浅述太阳能光伏的发展历程及应用

王建涛

（唐山曹妃甸筑城工程管理有限公司 河北 唐山 063299）

如果从能源角度看：第1次工业革命（1760～1840）是英国人用煤炭代替了木柴，建立了煤炭经济；第2次工业革命（1870～20世纪初）是美国人用石油代替了煤炭，建立了石油经济。那么正在发生的第3次工业革命中，中国人必将用可再生能源代替传统的化石能源，建立“光伏经济”。

1 光伏电池的发展历程

人类将太阳能用于工业可追溯到1615 年，所罗门·德·考克斯（法国工程师）发明第1台利用太阳能驱动的发动机。其工作原理是利用太阳能加热空气，使其膨胀做功。而1954 年美国贝尔实验室研制成的实用型硅太阳电池，为光伏发电的大规模应用奠定了基础。

1958年美国先锋1号卫星装备了太阳能电池，是太阳能电池首次在太空应用。1960年硅太阳能电池发电站首次实现并网运行。

进入21世纪，光伏发电的技术有了突飞猛进的发展，在世界各国政府相关政策的推动下，光伏发电的应用也得到了日新月异的发展。

2 光伏发电的优势

汉能控股集团董事局主席李河君的顺口溜，“太阳能，量无限，面无边，照无时，盖无偏，取无价，用无染”概括了光伏发电的所有优点。

目前大概建设光伏发电站及分布式电站的3大条件已经具备。首先，经过晶硅技术得到了很快发展，晶硅光伏组件的光电转化率已经达到了21%。其次，智能电网的发展和国家政策的支持、鼓励，光伏电站并网会更加普遍。第三，储能电池技术得到了充分发展。

随着光伏组件及上下游设备价格的下降，平价上网时代将从梦想进入现实，分布式发电站就可以得到普遍认可与普及。据相关机构预测，2020年左右光伏发电的度电成本将会下降到0.31元/kW·h，低于火电的度电成本。

届时即使没有国家相应的财政补贴政策，各个厂矿企业、家庭也将积极投入资金建设光伏电站，那么光伏发电装机总量会发生从量变到质变的过程，光伏发电终将会代替传统的化石能源。

3 光伏产品的应用和相关展望

3.1 分布式发电站

（1）农村太阳能计划。2015年，国务院扶贫办确定实施的“十大精准扶贫工程”之一，即“光伏扶贫”。光伏扶贫既充分利用贫困地区农户平房屋顶、院落空地或是集体空闲用地，建设分布式太阳能光伏电站，相应的费用由国家、企业和农户（农村集体）共同解决，并且农户享有一定的收益权。

在农村屋顶安装太阳能光伏发电系统，还会起到明显的“冬暖夏凉”的隔热效果。以夏季的降温效果为例，装有光伏屋顶的室内温度可降低3～5℃，大大降低了室温。另外还可以降低空调耗能。

（2）工业厂房、仓库等屋面发电站。光伏发电站的弊端之一，即占用土地资源。但是很多工业企业的厂房、仓库的屋顶闲置，企业可以投入部分资金利用已建成的厂房、仓库屋顶建设屋面太阳能光伏发电站。电站能够为企业提供部分甚至全部的电力需要，剩余的电量可以直接销售给电网公司，不仅能够节省用电成本，还能给企业带来可观的收益。

对于已建的厂房、仓库，当初可能没有考虑光伏组件的承重问题（普通玻璃基光伏组件，屋顶承重要考虑50kg/m2左右），但是应用汉能的柔性薄膜光伏组件即可解决此问题。

（3）山地沙漠戈壁。为了解决地面光伏电站占用土地资源的问题，同样可利用山地、戈壁和沙漠土地。正泰新能源公司投资的内蒙古库布其光伏项目在几年后，由于太阳能电池板的遮挡减少了水的蒸发量，荒漠竟然长出了草。此项目对中国的荒漠化建设具有参考意义。

（4）渔光互补。按照“渔光互补”的理念规划建设，在确保渔业园区建设的同时，能促进光伏能源的开发，上面发电，下面养鱼、养虾。有利于充分发挥“土地”的综合效益。射阳县依据自身的水环境优势，在射阳湖畔建设了20MW漂浮式光伏电站。与传统的渔光互补项目相比，该项目最大的亮点在于将光伏发电组件安装在睡眠漂浮体上，上层发电、下层进行水产养殖，具有不占用土地资源、减少水量蒸发、水冷作用光伏组件发电量高等特点。

