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太陽能光伏發(fā)展及其前景
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng),，有獨立運行和并網(wǎng)運行兩種方式,。獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲能裝置,，主要用于無電網(wǎng)的邊遠地區(qū)和人口分散地區(qū)，整個系統(tǒng)造價很高,；在有公共電網(wǎng)的地區(qū),，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接并網(wǎng)運行，省去蓄電池,，不僅可以大幅度降低造價,，而且具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能。
光伏板組件
光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置,，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料（例如硅）制成的薄身固體光伏電池組成,。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導(dǎo)致任何損耗,。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源,，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電,。光伏板組件可以制成不同形狀,，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力,。近年,，天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶,、天窗或遮蔽裝置的一部分,，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。
什么是太陽能光伏技術(shù)
太陽是能量的天然來源,。地球上每一個活著的生物之所以具有發(fā)揮作用的能力,甚至于是它的生存,，都是由于直接或間接來自于太陽的能量。我們的地球處在離太陽差不多有一億英里的地方,。它所截取的輻射能少到難以置信（大約千萬分之三），這么小的一點能量,， 實際上比整個世界目前現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬倍,。目前*尤其是工業(yè)發(fā)達國家開始感到能量短缺，因此,，人們開始求助于太陽能,，以解決能源危機。
太陽能光伏
太陽能光伏
太陽能每天都能無限供應(yīng),，而且數(shù)量龐大,。如果在大的電廠利用，就減少了溫室效應(yīng),，有些能源專家和環(huán)境保護的專家則認為,，在滿足人類今后能量需要方面,，太陽能的熱影響比任何其他替換品的熱影響要小得多。作為一種不污染環(huán)境,，又取之不盡的新能源,，它無處不在。尤其是在電力供力方面,，有專家認為太陽能發(fā)電zui終將在電力供應(yīng)中占20%,。
太陽能是一種輻射能，太陽能發(fā)電意味著---要將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能,，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能,。將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程確切地說應(yīng)叫光伏效應(yīng)。不需要借助其它任何機械部件,，光線中的能量被半導(dǎo)體器件的電子獲得,，于是就產(chǎn)生了電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器,，就是太陽能電池,。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導(dǎo)體組成的,。它的主要材料是硅,，也有一些其他合金。用于制造太陽能電池的高純硅,，要經(jīng)過特殊的提純處理制作,。太陽能電池只要受到陽光或燈光的照射，就能夠把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使電流從一方流向另一方,，一般就可發(fā)出相當于所接收光能的10~20% 的電來。一般來說,，光線越強,，產(chǎn)生的電能就越多。為了使太陽能電池板zui大限度地減少光反射,，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，一般在它的上面都蒙上一層可防止光反射的膜，使太陽能板的表面呈紫色,。它的工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng),。所謂光生伏打效應(yīng)就是當物體受光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng),。當太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時,，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓（叫做光生電壓）。這種現(xiàn)象就是的光生伏打效應(yīng)。使PN結(jié)短路,，就會產(chǎn)生電流,。
太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r不使用的空間，無噪音,、壽命長,，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要調(diào)整。現(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池,，就可以實現(xiàn)家中用電的自給?，F(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說,，是專業(yè)化的,。它從軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的作用,。委內(nèi)瑞拉還推出廉價太陽能車,、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽能電池。目前,太陽能的利用存在著巨大的發(fā)展空間,，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時間內(nèi)實現(xiàn)突破,。它已被許多發(fā)達國家作為其能源戰(zhàn)略的一個重要組成部分。
