光伏發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用

1、<p>　　光伏發(fā)電的發(fā)展和應(yīng)用</p><p>　　摘要：大力推進(jìn)城市節(jié)能減排，對推動我國經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展，應(yīng)對全球資源枯竭和氣候變化，具有極其重要的戰(zhàn)略意義。本文主要介紹了光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢和在城市中的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 節(jié)能環(huán)保 城市節(jié)能 </p><p>　　中圖分類號： TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： &l

2、t;/p><p>　　前言：我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，群眾對環(huán)境污染問題反應(yīng)強(qiáng)烈。只有堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。光伏發(fā)電作為清潔、廉價(jià)、環(huán)保、可再生的新能源，受到世界各國的重視。 </p><p>　　一、光伏發(fā)電的原理 </p><p>　　光伏技術(shù)，是一

3、種利用太陽能電池直接把光能轉(zhuǎn)換為電能的環(huán)保型新能源技術(shù)。由于從太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的光電轉(zhuǎn)換裝置，是利用半導(dǎo)體器件的“光生伏打效應(yīng)”原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此把與太陽能發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成鏈條關(guān)系的產(chǎn)業(yè)稱為光伏產(chǎn)業(yè)。光伏產(chǎn)業(yè)的鏈條，包括：硅礦→硅礦石(石英砂)→工業(yè)硅(也稱金屬硅)→多晶硅、單晶硅→晶圓或多晶硅切片→太陽能電池→組件→發(fā)電系統(tǒng)。工業(yè)硅的純度，一般為98-99.99%；太陽能級硅的純度，一般要求在6N級即99.9999%以上。 <

4、;/p><p>　　二、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 </p><p>　　1、基本組成：一套基本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池組件、充電控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成： </p><p>　?、偬栯姵匕宓淖饔檬菍⑻栞椛淠苤苯愚D(zhuǎn)換成直流電，供負(fù)載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。 </p><p>　?、诔潆娍刂破髟诓煌愋偷墓夥l(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器主要由電子元器

5、件、儀表、繼電器、開關(guān)等組成。在太陽發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。 </p><p>　?、勰孀兤鞯淖饔镁褪菍⑻柲茈姵胤疥嚭托铍姵靥峁┑牡蛪褐绷麟娔孀兂?20伏交流電，供給交流負(fù)載使用。 </p><p>　?、苄铍姵亟M是將

6、太陽電池方陣發(fā)出直流電貯能起來，供負(fù)載使用。 </p><p>　　2、光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)電量的補(bǔ)充。 </p><p>　　三、光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢及分析 </p><p>　　世界能源組

7、織、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會，對太陽能光伏發(fā)電的未來發(fā)展，一致做出如下預(yù)測：2020年全球光伏發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的11％，2040年占總發(fā)電量的20％。歐、美、日各國都提出了各自的中長期發(fā)展路線圖。2007年初，歐盟提出新的可再生能源發(fā)展目標(biāo)，到2020年，可再生能源消費(fèi)要占到全部能源消費(fèi)的20%，可再生能源發(fā)電量占到全部發(fā)電量的30%。到2050年光伏發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到440GW（其中德國為80GW）；2035至2040年達(dá)到總量的一半

8、，即120GW。美國的發(fā)展目標(biāo)，是到2030年太陽能電池累計(jì)銷售量上升到200GW，光伏發(fā)電量將達(dá)到360×109KWh，2050年光伏發(fā)電量將達(dá)到1400×109KWh。 </p><p>　　1、傳統(tǒng)的化石能源即石油、煤炭、天然氣等均是瀕臨枯竭的不可再生資源，太陽能是最有前途的替代能源。 </p><p>　　國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2050年，世界石油開采量將比現(xiàn)在減

9、少30%，而到2080年，世界石油開采總量只有現(xiàn)在的50%，煤炭開采量將減少40%，人類必須尋求新的能源。 </p><p>　　化石能源不可再生，終將面臨消耗殆盡的窘境。在社會需求的拉動下，石油價(jià)格多次沖高，化石能源在使用過程中，會有大量污染物排放，給全世界帶來了以溫室效應(yīng)為代表的巨大環(huán)境危機(jī)。 </p><p>　　2、從整體看，世界各國對太陽能光伏發(fā)電的政策扶持力度在逐年加大。各國的

