太陽能應(yīng)用中的問題及促進措施

楊銘立 楊懷玉 王一行 洪澤 嚴(yán)晗

摘要：伴隨著社會的發(fā)展，人口逐漸增多，能源使用量也在逐漸提升。太陽能作為理想的可再生能源，具有廣闊的發(fā)展前景。本文分析了當(dāng)前我國太陽能發(fā)電面臨的困難以及解決問題的方式，描述了未來太陽能的發(fā)展前景和應(yīng)用方式，以期更好的將太陽能這一能源推廣和普及到日常居民生活當(dāng)中，有效降低碳排放，為保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)能源利用可持續(xù)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)

關(guān)鍵詞：太陽能;應(yīng)用前景;對策分析

伴隨著人類生活質(zhì)量的提升，常規(guī)能源日益短缺，全球范圍內(nèi)石油價格不斷上漲以及氣候變暖的壓力導(dǎo)致世界各國都在努力尋找安全、清潔的自然能源以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料能源。太陽能應(yīng)用實際上也叫太陽能熱利用，目前發(fā)展前景最為廣闊的技術(shù)是太陽能發(fā)電，通過光熱轉(zhuǎn)換材料將輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，并將熱能應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中。

1太陽能發(fā)電面臨的主要問題

1.1環(huán)境要求嚴(yán)苛，發(fā)電成本過高

目前太陽能發(fā)電方式主要由聚光式發(fā)電系統(tǒng)、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)、太陽池發(fā)電等。以上幾種太陽能發(fā)電技術(shù)除碟式發(fā)電系統(tǒng)外，均為大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)，建設(shè)成本較高，且建設(shè)后最終發(fā)電效率和收益未知，此外大規(guī)模建設(shè)應(yīng)用相關(guān)的技術(shù)尚不成熟，這也給太陽能發(fā)電裝置的普及利用增加了一定障礙[1]。

此外天氣情況也在一定程度上限制了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，太陽能發(fā)電設(shè)備的占地面積較大，僅適合一些氣候較為干旱且光照較為充足的地區(qū)，沙漠地區(qū)最適合搭建大規(guī)模的太陽能發(fā)電站。此外太陽池發(fā)電除了要求光照條件外還需要當(dāng)?shù)鼐哂胸S富的鹽類資源，不符合太陽能發(fā)電站建設(shè)中的低投資和高可靠性要求。

1.2原料多需進口，環(huán)境污染嚴(yán)重

我國的太陽能發(fā)電設(shè)備在制造過程中需要用到多晶硅這一關(guān)鍵材料，目前多晶硅這一材料我國的制造水平有限，生產(chǎn)成本較高，因此這一材料嚴(yán)重依賴于對外進口，在制造過程中極易產(chǎn)生四氯化硅這一污染物質(zhì)，無論是對其回收還是再利用都需要消耗大量的能源。在多晶硅的生產(chǎn)過程中經(jīng)常會產(chǎn)生大量的廢水廢液，對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染，這種做法也與開發(fā)利用太陽能的目的背道而馳。

2太陽能應(yīng)用發(fā)展對策

2.1加強太陽能集熱效果

太陽能的密度較低、間歇性較強，與常規(guī)能源區(qū)別較大，因此在應(yīng)用過程中首先要解決太陽能收集熱量的效率方面的問題。目前市場上普及的熱水器本質(zhì)上是一種低溫?zé)崂梅绞?，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，為此需要不斷加強對太陽輻射能的吸收技術(shù)和熱傳導(dǎo)技術(shù)的研究，將研究方向從低溫?zé)崂弥饾u轉(zhuǎn)為高溫?zé)崂茫瑥娀瘜ξ鼰岵牧系难芯?，提升太陽能熱利用溫度，滿足人們的生產(chǎn)建設(shè)需求。

2.2加強政府監(jiān)督引導(dǎo)

目前太陽能的主要應(yīng)用領(lǐng)域就是太陽能發(fā)電，當(dāng)前太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)存在低附加值和惡性競爭的情況，且太陽能發(fā)電設(shè)備在制造過程中會產(chǎn)生大量污染和能源消耗，因此政府應(yīng)強化自身引導(dǎo)地位，避免國內(nèi)企業(yè)惡性競爭的同時加強對相關(guān)企業(yè)的監(jiān)督管理，避免太陽能發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)對環(huán)境造成污染[2]。