太陽能電池發(fā)電原理
太陽電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件,。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種,，如：單晶硅，多晶硅,，非晶硅,，砷化鎵，硒銦銅等,。它們的發(fā)電原理基本相同,，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅,，形成P－N結(jié),。 當光線照射太陽電池
光伏發(fā)電原理
表面時,，一部分光子被硅材料吸收,；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷,，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當外部接通電路時,，在該電壓的作用下,，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示例
晶體硅太陽電池的制作過程
“硅”是我們這個星球上儲藏zui豐量的材料之一,。自從19世紀科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后,，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維,，20世紀末．我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用,，晶體硅太陽電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化zui快。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：a,、提純過程 b,、拉棒過程 c、切片過程 d,、制電池過程 e,、封裝過程。
太陽電池的應(yīng)用
上世紀60年代,，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)——通信衛(wèi)星供電,，上世紀末，在人類不斷自我反省的過程中,，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加
太陽能光伏系統(tǒng)展示
親切,，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手,。如：太陽能庭院燈,、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨立系統(tǒng),、光伏水泵（飲水或灌溉）,、通信電源、石油輸油管道陰極保護,、光纜通信泵站電源,、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標,、高速公路路標等,。在世紀之交前后期間，歐美等先進國家光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向,。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢,。
并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備防雷示意圖
并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備防雷示意圖
太陽電池基本性質(zhì)
光電轉(zhuǎn)換效率
η% 評估太陽電池好壞的重要因素。
目前：實驗室 η ≈ 24%,，產(chǎn)業(yè)化：η ≈ 15%,。
單體電池電壓
V：0.4V——0.6V由材料物理特性決定。
填充因子FF%
評估太陽電池負載能力的重要因素,。 FF=（Im×Vm）/（Isc×Voc）
其中：Isc—短路電流,，Voc—開路電壓,，Im—*工作電流，Vm—*工作電壓,；
標準光強與環(huán)境溫度地面
AM1.5光強,，1000W/m2 ，t = 25℃,；
溫度對電池性質(zhì)的影響
例如：在標準狀況下,AM1.5光強,，t=25℃某電池板輸出功率測得為100Wp,如果電池溫度升高至45℃時，則電池板輸出功率就不到100Wp
太陽能電池發(fā)電歷史
自從1954年*塊實用光伏電池問世以來,，太陽光伏發(fā)電取得了長足的進步,。但比計算機和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。其原因可能是人們對信息的追求特別強烈,，而常規(guī)能源還能滿足人類對能源的需求,。1973年的石油危機和90年代的環(huán)境污染問題大大促進了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過程簡列如下：
1839年 法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏應(yīng)”,，即“光伏效應(yīng)”,。
1876年 亞當斯等在金屬和硒片上發(fā)現(xiàn)固態(tài)光伏效應(yīng)。
1883年 制成*個“硒光電池”,，用作敏感器件,。
1930年 肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應(yīng)”理論。同年,，朗格首次提 出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”,，使太陽能變成電能。
1931年 布魯諾將銅化合物和硒銀電極浸入電解液,，在陽光下啟動了一個電動機,。
1932年 奧杜博特和斯托拉制成*塊“硫化鎘”太陽電池。
1941年 奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng),。
1954年 恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室,，制成了實用的單晶太陽電池，效率為6%,。同年,，韋克爾發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜,，制成了*塊薄膜太陽電池,。
1955年 吉尼和羅非斯基進行材料的光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化設(shè)計。同年,，*個光電航標燈問世,。美國RCA研究砷化鎵太陽電池。