10、補(bǔ)貼政策主要分為兩類：一類是對安裝光伏系統(tǒng)直接進(jìn)行補(bǔ)貼，如日本；另一類是對太陽能光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行設(shè)定，如德國、西班牙等國。而美國加利福尼亞州，則是將兩種政策混合執(zhí)行。 </p><p>　　(1)日本政府在1994-2003年間成功實(shí)施一輪補(bǔ)貼，促使2004年日本光伏累計(jì)安裝量達(dá)1100MW，成為當(dāng)時全球光伏容量最大的國家。但日本政府于2007年開始停止住戶太陽能獎勵方案，這一舉措使得日本市場出現(xiàn)萎縮狀態(tài)。

11、2007年總安裝量為230MW，比上一年下降了23%。由于石油價(jià)格暴漲和全球日益變暖的雙重壓力，日本政府又重新制定了從2007年開始到2012年，用6年的時間推行一項(xiàng)在全國的政府辦公大樓屋頂安裝太陽能發(fā)電裝置的計(jì)劃。根據(jù)該項(xiàng)計(jì)劃，約300棟政府辦公大樓屋頂將安裝太陽能發(fā)電裝置，每年發(fā)電約1000萬千瓦時，預(yù)計(jì)能提供2500戶普通家庭的用電。此外，今后新建的政府辦公大樓，除了由于積雪等原因日照量不能確保外，所有的政府辦公大樓都要采取太陽能

12、發(fā)電。 </p><p>　　日本政府2008年11月發(fā)布了“太陽能發(fā)電普及行動計(jì)劃”，確定太陽能發(fā)電量到2030年的發(fā)展目標(biāo)是要達(dá)到2005年的40倍，并在3-5年后，將太陽能電池系統(tǒng)的價(jià)格降至目前的一半左右。2009年還專門安排30億日元的補(bǔ)助金，專項(xiàng)鼓勵太陽能蓄電池的技術(shù)開發(fā)。 </p><p>　　(2)美國自2005年起施行光伏投資稅減免政策以來，美國光伏裝機(jī)容量得到較快增長，2

13、007年新增裝機(jī)容量190MW，僅次于德國、西班牙和日本，列全球第四位。具體條款包括：①對于商用光伏項(xiàng)目的投資稅減免延長8年；②住宅光伏項(xiàng)目的投資稅減免政策延長2年；③取消每戶居民光伏項(xiàng)目2000美元的減稅上限。 </p><p>　　按該減稅政策，相對于商業(yè)光伏項(xiàng)目，居民住宅光伏系統(tǒng)的需求會更為快速釋放。因?yàn)樽≌夥?xiàng)目兩年后能否繼續(xù)享有減稅政策有很大的不確定性，將2010年以后的住宅光伏系統(tǒng)安裝需求提前；取消

14、減稅上限，將鼓勵單戶居民安裝更大規(guī)模和功率的光伏系統(tǒng)。 </p><p>　　在減稅政策的支持下，美國光伏行業(yè)發(fā)布預(yù)測，預(yù)計(jì)2008-2012年美國光伏裝機(jī)容量將維持52%的年均增速，新增容量將從2007年的220MW達(dá)到2012年的1840MW，累計(jì)容量將從2007年的636MW增至2012年的5182MW。 </p><p>　　(3)意大利政府頒布了帶有門檻的并網(wǎng)法，目標(biāo)是1200

15、MW，過了此門檻后的寬限期為14個月。從2009年開始，電價(jià)將按每年2%的比例下調(diào)。從2009年開始，所有新建房屋必須配有太陽能屋頂。由于日照時間長的地理優(yōu)勢，根據(jù)目前電力市場電價(jià)上漲以及光伏成本下降的速度，歐盟聯(lián)合研究課題以及美菱投資集團(tuán)都預(yù)測，意大利將在2012年成為第一個實(shí)現(xiàn)光伏電價(jià)和商業(yè)電價(jià)持平的國家。 </p><p>　　(4)希臘政府計(jì)劃在并網(wǎng)電價(jià)的機(jī)制下使光伏系統(tǒng)安裝量到2020年達(dá)到700 MW

16、，并把光伏系統(tǒng)安裝設(shè)為有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立的行業(yè)分支。但是只有具備公司法人資格的單位才有資格申請。由于優(yōu)良的日照條件，希臘的某些島嶼上事實(shí)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光伏電價(jià)和常規(guī)電價(jià)的持平。 </p><p>　　3、光伏科技的進(jìn)步，使光電轉(zhuǎn)換效率不斷提高、光能發(fā)電成本不斷降低。 </p><p>　　技術(shù)進(jìn)步是降低光伏發(fā)電成本、提高光能利用效率、促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展的重要因素。幾十年來圍繞著降低成本的各