3.2 移动能源

（1）发电纸。发电纸即太阳能发电纸，是指光伏组件做成柔性组件，可以像纸张一样柔软、弯曲。非常适合骑行、远足等野外爱好者。在户外运动时，挂在背包上、自行车上即可为手机、pad等移动设备充电。可以根据用户需求做成不同发电规格的产品，而且可以折叠方便携带。发电纸也可以镶嵌在帐棚顶、公文包上。

（2）ofo、摩拜等共享单车。2016年下半年共享单车站在了经济发展的风口浪尖上，但是我关心的是用什么样的产品为智能锁提供能源，干电池？光伏组件的“黑科技”改变了人们的观念，汉能集团充分发挥其光伏组件轻、柔，可靠、安全，能效转化率高、弱光发典性好等优势，为共享单车定制了5.5W的太阳能组件，为智能锁中内置的电子芯片供应源源不断的绿色能源。

光伏移动能源+互联网共享单车的发展，不仅能够给企业带来可观的经济效益，更能带来社会效益。此种模式的发展能够调动起每个公民的环保意识，推动人们生产生活方式的绿色变革，为治理雾霾等环境污染问题贡献力量。

（3）交通安全产品。交通安全产品设置在道路中的数量较多，而且分布非常分散。在一些高速公路、偏远山区铺设市电的成本较高，从而致使对交通信号灯、指示灯等的供电较为困难。光伏组件光电转化率和储电设备技术的提高，促使光伏发电组件在相应的交通安全产品供电上得到了普遍应用。

4 展望

4.1 分布光伏电站与充电桩结合

因为家庭汽车的普及，大量尾气成为城市内的雾霾的主要污染源，电动汽车的发展可以解决此问题。

目前业内人士正在开展光伏组件新的应用方式：分布式光伏与充电桩的结合。这种结合可谓是天衣无缝。电动汽车减少汽车尾气对环境的污染，而电动汽车用电的来源也是清洁的，实现真正的环保发展。美国特斯拉公司所有的超级充电站将由太阳能供电。

4.2 光伏电站与交通设备结合

美国人扎克伯格做起了太阳能发电的飞机，并试飞成功。

中国航天科技集团公司第十一研究院自主研发的新型彩虹太阳能无人机在西北某地圆满完成临近空间（2万m高空）飞行试验。我们相信太阳能飞机终将会量产，走入人们的视野。汉能表示与福耀玻璃合作开发的光伏车顶已取得成功，此产品能够提高电动汽车的续航里程。相信不久的将来，我们能够看到会发电的汽车车顶。

4.3 光伏组件外套

随着新材料、新技术的扩张，我们能够想象到，我们穿的衣服就是由光伏组件所制成。

4.4 光伏瓦

我们都知道古代建筑多采用“瓦”做屋顶。我们可以想象，将光伏组件镶入“瓦”中，做出建筑的新构件。那样光伏组件与建筑的结合将重新定义。

4.5 光伏路面

据政府网站数据，2016年全国高速公路总里程已突破13万km。按照双向4车道考虑，再加上路肩3m，则宽度至少约14m，则可实用面积越1820km2。如果能够将高速路面做成能够发电的太阳能路面，则可节约大片土地资源。据悉在山东济南，由我国完全自主知识产权研发与铺设的全球首段光伏高速公路已完成，已经进行了测试。据了解，路面的最上层为类似毛玻璃的半透明新型材料，能够保证汽车轮胎不打滑，还能够保证充足的透光率。并且在路面下预留了电磁感应线圈，随着以后电动汽车无线充电技术的配备，电动汽车在行驶过程中就能够充电。

5 结语

从国家能源局网站了解到，2017年上半年，光伏发电装机约1.02亿kW，占全部电力装机的11.9%，同比增长了500%（2016年上半年光伏发电装机约2000万kW）。可预判，以后光伏电力装机将以几何的形式增长。

太阳能时代已经到来。不久的将来，太阳能不仅是传统能源的补充，终将代替是人类发展史上的必然。这是一个不可抗拒的历史潮流，也是一个不可逆转的过程，太阳能才是人类未来的希望所在。

参考文献：

[1]李河君.中国领先一把.北京：中信出版社,2014.

[2]陈明忠.我国农村地区广发发电应用前景的分析.城市建设理论研究（电子版）.北京.2017.08.

[3]王士元.光伏技术在交通安全产品中的应用发展.交通节能与环保.上海：2010.02.