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太陽能發(fā)電
通過太陽能發(fā)出電量
太陽能的能源是來自地球外部天體的能源（主要是太陽能），是太陽中的氫原子核在超高溫時聚變釋放的巨大能量，人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。我們生活所需的煤炭、石油、天然氣等化石燃料都是因為各種植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)變成化學能在植物體內(nèi)貯存下來后，再由埋在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成。此外，水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉(zhuǎn)換來的。
內(nèi)容簡介
背景
現(xiàn)有能源
隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求，尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題?，F(xiàn)有電力能源的來源主要有3種，即火電、水電和核電。
火電缺點
火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊藏量有限、越燒越少，正面臨著枯竭的危險。據(jù)估計，全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒將排出二氧化碳和硫的氧化物，因此會導致溫室效應和酸雨，惡化地球環(huán)境。
水電缺點
理想能源
太陽能發(fā)電
照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，足以供全球人類一年能量的消費。可以說，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發(fā)電絕對干凈，不產(chǎn)生公害。所以太陽能發(fā)電被譽為是理想的能源。
從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現(xiàn)。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點：①無枯竭危險；②絕對干凈（無公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。
不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽能具有極大優(yōu)點，因此受到世界各國的重視。
要使太陽能發(fā)電真正達到實用水平，一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本，二是要實現(xiàn)太陽能發(fā)電同的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。
風力
風力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源，具有廣泛的發(fā)展前景。風能儲量大，廣泛發(fā)展風力發(fā)電是解決中國能源供應不足的有效途徑；風力發(fā)電屬于清潔能源的應用，是減少溫室氣體排放的有效途徑。
類型
原理
太陽能的利用還不是很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽能電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應用。太陽能是太陽內(nèi)部或者表面的黑子連續(xù)不斷的核聚變反應過程產(chǎn)生的能量。地球軌 道上的平均太陽輻射強度為1369w/㎡。地球赤道的周長為40000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達173000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/m2，地球表面某一點24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡，相當于有102000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地熱能資源除外），雖然太陽能資源總量相當于現(xiàn) 在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發(fā)利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。
工作原理
太陽能發(fā)電
太陽能發(fā)電原理
太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護系統(tǒng)，負載為系統(tǒng)終端。
太陽能電源系統(tǒng)
太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。
電池單元
由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質(zhì)半導體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢壘區(qū)存在著較強的內(nèi)建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽能電池組件就實現(xiàn)了對負載的功率P輸出。
電能儲存單元
太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時間（發(fā)電時間）的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續(xù)無日照時間決定。
控制器
控制器的主要功能是使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即PWM控制方式，使整個系統(tǒng)始終運行于最大功率點Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開路或接反時切斷開關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調(diào)控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數(shù)的"向日葵"式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。