17、種研究開發(fā)項(xiàng)工作取得了顯著成就，表現(xiàn)在電池效率不斷提高、硅片厚度持續(xù)降低、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不斷改進(jìn)等方面，對降低光伏發(fā)電成本起到了決定性的作用。 </p><p>　　多晶硅生產(chǎn)成本大幅下降：多晶硅是太陽能電池必不可少的基礎(chǔ)材料，其占到太陽能電池成本的80%，每生產(chǎn)1兆瓦太陽能電池需要12-14噸多晶硅。多晶硅主要采用化學(xué)提純、物理提純兩種方法進(jìn)行生產(chǎn)，其中化學(xué)提純方法主要有西門子法（氣相沉淀反應(yīng)法）、硅烷熱分解法、流

18、態(tài)化床法，物理提純方法主要有區(qū)域熔化提純法（FZ）、直拉單晶法（CZ）、定向凝固多晶硅錠法（鑄造法），等等。目前最為成熟的多晶硅提純工藝是西門子法，全球80%以上的多晶硅產(chǎn)量采用改良西門子法生產(chǎn)。西門子法提純多晶硅需要維持1100℃ 的高溫，因此耗費(fèi)大量電能。每生產(chǎn)1公斤多晶硅的耗電量，2003年前要500―600kWh，而目前已經(jīng)降到300 kWh以內(nèi)。 </p><p>　　為了進(jìn)一步降低成本，國內(nèi)外正在研究

19、開發(fā)新的生產(chǎn)工藝，而物理法是大家比較公認(rèn)的能夠替代西門子法的一個新途徑。一般來說，利用西門子法新建多晶硅廠，千噸產(chǎn)能規(guī)模需要投資人民幣10億元左右。而采用物理法，千噸產(chǎn)能規(guī)模的投資只需要4億元左右。目前，制約物理法推廣應(yīng)用的瓶頸，關(guān)鍵在于硅的純度和技術(shù)的穩(wěn)定性問題尚未完全解決。 </p><p>　　光伏電池效率不斷提高：目前，由晶體硅制作的太陽能電池在市場上占據(jù)90%以上的份額。由于太陽能電池技術(shù)的進(jìn)步，晶體硅

20、太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已由3年前的14-16%提高到15-20%，而且穩(wěn)定性不斷提高。電池效率的提高是光伏發(fā)電成本下降的重要因素之一。 </p><p>　　近日，據(jù)媒體報(bào)道，德國ISFH 研究所的研究人員已經(jīng)研制出一種制造太陽能電池的加工工藝，用該工藝制造的背接觸式硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到22%。美國麻省理工學(xué)院研究人員利用計(jì)算機(jī)模型和先進(jìn)的芯片制造技術(shù)，找到了能極大提高太陽能光電池效率的新途徑，方

21、法是在構(gòu)成太陽能電池的超薄硅薄膜的正面增加了一種增透膜，并在背面增加了由多層反射膜和衍射光柵組合成的精細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)增透膜為2μm厚時，光能轉(zhuǎn)換成電能的效率提高了50%。 </p><p>　　四、光伏發(fā)電系統(tǒng)的典型應(yīng)用 </p><p>　　1、道路照明―太陽能燈具 </p><p>　　太陽能燈具目前是應(yīng)用最廣泛的光伏發(fā)電系統(tǒng)，它充分體現(xiàn)了光伏技術(shù)環(huán)保節(jié)能、使用靈活

22、的特點(diǎn)。太陽能燈具根據(jù)光源類別、功率及燈桿特點(diǎn)等一般分為：太陽能路燈、太陽能庭院燈、太陽能草坪燈等。目前，該類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于道路照明、廣場亮化等方面。 </p><p>　　2、建筑夜景照明―小型太陽能發(fā)電系統(tǒng) </p><p>　　隨著城市的發(fā)展，建筑、橋梁的夜景照明越來越受到重視，其發(fā)展程度在一定程度上體現(xiàn)了城市的發(fā)達(dá)程度。但由于夜景照明往往耗電巨大，因此也常常引起非議。 </

23、p><p>　　太陽能夜景照明系統(tǒng)，是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與節(jié)能燈具的合理應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。它在很大程度上解決了高能耗的問題，同時為市電難以鋪設(shè)的橋梁照明提供了解決方案。 </p><p>　　3、交通警示―太陽能交通系統(tǒng) </p><p>　　太陽能交通信號燈、太陽能道路監(jiān)控系統(tǒng)等產(chǎn)品在道路交通，特別是高速公路方面也得到了廣泛應(yīng)用。該產(chǎn)品具有設(shè)置靈活、無需外接電源的特點(diǎn)。

