部門的財(cái)政補(bǔ)貼。特別是在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期階段，政府通過財(cái)政補(bǔ)貼的方法降低企業(yè)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而推動(dòng)投資者的投資積極性。光伏發(fā)電主要適用于商業(yè)發(fā)展或者是居民生活，所以規(guī)模相對(duì)比較小，政府推行時(shí)大多為“太陽屋頂計(jì)劃”實(shí)施補(bǔ)貼。光熱項(xiàng)目主要使用在公共事業(yè)中，投資的門檻較高，但是在發(fā)展的初期階段，也是需要政府部門提供相應(yīng)的財(cái)政補(bǔ)貼。補(bǔ)貼政策主要是為了推動(dòng)安裝太陽能發(fā)電設(shè)備，促進(jìn)裝機(jī)的規(guī)模發(fā)展，對(duì)光伏發(fā)電的電量要求不高。

2 光熱發(fā)電技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)

2.1 光熱發(fā)電技術(shù)的開發(fā)

光熱發(fā)電站對(duì)自然資源的需求量是比較高的，建設(shè)光熱發(fā)電站要充分考慮太陽法向直射幅度的強(qiáng)度，DNI 的值越高越好，與接入電網(wǎng)之間的距離越近越好，初次之外，塔式光熱電站以及槽式光熱電站的選址要求具有平坦的地勢和充足的水源。塔式光熱電站和槽式光熱電站在蒸汽輪機(jī)循環(huán)中需要采用水進(jìn)行制冷。光熱發(fā)電站的使用過程可以借助于太陽法向直射輻射強(qiáng)度，根據(jù)國外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看來，太陽法向直射的強(qiáng)度超過1800kWh/m2/y 的地區(qū)最為合適。

2.2 光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)電技術(shù)

當(dāng)前光熱發(fā)電技術(shù)中的槽式光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展的相對(duì)比較成熟，并且已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展階段。最早在20 世紀(jì)80 年代，在美國的加利福尼亞州的莫哈維沙漠中就安裝了354MW 的槽式光熱發(fā)電站，槽式光熱發(fā)電技術(shù)在目前世界上的建設(shè)量是最多的。雖然塔式電站在數(shù)量上沒有得到槽式電站，但是因?yàn)樗诫娬驹谶\(yùn)行的過程中具有極高的溫度和系統(tǒng)效率，作為后起之秀有后來者居上之勢。如今在美國、意大利等國家已經(jīng)逐漸建立起了光熱發(fā)電裝置，這種光電發(fā)熱裝置特別適合大規(guī)模商用。從我國目前的發(fā)展形勢看來，我國尚未將光熱電站商業(yè)化運(yùn)用，塔式光熱發(fā)電裝備的技術(shù)水平仍舊比較落后。

2.3 光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性

光熱發(fā)電站的成本投資是不同的，主要是根據(jù)廣電站規(guī)模、光照的條件以及人工費(fèi)用。普遍來說，槽式電站的初始投資大約在4000 ～8000 美元/kW 左右，塔式電站的初始投資大約在4500 ～16000 美元/kW 左右。初始投資條件的差異也會(huì)導(dǎo)致光熱發(fā)電站度電的成本投入存在差異。如今光熱發(fā)電站尚處在起步階段，2020 年，成本指出有望降低到2010 年的30%甚至以上。

2.4 光熱發(fā)電技術(shù)政策環(huán)境

光熱發(fā)電項(xiàng)目大多數(shù)是應(yīng)用在公共事業(yè)中，光熱發(fā)電的投資門檻是比較高的，在發(fā)展的初期階段，也需要政府部門提供相應(yīng)的財(cái)政補(bǔ)貼，美國對(duì)光熱發(fā)電提供財(cái)政補(bǔ)貼最多的國家之一，但是總體看來，雖然有的國家已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)建立起了光熱發(fā)電政策，但是由于光熱發(fā)電的資金需求量大，面臨的風(fēng)險(xiǎn)較高，現(xiàn)有的財(cái)政補(bǔ)貼力度還是力不從心。這也是導(dǎo)致目前光熱發(fā)電發(fā)展緩慢的原因之一。當(dāng)前我國更是缺乏健全完善的政策鼓勵(lì)和財(cái)政補(bǔ)貼，限制了光熱發(fā)電的發(fā)展。

3 結(jié)語

太陽能發(fā)電技術(shù)主要包含有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，但是因?yàn)閮烧咧g因?yàn)椴煌陌l(fā)展階段、不同的應(yīng)用規(guī)模、不同的結(jié)構(gòu)組成、不同的開發(fā)條件，所以光伏發(fā)電和光熱發(fā)電之間也具有不同的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和發(fā)展前景。