3DC-AC逆變器
逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流
電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照
1.4 發(fā)電系統(tǒng)反充二極管
效率
在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總效率ηese由電池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術(shù)來講，要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術(shù)及生產(chǎn)水平要成熟得多，而且目前系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點和難點。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統(tǒng)治地位。目前對硅電池轉(zhuǎn)換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運用吸雜技術(shù)減小半導體材料的復合；電池超薄型化；改進理論，建立新模型；聚光電池等。
轉(zhuǎn)換效率
實驗室典型電池 商品薄膜電池
各種太陽能電池 ηmax(%) 各種太陽能電池 η（%)
單晶硅 24.4 多晶硅 16.6
a-si（單結(jié)） 13 銅銦硒 14.1
充分利用太陽能是綠色照明的重要內(nèi)容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統(tǒng)的高效率，高穩(wěn)定性，高效節(jié)能的綠色光源等。
一體化設(shè)計
太陽能發(fā)電
國內(nèi)常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種"太陽房"，把發(fā)電、節(jié)能、環(huán)保、增值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結(jié)合起來，稱為太陽能建筑系統(tǒng)（SPBS），SPBS已于2000年9月20日通過專家論證。
近日在上海浦東建成了國內(nèi)首座太陽能--照明一體化的公廁，所有用電由屋頂太陽能電池提供。這將有力地推動太陽能建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)化與市場化的進程。
綠色照明光源研究
綠色照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，要求低能耗下獲得高的光效輸出，并延長燈的使用壽命。因此DC-AC逆變器設(shè)計，應獲得合理的燈絲預熱時間和激勵燈管的電壓和電流波形。目前處在研究開發(fā)中的太陽能照明光源激勵方式有四種典型電路：
①自激推挽振蕩電路，通過燈絲串聯(lián)啟輝器預熱啟動。該光源系統(tǒng)的主要參數(shù)是：輸入電壓DC=12V，輸出光效>495Lm/支，燈管額定效率9W，有效壽命3200h，連續(xù)開啟次數(shù)>1000次。
②自激推挽振蕩（簡單式）電路，該光源系統(tǒng)的主要參數(shù)是：輸入電壓DC=12V，燈管功率9W，輸出光效315Lm/支，連續(xù)啟動次數(shù)>1500次。
③自激單管振蕩電路，燈絲串聯(lián)繼電器預熱啟動方式。
④自激單管振蕩(簡單式）電路等方式的高效節(jié)能綠色光源。
綠色能源和可持續(xù)發(fā)展問題是本世紀人類面臨的重大課題，開發(fā)新能源，對現(xiàn)有能源的充分合理利用已經(jīng)得到各國政府的極大重視。太陽能發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭的清潔環(huán)保能源將得到前所未有的發(fā)展。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化進程和技術(shù)開發(fā)的深化，它的效率、性價比將得到提高，它在包括BIPV在內(nèi)的各個領(lǐng)域都將得到廣泛的應用，也將極大地推動中國"綠色照明工程"的快速發(fā)展。
優(yōu)缺點
太陽能發(fā)電
1、太陽能資源沒有枯竭危險，且資源分布廣泛，受地域限制小。
2、太陽能電池主要的材料--硅，原料豐富；無機械轉(zhuǎn)動部件，沒有噪聲，穩(wěn)定性好。
3、維護保養(yǎng)簡單，維護費用低。
4、系統(tǒng)為組件，可在任何地方快速安裝無污染，完全干凈（蓄電池除外）。
太陽能發(fā)電也有其不足之處：
1、太陽能照射的能量分布密度小，約100 W/m2。
2、年發(fā)電時數(shù)較低，平均1300 h。
3、不能連續(xù)發(fā)電，受季節(jié)、晝夜以及陰晴等氣象狀況影響大。
4、精準預測系統(tǒng)發(fā)電量比較困難。
5、光伏系統(tǒng)的造價還比較高，系統(tǒng)成本40000～60000元/kW。
應用
太陽能發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響，但可以分散地進行，所以它適于各家各戶分別進行發(fā)電，而且要聯(lián)接到供電網(wǎng)絡(luò)上，使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司，不足時又可從電力公司買入。實現(xiàn)這一點的技術(shù)不難解決，關(guān)鍵在于要有相應的法律保障?，F(xiàn) 在美國、日本等發(fā)達國家都已制定了相應法律，保證進行太陽能發(fā)電的家庭利益，鼓勵家庭進行太陽能發(fā)電。
日本已于1992年4月實現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，已有一些家庭開始安裝太陽能發(fā)電設(shè)備。日本通產(chǎn)省從1994年開始以個人住宅為對象，實行對購買太陽能發(fā)電設(shè)備的費用補助三分之二的制度。要求第一年有1000戶家庭、2000年時有7萬戶家庭裝上太陽能發(fā)電設(shè)備。