24、 </p><p><b>　　4、野外電能供應(yīng) </b></p><p>　　小型便攜式太陽能系統(tǒng)對于野外作業(yè)、郊區(qū)露營等非常方便實(shí)用。它不但能提供照明用電，而且可以為手機(jī)、電腦等提供電能供應(yīng)。 </p><p>　　5、無電地區(qū)電能供應(yīng) </p><p>　　中國西北部地區(qū)還存在大量無電村落。由于這些村路非常偏僻，且

25、居民很少，因此采用市電供應(yīng)耗資巨大，且容易出現(xiàn)問題。如果采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)或者“風(fēng)光互補(bǔ)”發(fā)電系統(tǒng)則可以很好的解決這個問題。目前，采用太陽能發(fā)電系統(tǒng)已使很多無電村實(shí)現(xiàn)了電氣化。 </p><p>　　6、大型太陽能并網(wǎng)電站 </p><p>　　這是光伏技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)和最佳方式。隨著光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光伏發(fā)電成本終將達(dá)到常規(guī)能源發(fā)電水平。 </p><p&g

26、t;<b>　　7、太陽能集熱器 </b></p><p>　　太陽能集熱器在太陽能熱系統(tǒng)中，接受太陽輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種。一個好的太陽能集熱器應(yīng)該能用20～30年。 </p><p>　　8、太陽能熱水系統(tǒng) </p><p>　　早期最廣泛的太陽

27、能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應(yīng)無日照時使用，另外尚可能有強(qiáng)制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負(fù)載的管路等。依循環(huán)方式太陽能熱水系統(tǒng)可分兩種：自然循環(huán)式和自然循環(huán)式。 </p><p><b>　　五、加大宣傳意識 </b></p

28、><p>　　以科學(xué)發(fā)展為主題，把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點(diǎn)，加大相關(guān)工作力度，推廣普及光伏發(fā)電技術(shù)，培育發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè)；要加強(qiáng)政府引導(dǎo)，通過組織節(jié)能宣傳周等形式多樣的活動，宣傳太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的成果和經(jīng)驗(yàn)，推廣高效、惠民、實(shí)用的節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，進(jìn)一步倡導(dǎo)低能耗，以推動全社會樹立資源憂患意識，增強(qiáng)節(jié)能減排意識，讓節(jié)能成為全社會每個單位、每個家庭、每個人的自覺行動，形成濃厚的社會

29、氛圍，動員社會力量積極參與。 </p><p><b>　　六、加強(qiáng)政策支持 </b></p><p>　　1、強(qiáng)化政策措施的執(zhí)行力，加強(qiáng)對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)工作進(jìn)展情況的考核和監(jiān)督，主管部門進(jìn)行考核。加強(qiáng)節(jié)能執(zhí)法，發(fā)改委、質(zhì)監(jiān)、建設(shè)、環(huán)保等部門建立節(jié)能聯(lián)合執(zhí)法機(jī)制，提高節(jié)能執(zhí)法綜合能力和水平。各級質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門要強(qiáng)化對生產(chǎn)和流通太陽能光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的監(jiān)管，建立節(jié)能產(chǎn)品質(zhì)

30、量公告制度，對生產(chǎn)和銷售不合格產(chǎn)品的，依法予以嚴(yán)厲處罰。 </p><p>　　2、完善節(jié)能價(jià)格機(jī)制，充分發(fā)揮價(jià)格杠桿作用，按照產(chǎn)業(yè)政策要求，建立有利于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的價(jià)格機(jī)制。 </p><p>　　3、實(shí)行太陽能光伏產(chǎn)業(yè)獎勵制度，對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究和推廣工作中做出顯著成績的單位和個人要給予表彰和獎勵。生產(chǎn)經(jīng)營單位和用能單位要制定科學(xué)合理的節(jié)能獎勵辦法，結(jié)合本單位的實(shí)際情況，對工作

31、中做出貢獻(xiàn)的集體、個人給予表彰和獎勵。 </p><p><b>　　七、總結(jié) </b></p><p>　　太陽能取之不盡，用之不竭，光伏發(fā)電以它獨(dú)特的優(yōu)勢，無污染、清潔、高效和穩(wěn)定可靠給人們的生活帶來巨大的變化，擺在我們面前的問題是怎樣宣傳、引領(lǐng)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，要不斷的大力支持光伏產(chǎn)業(yè)，讓光伏產(chǎn)業(yè)更快、更好的為人民服務(wù)，保障國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民的生產(chǎn)生活順利進(jìn)行。