1957年 硅太陽電池效率達8%,。
1958年 太陽電池在空間應(yīng)用,，裝備美國先鋒1號衛(wèi)星電源,。
1959年 *個多晶硅太陽電池問世,，效率達5%,。
1960年 硅太陽電池實現(xiàn)并網(wǎng)運行。
1962年 砷化鎵太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達13%,。
1969年 薄膜硫化鎘太陽電池效率達8%,。
1972年 羅非斯基研制出紫光電池，效率達16%,。
1972年 美國宇航公司背場電池問世,。
1973年 砷化鎵太陽電池效率達15%。
1974年 COMSAT研究所提出無反射絨面電池,，硅太陽電池效率達18%,。
1975年 非晶硅太陽電池問世。同年,，帶硅電池效率達6%~%,。
1976年 多晶硅太陽電池效率達10%。
1978年 美國建成100kWp太陽地面光伏電站,。
1980年 單晶硅太陽電池效率達20%,，砷化鎵電池達22.5%，多晶硅電池達14.5%,，硫化鎘電池達9.15%,。
1983年 美國建成1MWp光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達11.8%,。
1986年 美國建成6.5MWp光伏電站,。
1990年 德國提出“2000個光伏屋頂計劃”，每個家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池,。
1995年 聚光砷化鎵太陽電池效率達32%,。
1997年 美國提出“*總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃”，在2010年以前為100萬戶,，每戶安裝3~5kWp,。光伏電池。有太陽時光伏屋頂向電網(wǎng)供電,，電表反轉(zhuǎn),；無太陽時電網(wǎng)向家庭供電，電表正轉(zhuǎn),。家庭只需交“凈電費”,。
1997年 日本“新陽光計劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。
1997年 歐洲聯(lián)盟計劃到2010年生產(chǎn)37億Wp光伏電池,。
1998年 單晶硅光伏電池效率達25%,。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”,，到2020年完成。
中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
中國太陽能資源非常豐富,，理論儲量達每年17000億噸標準煤,。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀70年代起步,，90年代中期進入穩(wěn)步發(fā)展時期,。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力,，已迎來了快速發(fā)展的新階段,。在“光明工程”先導(dǎo)項目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項目及世界光伏市場的有力拉動下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,。
2007年,，中國光伏電池產(chǎn)量超過德國和日本，居世界*位,。2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高,，達到了200萬千瓦。近5年來,，中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍,，光伏電池產(chǎn)量占產(chǎn)量的比例也由2002年1.07％增長到2008年的近15％。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從3年前的13％-14％提高到16％-17％,。
因美國次貸問題而引發(fā)的金融危機,，從華爾街迅速向蔓延，致使部分金融機構(gòu)轟然倒塌,，證券市場持續(xù)低迷,，石油價格大幅下滑。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年發(fā)展迅速,，成為政府重視,、股市活躍、風投青睞,、各行各業(yè)蜂擁相聚的世界太陽谷,。由于設(shè)備、原料和市場三頭在外,，它對美國,、歐洲和日本等市場存在很大依存度。隨著這場金融危機特別是油價的大幅下挫,，對中國光伏發(fā)電業(yè)的投資資金,、出口訂單等方面產(chǎn)生重大影響，但金融危機對光伏產(chǎn)業(yè)的巨大影響一定會在未來的某個時間得到消化,。長遠來看,，世界光伏市場的政策推動力依然存在,，光伏產(chǎn)業(yè)的市場成長依然強勁。
中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)與企業(yè)責任透析
隨著《可再生能源法》的頒布及實施,，可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電價的基本原則已變得透明,。光伏發(fā)電成本較高的呼聲也似乎有所減少，但并沒有發(fā)生實質(zhì)性改變,。據(jù)此,，有業(yè)內(nèi)人士說這仍是一個誤會，如果用環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的標準來計算和衡量,，與火電相比，光伏發(fā)電其實并算不上昂貴,。況且隨著國家鼓勵發(fā)展綠色能源產(chǎn)業(yè)政策的扶持,，隨著技術(shù)的進步，光伏發(fā)電的成本將進一步降低,。在“關(guān)于制定階梯電價和促進我國光伏發(fā)電發(fā)展的議案”建議稿中,，我國太陽能方面的幾位專家一致認為：“從資源的數(shù)量、分布的普遍性,、技術(shù)的可靠性來看,，光伏發(fā)電比其他可再生能源更具有*性，目前成本較高的障礙正在隨著技術(shù)進步和大規(guī)模生產(chǎn)而減小,，光伏發(fā)電將成為未來電力的重要構(gòu)成是勿庸質(zhì)疑的,。”如能得到穩(wěn)定的政策扶持，中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿⑹蔷薮蟮?。根?jù)機構(gòu)發(fā)布的《中國光伏發(fā)展報告》中的數(shù)據(jù)可以預(yù)計：到2030年,，中國太陽能光伏發(fā)電裝機容量將達到1億千瓦，年發(fā)電量可達1300億千瓦時,，相當于少建30多個大型煤電廠,。