太陽能電池論文

太陽能電池論文——淺談太陽能發(fā)電一、太陽能發(fā)電背景能源是現(xiàn)代社會(huì)存在和發(fā)展的基石。隨著全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，能源消費(fèi)也相應(yīng)的持續(xù)增長(zhǎng)。隨著時(shí)間的推移，化石能源的稀缺性越來越明顯。在化石能源供應(yīng)日趨緊張的背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可再生能源已成為未來各國(guó)能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對(duì)的安全性、相對(duì)的廣泛性、確實(shí)的長(zhǎng)壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。眾所周知，太陽能是一種可持續(xù)利用的清潔能源，當(dāng)前世界面臨人口、資源、環(huán)境的挑戰(zhàn)，在尋求人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，太陽能利用日益為世界各國(guó)所重視，太陽能作為一種高效、無污染的可再生資源，目前已逐漸被各行各業(yè)所利用。這對(duì)緩解我國(guó)能源緊張狀況，減少環(huán)境污染，同時(shí)提高人們的生活水平，具有非常重要的意義。地球以173×105瓦的功率接收來自太陽的輻射能，全球每年得到的太陽能相當(dāng)于68萬億噸石油，其開發(fā)和利用有著極大的潛力。在人類總耗能中，建筑耗能占30％以上，在建筑用能中，空調(diào)、供暖與家用熱水所消耗的能量約占家庭全部耗能量的25％一35％?；谶@種情況，利用太陽能供暖和熱水將是必然的趨勢(shì)。二、太陽能發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介太陽能一般是指太陽能的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進(jìn)一步發(fā)展。太陽能的利用有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。目前太陽能發(fā)電有兩種發(fā)電方法：一種是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽能熱發(fā)電；另一種是利用光電器件利用光生伏達(dá)原理將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，稱為太陽能光伏發(fā)電。太陽能熱發(fā)電技術(shù)是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝，從而達(dá)到發(fā)電的目的。采用太陽能熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用還有一個(gè)其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，即太陽能所燒熱的水可以儲(chǔ)存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個(gè)小時(shí)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電一般來說，太陽能熱發(fā)電形式有槽式，塔式，碟式三種系統(tǒng)。三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能光伏電池的光生伏達(dá)原理吧太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電形式。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、直流-交流逆變器和交流配電設(shè)備等組成，如圖1所示。太陽能電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)把光能直接轉(zhuǎn)化為電能，送往蓄電池中存儲(chǔ)起來。如果太陽能發(fā)電系統(tǒng)與交流電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行（光伏并網(wǎng)發(fā)電）則太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以省去蓄電池的部分，太陽能控制器和直流-交流逆變器合二為一，發(fā)電系統(tǒng)的投資最省，成本下降，同時(shí)還可以減少蓄電池對(duì)環(huán)境造成的影響。所以太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分是今后光伏發(fā)電的主要形式。1.太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。2.太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。3.蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。4.逆變器：在很多場(chǎng)合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能。太陽能發(fā)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：1太陽能資源普遍；2太陽能及電能是清潔能源；3太陽能資源豐富。但也存在缺點(diǎn)：1太陽能能流密度低；2太陽能不穩(wěn)定；3太陽能發(fā)電效率低、成本高。三、我國(guó)太陽能技術(shù)發(fā)展前景我國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源，輻射總量在3千焦/（㎡·年）之間。全國(guó)2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí)。西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古高原的總輻射量和日照市數(shù)均較高，書世界上太陽能資源豐富地區(qū)之一。近年來，光伏發(fā)電和光熱發(fā)電在我國(guó)已受到前所未有的重視，太陽能發(fā)電正在成為我國(guó)可再生能源利用方面的一支生力軍。據(jù)專家介紹，太陽能發(fā)電包括光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩部分?！暗湍壳皝砜矗覈?guó)太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚在政策、技術(shù)以及市場(chǎng)等諸多方面存在發(fā)展的障礙?！眹?guó)家能源局相關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“破除發(fā)展的瓶頸，太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)將獲得最為光明的前景。”