基于太阳能光伏发电现状的研究

张秋芬，郝晓剑

(中北大学，山西 太原 030051)

1 国外发展现状

1839 年，贝可雷尔(法国科学家)发现了“光生伏特效应”。1954 年，恰宾(美国科学家)等人在贝尔实验室用单晶硅制成了世界上第一块太阳能电池，从此诞生了光伏发电技术。自20 世纪70 年代以后，环境污染问题逐渐严重，全球爆发能源危机，传统燃料资源不断减少，在这种情况下，全世界把目光投向了可再生能源，太阳能以其独有的特点和优势受到人们的重视［1］。

在过去的40 多年里，太阳能光伏发电的使用，已成为发达国家在偏远地区普遍使用的技术之一。一些发达国家由于地理因素在偏远地区，多选择使用独立光伏发电系统。据有关统计数据显示，在土耳其、挪威、澳大利亚、以色列、瑞典等国家，总的独立光伏发电的电量已经超过了并网发电的总量。

美国:于1997 年6 月开始了太阳能“百万屋顶计划”，计划到2010 年，为100 万座建筑物安装太阳能发电系统［2］。在夏威夷，由于日照时间长，太阳能发电站超出其它各州。就太阳能光伏普及率而言，美国大陆目前仍无法媲美意大利、德国及西班牙。

日本:1993 年制订“阳光计划”，把光伏产业作为一项基本国策，常抓不懈;加大财力物力人力的投入，政策上实行各种优惠，促进了光伏发电项目的推广与普及。目前，光伏发电技术已普遍应用。

德国:1998 年提出“10 万光伏屋顶计划”，计划6 年安装300～500 MW 光伏系统。德国于2003 年完成了“10 万屋顶发电计划”，光伏发电普及率走在世界的前列。2011 年，德国新增光伏装机容量7.5 GW，较2000 年增加160 多倍，全年光伏电站发电总量达185 亿kWh，可满足520 万户居民的用电需求，光伏系统价格也大幅降低。2012 年上半年，德国新增光伏装机容量约4 GW，全年新增量与2011 年持平。

2 国内发展现状

我国有着非常丰富的太阳能资源，因此开发太阳能有相当大的潜能。我国于1958 年开始研究太阳能电池，政府一直把研究开发太阳能技术列入国家的科技攻关计划，大力推动了我国太阳能产业的发展。进入21 世纪，我国太阳能发电技术在研发、生产、利用等方面都有很大的进步，发展潜力巨大。

2000 年，国家发改委牵头制订了“光明项目”。该项目倡导利用风电技术、光电技术及其它环保能源技术，解决边防哨所、公路铁路及无电地区居民的生活用电等问题。2007年，中国成为全球第二大光伏制造基地，光伏电池产量达到1 000 MW，但国内光伏系统安装量仅约20 MW，光伏系统的累积装机容量达100 MW，相当于世界当年安装量的0.5%和世界累计安装量的0.8%。自2007 年8 月31 日国家发改委发布《可再生能源发展“十一五”规划》起［3］，国家的补贴、扶持政策陆续出台，太阳能光伏发电产业进入了快速发展时期。

2009 年1 月，太阳能行动计划正式启动。该行动计划确定了3 个阶段目标(2015 年分布式利用、2025 年替代利用、2035 年规模利用)，以光伏、光热、光化学、光生物等太阳能转化利用的几个主要途径所涉及的关键科学问题作为突破，并在核心技术研发、应用示范和转移转化等几个层面实施“太阳能行动计划”［4］。

2011 年，我国新增光伏发电装机容量达2 000 MW，新增量居世界第三，占全球光伏发电新增装机容量的7%。

2012 年7 月7 日，国家能源局印发了《太阳能发电发展“十二五”规划》，明确未来5～10 年，太阳能发电产业将进入快速成长期，太阳能发电有望加速进入规模化发展阶段［5］。在不久的将来，太阳能发电即将成为继水电、风电之后重要的可再生能源，成为电力系统的重要组成部分。

2013 年，在各种有利的国内产业政策的扶持下，我国光伏产业迅速增长。据统计，全年新增装机12.92 GW，占到了全球光伏产业新增市场份额的1/3。

2014 年，我国光伏制造业保持回暖趋势，但一些中小型制造企业尤其是创业型企业进一步面临着资金链断裂危机。同时光伏行业仍然会是贸易壁垒的重灾区，中国在欧洲、美国等市场面临诸多阻碍。

2014 年～2016 年，我国会采取多种措施，促进光伏企业兼并与重组，以提升光伏产业发展的核心竞争力。

我国的光伏产业，既满足国内市场的需求，又提高了没有电力和特殊地区人们的生活水平，在工业生产起到了非常重要的作用。但与发达国家相比，存在相当大的差距，主要表现为以下两个方面:

1)生产规模较小，自动化水平不高;

2)国产原材料纯度低，品种不多，性能需改进。

这些方面的差距使太阳能光伏组件的成本高于国际市场，因而在国际市场中无竞争力，特别是加入WTO 后，在零关税情况下，我国光伏发电产业在国内外市场上都面临着非常严峻的考验。虽然我国光伏产业起步较晚，但前景却是一片光明。

3 光伏发电系统简介

太阳能光伏发电系统是将太阳能转换成电能的系统。当有阳光照射时，太阳能电池组件产生电压，通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将电能贮存起来。无光照时，蓄电池组为逆变器供电，通过逆变作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜负责供电。图1 和图2 分别为两种最常见的光伏发电系统框图［6］。

图1 独立光伏发电系统框图

图2 并网光伏发电系统框图

4 光伏发电的前景

充分开发利用好太阳能，是世界各国在能源方面可持续发展的重要战略，其中太阳能发电技术最受瞩目。

专家预计，21 世纪前半期的30 年～50 年，太阳能光伏发电量将超过核电发电量。以2040 年计算，这要求太阳能光伏发电量年增长率达16.5%，前提是光伏发电系统安装成本至少能与核能相当。

当前影响太阳能光伏发电大规模应用的阻力是生产制造的成本高。所以，降低生产成本，提高太阳能电池的转换效率是发展太阳能光伏发电技术的出路。

最近，瑞士联邦工学院研制出一种有TiO2制成的太阳能电池，其光电转换效率高达33%，并成功的采用了一种无定型有机材料代替电解液，使它的成本较低，使用起来也更加简便，可想而知，随着技术的进步，太阳能电池成本会大幅降低。太阳能光伏发电技术将会大规模发展。

未来光伏发电技术的发展必将具有以下特点:

1)光伏发电技术产业持续高速发展;

2)光伏电池组件成本继续降低;

3)光伏电池转换效率提高;

4)薄膜太阳能电池的研究将有突破发展;

5)普及程度更高。

太阳能就是一种方便简洁、使用渠道宽、可持续发展的环保能源，太阳能发电前景一片光明。

［1］杨金焕，于化从，葛亮.太阳能光伏发电应用技术［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［2］张虎.节能技术在我国建筑节能工程中的应用［J］.住宅科技，2005(6):25－27.

［3］蔡守秋.我国可再生能源立法的现状与发展［J］.中州学刊，2012(5):71－75.

［4］闫明月.中国科学院启动太阳能行动计划［J］.节能，2009(1):50.

［5］国家能源局.太阳能发电发展“十二五”规划［Z］.2012.7.

［6］周志敏，纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例［M］.北京:电子工业出社，2013.