2.3降低太陽能光伏發(fā)電成本

根據(jù)現(xiàn)在的光伏發(fā)電設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r，在未來的發(fā)展研究過程中為了盡可能推廣太陽能光伏發(fā)電設(shè)備，降低設(shè)備成本，減少碳排放，需要加快對晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究，減少晶體硅內(nèi)部雜志，降低生產(chǎn)成本。原本的生產(chǎn)技術(shù)需要使用四氯化硅，對環(huán)境的污染較為嚴(yán)重，為了滿足可持續(xù)發(fā)展需求，應(yīng)盡可能研究新型替代材料，例如將四氯化硅替換為三氯化硅，降低能耗的同時提高市場競爭力。

2.5培養(yǎng)專業(yè)人才滿足發(fā)展需求

在新形勢下進一步推動太陽能得到普及利用，需要各企業(yè)單位積極培養(yǎng)優(yōu)秀人才，建立相對完善的人才培養(yǎng)體系，在太陽能熱利用和光伏轉(zhuǎn)換項目上不斷前行，推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。各個高校應(yīng)積極開設(shè)專業(yè)課程、設(shè)立研究項目，在研究過程中積極參加國際光熱技術(shù)研討會，跟蹤學(xué)習(xí)及時掌握最新理論知識，考察國際上其他學(xué)校的研究成果和研究進度，讓理論與實際相結(jié)合，從課題承接入手，逐漸培養(yǎng)出一批具有較強專業(yè)知識的太陽能利用人才，促進光電行業(yè)發(fā)展[3]。

2.6將光電轉(zhuǎn)換作為戰(zhàn)略儲備產(chǎn)業(yè)

目前新能源正處于快速發(fā)展階段，我國在研究發(fā)展過程中的技術(shù)相對落后，成熟度較低，而目前推廣太陽能發(fā)電成本投入較高，與實際發(fā)展情況相脫離，因此在發(fā)展過程中應(yīng)將其暫時歸類為戰(zhàn)略儲備產(chǎn)業(yè)，同時加快光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的研發(fā)，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)業(yè)競爭力，為后續(xù)大規(guī)模推廣做好相應(yīng)準(zhǔn)備。

2.7提高能量轉(zhuǎn)換率

當(dāng)前太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由電池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率和負(fù)載效率組成，目前太陽能發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率只有百分之十七左右，因此必須要積極投入力量提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價，提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率，這也是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重點和難點問題。為了有效提高能量轉(zhuǎn)換率，應(yīng)盡可能加大太陽能吸能面，減少光反射造成的熱量散失，或是積極推動吸雜技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新，減少半導(dǎo)體材料的復(fù)合性，也可以對現(xiàn)有的光電轉(zhuǎn)換理論進行改進，減少能量在轉(zhuǎn)化中的流失率，建立新的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)模型，或是尋找并開發(fā)不同材料的太陽能電池，通過這種方式逐漸提升轉(zhuǎn)換效率，期待有朝一日能夠解決太陽能發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率問題，真正將其普及到日常的生產(chǎn)生活當(dāng)中[4]。

結(jié)束語

綜上所述，目前各國都在積極推進和尋找太陽能的利用方式，而太陽能發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的重點項目受到各國的研究，在太陽能應(yīng)用過程中，我們需要認(rèn)識到這種能源其未來的發(fā)展空間，并在未來的發(fā)展過程中對影響其大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵問題逐一進行解決，推動生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李忠東.太陽能新技術(shù)可產(chǎn)生上千度高溫[J].上海節(jié)能，2020（08）：964.

[2]舒杰.開發(fā)利用太陽能構(gòu)建粵港澳大灣區(qū)綠色清潔能源體系[J].大社會，2020（06）：48-49.

[3]陳敏.太陽能光伏光熱綜合利用系統(tǒng)建模[J].節(jié)能，2020，39（05）：150-153.

[4]王利明.加強光伏設(shè)備管理 ?提高太陽能利用效率[J].區(qū)域治理，2020（03）：78-80.

基金項目：2021年度湖北工業(yè)大學(xué)大學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練項目《基于太陽能的室內(nèi)照明技術(shù)研究》（X202110500101）。

作者簡介：楊銘立，2009.4，男，漢，湖北孝感，本科生，研究方向機械設(shè)計

通訊作者：楊懷玉，1978.1，男，漢，河南開封，研究生，講師，研究方向為機電一體化。