我國(guó)在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域取得了一系列的成果。六五”期間．建立了一套功率為１ｋＷ的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為ｌｋＷ的平板式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電模擬裝置。此外．我國(guó)還與美國(guó)合作設(shè)計(jì)并成功試制出功率為５ｋＷ的碟式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。并在２００５年與以色列合作。在江蘇省南京市建成了第一座功率為７５ｋＷ的太陽能塔式熱發(fā)電示范電站．成功運(yùn)行。我國(guó)的光伏電池技術(shù)是從２０世紀(jì)６０年代時(shí)發(fā)展空間用太陽能電池開始起步的．地面用太陽能電池的生產(chǎn)是從７０年代初期開始．主要的低成本技術(shù)及生產(chǎn)能力則是在８０年代中期建立起來的．９０年代以來是我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時(shí)期，光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強(qiáng)．成本不斷降低。市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，裝機(jī)容量逐年增加，２００６年累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)３５ＭＷ。約占世界份額的３％。目前，我國(guó)的太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一。是全球重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國(guó)。目前國(guó)內(nèi)大型的太陽能光伏生產(chǎn)企業(yè)有：無錫尚德、保定英利、新奧光伏、浙江中意、上海國(guó)飛、天津京瓷等。其中，新奧光伏生產(chǎn)的中國(guó)首塊超大型５．７ｍ２雙結(jié)硅基薄膜太陽能電池板，具有生產(chǎn)成本低、耗能少、采光面積大、轉(zhuǎn)換效率高、弱光發(fā)電好等突出特點(diǎn)，其中轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到８％．屬國(guó)際上同類產(chǎn)品中的較高水平。這種產(chǎn)品適用于大型電站、ＢＩＰＶ、車用充電站等多個(gè)領(lǐng)域，尤其是在大型電站應(yīng)用中．５．７ｍ２的超大尺寸可以大幅度降低電池組件的安裝成本．進(jìn)而降低系統(tǒng)發(fā)電成本。我國(guó)光伏用電的主要形式有以下三種：(1)戶用光伏系統(tǒng)：戶用光伏系統(tǒng)和獨(dú)立光伏電站是解決我國(guó)邊遠(yuǎn)無電地區(qū)居民和社會(huì)用電問題的重要方式。在河北保定，“中國(guó)光谷”正在蓬勃發(fā)展當(dāng)中，具有代表意義的保定電谷錦江國(guó)際酒店，就是一個(gè)戶用光伏系統(tǒng)的示范性建筑，整棟大廈被太陽能電池板所覆蓋獨(dú)立發(fā)電，滿足大樓內(nèi)生活、辦公用電的需求。(2)獨(dú)立光伏電站：獨(dú)立光伏電站具有質(zhì)量穩(wěn)定、維護(hù)方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于人口相對(duì)集中的無電縣、鄉(xiāng)、村。(3)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：對(duì)于聯(lián)網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于在電網(wǎng)覆蓋的地區(qū)，光電應(yīng)用成本太高，目前沒有競(jìng)爭(zhēng)力。是作為光伏發(fā)電未來應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，預(yù)計(jì)并網(wǎng)光伏發(fā)電在未來10~20年內(nèi)將迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)如今，越來越多的投資者投身這一風(fēng)險(xiǎn)投資，太陽能行業(yè)發(fā)展可謂是一片光明，世界各國(guó)紛紛投入巨資，用來扶持太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)。意大利針對(duì)目前氣候變化，采取一系列激勵(lì)計(jì)劃和措施，預(yù)計(jì)2020年太陽能發(fā)電市場(chǎng)將以四倍的增長(zhǎng)速度達(dá)到300億瓦的產(chǎn)能。英國(guó)融資專家AD-ECO與約克郡太陽能系統(tǒng)安裝商之間12億英鎊協(xié)議項(xiàng)目，該項(xiàng)目可使居住在地方議會(huì)地區(qū)和公共住房地區(qū)的20萬英國(guó)公民免費(fèi)享有太陽能屋頂系統(tǒng)的免費(fèi)安裝。20萬住戶光伏屋頂系統(tǒng)的安裝，同時(shí)也將為英國(guó)政府關(guān)于到2025年減少溫室氣體排放量50%目標(biāo)做出重大貢獻(xiàn)。印度某能源公司宣布將于拉賈斯坦邦(Rajasthan)的博克蘭市建設(shè)一座100MW的太陽能發(fā)電項(xiàng)目，預(yù)計(jì)總造價(jià)為135億盧比。在我國(guó)，“十二五”期間，昆明將對(duì)110千伏及以下配電網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)及改造，總投資107.2億元?！笆濉逼陂g昆明市電網(wǎng)規(guī)劃新建110千伏變電站49座，規(guī)劃新建35千伏變電站27座，新建110千伏線路1173.52千米，35千伏線路1123千米。“十二五”期間，昆明市將利用太陽能資源豐富的優(yōu)勢(shì)，大力建設(shè)太陽能發(fā)電項(xiàng)目。在昆明城區(qū)規(guī)劃新建3座垃圾焚燒發(fā)電廠。預(yù)計(jì)至2015年昆明市電源裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3498兆瓦。天津市在天津西站東西站臺(tái)3.6萬平方米的頂棚上鋪設(shè)太陽能電池板，將為西站站區(qū)及周邊住戶提供綠色能源。河北省保定市在“十二五”期間有望建成百兆瓦發(fā)電示范區(qū)。保定市是全國(guó)首批13個(gè)“太陽能光伏發(fā)電集中應(yīng)用示范區(qū)”，該市在全國(guó)率先啟動(dòng)了在英利產(chǎn)業(yè)園三期和四期廠區(qū)的屋頂，安裝總面積約8萬平方米的10兆瓦光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。據(jù)透露，即將建成的該項(xiàng)目，年均發(fā)電量1240萬千瓦時(shí)，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4464噸，減少二氧