太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)文章闡述了光伏發(fā)電的原理及優(yōu)勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析，最后針對(duì)光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)前景做了總結(jié)，為以后光伏發(fā)電的技術(shù)應(yīng)用提供了良好的技術(shù)參考。標(biāo)簽太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；發(fā)展前景前言太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡用之不竭的可再生綠色能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。我國(guó)76%的國(guó)土光照充沛，光能資源分布較為均勻；與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽(yáng)能發(fā)電沒(méi)有任何排放和噪聲，應(yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠（圖1）。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)光伏行業(yè)逐漸發(fā)展起來(lái)，中國(guó)具有如無(wú)錫尚德、江西LDK、常州天合、天威英麗、浙江昱輝等一批世界級(jí)光伏企業(yè)以及世界最大的太陽(yáng)能光伏制造基地，但是由于成本較高，中國(guó)95%的太陽(yáng)能產(chǎn)品只能出口到發(fā)達(dá)國(guó)家。近年來(lái)，在國(guó)家大力倡導(dǎo)發(fā)展新型能源的大背景下，大陽(yáng)能光電研發(fā)是近些年來(lái)發(fā)展最快、最具潛力的研究領(lǐng)域，隨著成本問(wèn)題將逐步解決，加之國(guó)家政策支持，中國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)將變得很大。1、光伏發(fā)電的基本原理以及優(yōu)勢(shì)光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。在陽(yáng)光照射下，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應(yīng)”，而這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)就可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合功率控制器和逆變器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電作為新型能源與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：a）無(wú)枯竭危險(xiǎn)。太陽(yáng)能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80×104kW，如果把地球表面0.1%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012kW·h，相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍；b）安全環(huán)保，無(wú)噪聲，無(wú)公害。由于光伏電路是利用光能和電能之間的轉(zhuǎn)化，故其無(wú)污染物的排放；c）采集太陽(yáng)能的地點(diǎn)的地理位置要求不高，不受資源分布地域的限制。太陽(yáng)能電池板只要能接受光照就能產(chǎn)生電能，所以可以安裝在屋頂或者是始終能接受到光照的墻壁，充分利用空間資源；d）可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，適用范圍廣，就算一般家庭也可以利用太陽(yáng)能發(fā)電。2太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀1）在各國(guó)政府對(duì)再生資源的重視和大力支持下太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，2011年，全球光伏新增裝機(jī)容量約為27.5GW，較上年的18.1GW相比，漲幅高達(dá)52%，全球累計(jì)安裝量超過(guò)67GW。全球近28GW的總裝機(jī)量中，有將近20GW的系統(tǒng)安裝于歐洲，但增速相對(duì)放緩，其中意大利和德國(guó)市場(chǎng)占全球裝機(jī)增長(zhǎng)量的55%，分別為7.6GW和7.5GW。2011年以中日印為代表的亞太地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)需求同比增長(zhǎng)129%，其裝機(jī)量分別為2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趨成熟的北美市場(chǎng)，去年新增安裝量約2.1GW，增幅高達(dá)84%。其中中國(guó)是全球光伏發(fā)電安裝量增長(zhǎng)最快的國(guó)家，2011年的光伏發(fā)電安裝量比2010年增長(zhǎng)了約5倍，2011年電池產(chǎn)量達(dá)到20GW，約占全球的65%。截至2011年底，中國(guó)共有電池企業(yè)約115家，總產(chǎn)能為36.5GW左右。其中產(chǎn)能1GW以上的企業(yè)共14家，占總產(chǎn)能的53%；在100MW和1GW之間的企業(yè)共63家，占總產(chǎn)能的43%；剩余的38家產(chǎn)能皆在100MW以?xún)?nèi)，僅占全國(guó)總產(chǎn)能的4%。規(guī)模、技術(shù)、成本的差異化競(jìng)爭(zhēng)格局逐漸明晰。國(guó)內(nèi)前十家組件生產(chǎn)商的出貨量占到電池總產(chǎn)量的60%。2）太陽(yáng)能光伏電池材料主要有晶體硅材料，主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術(shù)成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，單晶硅電池的光電總轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到20%～24%，是目前普遍使用的光伏發(fā)電材料。但其生產(chǎn)成本較高，技術(shù)要求高；多晶硅電池成本相對(duì)較低，技術(shù)也成熟，但光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率最高才達(dá)18.6%，與單晶硅相比多晶硅的轉(zhuǎn)換效率少多了；而薄膜電池是一種可粘接的薄膜，有以下優(yōu)勢(shì)：①生產(chǎn)成本低，所以可以大批量生產(chǎn)；②發(fā)光效率更好地利用太陽(yáng)能，但目前其在技術(shù)穩(wěn)定性和規(guī)模生產(chǎn)上均存在一定的困難。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏電池已逐步進(jìn)入市場(chǎng)，但現(xiàn)在只占市場(chǎng)的9.3%，隨著薄膜光伏電池技術(shù)不斷進(jìn)步，薄膜光伏電池的市場(chǎng)份額將快速增長(zhǎng)相對(duì)而言有更大的發(fā)展空間，未來(lái)薄膜電池會(huì)有更好的發(fā)展前景。在2000年以前中國(guó)的電力供應(yīng)不是很緊張，2001年以后，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下，電力需求以每年超過(guò)20%的速度在增長(zhǎng)，2003年在全國(guó)出現(xiàn)電力供遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于求的嚴(yán)重現(xiàn)象，電力供應(yīng)的緊張情況在以后的一段時(shí)間內(nèi)很難緩解。可再生能源得到了中國(guó)政府的重視，在中國(guó)政府大力支持下已形成了完整的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。截至2010年底，我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到60萬(wàn)千瓦，光伏新增并網(wǎng)容量為21.16萬(wàn)千瓦，累計(jì)并網(wǎng)容量為24萬(wàn)千瓦，較上年的2.5萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)了960%。從產(chǎn)業(yè)布局上來(lái)看，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)三角、環(huán)渤海、珠三角及中西部地區(qū)業(yè)已形成各具特色的區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群，并涌現(xiàn)出了無(wú)錫尚德、江西賽維、浙江昱輝等一批知名企業(yè)。2011年中國(guó)多晶硅產(chǎn)量達(dá)到7.8萬(wàn)噸，占全球比重約33%；國(guó)內(nèi)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)中，成本低于35美元/千克的企業(yè)不足十家，約9.5萬(wàn)噸，其他40余家中小企業(yè)總產(chǎn)能近5萬(wàn)噸。3、太陽(yáng)能發(fā)展趨勢(shì)3.1提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池材料成本1）提高光電轉(zhuǎn)換效率的材料。在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開(kāi)發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池，從理論研究看，在陽(yáng)光集中輻照時(shí)，利用希澤光電效應(yīng)可能達(dá)到的光電轉(zhuǎn)換效率的極限值為63.2%，但只有使用理想的材料才能達(dá)到。若使晶體結(jié)構(gòu)中形成的缺陷能準(zhǔn)確無(wú)誤地出現(xiàn)在所需要的地方，實(shí)際上也很難做到。德國(guó)科學(xué)家正在進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)趩尉Ч柚袚饺胂⊥两饘僭劂s（Er）來(lái)制造太陽(yáng)電池，以測(cè)試它對(duì)轉(zhuǎn)換效率可能產(chǎn)生的影響，德國(guó)夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)