可能這個指標同歐美等國家的目標相比差距還頗大,，但要想達到這個目標,，必須要排除諸多障礙。作為可再生能源應(yīng)用的重要組成部分,，近年來光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)以平均30%以上的速度迅猛增長,。預(yù)計在各國減排行動和優(yōu)惠政策的拉動下，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進一步加快,。在中國,，只要培育規(guī)范的規(guī)模市場、加大投入,、加速能力建設(shè),，國內(nèi)光伏發(fā)電企業(yè)*有條件依托國內(nèi)市場挺進市場,。光明無限，然而前路漫漫,。發(fā)展的先決條件就是政府出臺行之有效的激勵及扶持政策,。近年來，德,、日,、美等國家光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的事實證明，政府采用優(yōu)惠政策扶持光伏發(fā)電市場,，靠規(guī)模市場拉動產(chǎn)業(yè)發(fā)展,、推動技術(shù)進步，依賴技術(shù)進步和規(guī)模生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本,，通過提高質(zhì)量和降低價格贏得更大市場的方針和策略是正確和成功的,，值得中國借鑒。
光伏發(fā)電未來
光伏發(fā)電成為未來電力的重要構(gòu)成要經(jīng)歷多長時間,？政府和公眾的認可度如何,？諸多問題困擾著中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。相對歐美等國家,，中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚,，還面臨著諸多困境及瓶頸有待進一步突破，這些注定中國光伏發(fā)電企業(yè)的商業(yè)化道路將坎坷崎嶇,。
中國光伏產(chǎn)業(yè)需求
中國的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)需要提速,，中國的光伏發(fā)電企業(yè)需要崛起。自2002年開始,，產(chǎn)業(yè)的壯大及光伏發(fā)電企業(yè)規(guī)模的擴大給相關(guān)設(shè)備企業(yè)也提供了難得的市場機遇,。目前，我國光伏裝備產(chǎn)業(yè)已具有一定的規(guī)模和水平,，在國內(nèi)用戶中已建立起良好的信譽,。通過和*電池企業(yè)合作并融合了先進的工藝技術(shù)，國產(chǎn)的太陽能電池關(guān)鍵設(shè)備相繼在國內(nèi)大生產(chǎn)線上得到應(yīng)用且逐漸成為主流選擇,，使我國基本具備了晶體硅太陽能電池制造設(shè)備的整線供給能力,。受此拉動，我國電子設(shè)備行業(yè)也呈現(xiàn)出多年未有的蓬勃發(fā)展景象,。在國產(chǎn)電池制造設(shè)備技術(shù)及市場的同時,，硅材料加工設(shè)備如多晶硅鑄錠爐、單晶爐,、坩堝烘烤爐等也受到了市場的積極追捧,。
國內(nèi)光伏市場的組成
國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力是光伏發(fā)電市場的需求，陜西清立新能源中國光伏發(fā)電的市場主要在幾個方面。
通信和工業(yè)應(yīng)用（大約占到36%）： ?
微波中繼站,； ?
光纜通信系統(tǒng),； ?
無線尋呼臺站； ?
衛(wèi)星通信和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng),； ?
農(nóng)村程控系統(tǒng),； ?
*通信系統(tǒng)；
鐵路和公路信號系統(tǒng),； ?
燈塔和航標燈電源,； ?
氣象、地震臺站,； ?
水文觀測系統(tǒng),； ?
水閘陰極保護和石油管道陰極保護。
農(nóng)村和邊遠地區(qū)應(yīng)用（大約占51%）： ?
獨立光伏電站（村莊供電系統(tǒng)）,； ?
小型風光互補發(fā)電系統(tǒng),； ?
太陽能戶用系統(tǒng)； ?
太陽能照明燈,； ?
太陽能水泵； ?
農(nóng)村社團 （學(xué)校,、醫(yī)院,、飯館、旅社,、商店,、卡拉OK歌舞廳等）
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（4%） ?
當前處于試驗示范階段，全國總裝機容量大約僅有約2MWp,。
太陽能商品及其它（大約占到9%）太陽帽,； ?
太陽能充電器； ?
太陽能手表,、計算器,； ?
太陽能路燈； ?
太陽能鐘,； ?
太陽能庭院,； ?
汽車換氣扇； ?
太陽能電動汽車,； ?
太陽能游艇,； ?
太陽能玩具。
陽光計劃
這是一條上下求索尋求突破之路,。近年來,，太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)。但過高的電價仍是困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題,。目前太陽能電池上網(wǎng)電價約是火力發(fā)電的10倍,。有專家指出,，隨著環(huán)保成本的增加，火力發(fā)電的電價變換將呈上升曲線,，而薄膜太陽能電池上網(wǎng)電價將隨著大規(guī)模量產(chǎn)和轉(zhuǎn)換效率的提高逐漸下降,，兩條曲線預(yù)計將在2012-2015年之間相交。另外,，市場前景也是不容忽視的問題,。而克服這些困難必須依靠企業(yè)和政府的協(xié)同努力。從長期來看,，積極拓展產(chǎn)業(yè)鏈上游業(yè)務(wù)是中國光伏發(fā)電企業(yè)面臨的挑戰(zhàn),，而中國光伏發(fā)電企業(yè)的責任是加快研發(fā)進度、加快技術(shù)創(chuàng)新,，通過提高技術(shù)水平不斷降低光伏發(fā)電的成本,；另外，國家應(yīng)盡快出臺合理的并網(wǎng)發(fā)電政策,，盡快解決結(jié)算方法的問題,，并對生產(chǎn)企業(yè)、用戶和設(shè)備制造商予以適當?shù)难a貼等等,。同時,，公眾也應(yīng)該加強對環(huán)境問題的認識，增強使用可再生能源的意愿,。而這其中有不得不提的一點,，轉(zhuǎn)變觀念是當務(wù)之急，更是問題關(guān)鍵所在,。相信在政府,、企業(yè)與全民的共同努力下，中國“陽光計劃”的實現(xiàn)不會是夢,。