據(jù)日本有關(guān)部門估計日本2100萬戶個人住宅中如果有80%裝上太陽能發(fā)電設(shè)備，便可滿足全國總電力需要的14%，如果工廠及辦公樓等單位用房也進行太陽能發(fā)電，則太陽能發(fā)電將占全國電力的30%－40%。當前阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是費用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的3千瓦發(fā)電系統(tǒng)，需600萬至700萬日元，還未包括安裝的工錢。有關(guān)專家認為，至少要降到100萬到200萬日元時，太陽能發(fā)電才能夠真正普及。降低費用的關(guān)鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。
不久前，美國德州儀器公司和SCE公司宣布，它們開發(fā)出一種新的太陽電池，每一單元是直徑不到1毫米的小珠，它們密密麻麻規(guī)則地分布在柔軟的鋁箔上，就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約50平方厘米的面積上便分布有1，700個這樣的單元。這種新電池的特點是，雖然變換效率只有8%—10%，但價格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結(jié)實，可以像布帛一樣隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽處便可發(fā)電，非常方便。據(jù)稱，使用這種新太陽電池，每瓦發(fā)電能力的設(shè)備只要1.5至2美元，而且每發(fā)一度電的費用也可降到14美分左右，完全可以同普通電廠產(chǎn)生的電力相競爭。每個家庭將這種電池掛在向陽的屋頂、墻壁上，每年就可獲得一二千度的電力。
應用領(lǐng)域
1.用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。
2. 交通領(lǐng)域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
3. 通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。
7.太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。
8.其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設(shè)備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。
現(xiàn)狀
太陽能發(fā)電
太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類，前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種，后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。
單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高可達23%，在太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高，但其制造成本高。單晶硅太陽能電池的使用壽命一般可達15年，最高可達25年。多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽能電池，因此得到大量發(fā)展，但多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池要短。
提高太陽能發(fā)電競爭力的途徑，就是要提高其光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。因此，硅太陽能電池的研發(fā)主要圍繞以下兩個方面進行：一是提高太陽光輻照能轉(zhuǎn)化為電能的光電轉(zhuǎn)換效率；二是大幅度降低單瓦成本。
2010年美國能源部啟動了“太陽計劃”，旨在降低太陽能發(fā)電的均化成本，計劃到2020年在沒有補貼的前提下將其降為每千瓦50到60美元。就公用事業(yè)電站項目的太陽能發(fā)電而言，其安裝成本必須降至每瓦1美元，其中太陽能電池模塊的成本為每瓦0.5美元，并入常規(guī)電網(wǎng)的成本為每瓦0.1美元，軟性成本（包括安裝、許可證的獲取和其他成本等）為每瓦0.4美元。據(jù)美國SunRun發(fā)布的一份報告顯示，地方審批流程這一項就使每戶住宅的光伏安裝成本增加2500多美元，降低這類軟性成本也有利于提高太陽能的競爭優(yōu)勢，而“太陽計劃”的目標之一就是致力于降低軟性成本以降低模塊成本。
由于產(chǎn)能過剩、全球經(jīng)濟不景氣，以及工程和制造技術(shù)的創(chuàng)新，硅太陽能模塊的售價自2008年第2季度以來大幅降低：從原來的每瓦4美元降為每瓦1美元。隨著未來技術(shù)創(chuàng)新步伐的加快，其售價將會降為每瓦0.8美元，2020年將降為每瓦0.5美元。相比之下，軟性成本的降幅不大。
薄膜太陽能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽能電池。薄膜太陽能電池可以使用質(zhì)輕、價低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度不到1微米，便于運輸和安裝。然而，沉淀在異質(zhì)基底上的薄膜會產(chǎn)生一些缺陷，因此現(xiàn)有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的規(guī)?；慨a(chǎn)轉(zhuǎn)換效率只有12%到14%，而其理論上限可達29%。如果在生產(chǎn)過程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會增加電池的壽命，并提高其轉(zhuǎn)化效率。這就需要研究缺陷產(chǎn)生的原因，以及減少缺陷和控制質(zhì)量的途徑。太陽能電池界面也很關(guān)鍵，需要大量的研發(fā)投入。
此外，也需要設(shè)計一套在線監(jiān)測和控制系統(tǒng)，以改進生產(chǎn)質(zhì)量控制，并將之作為一種長期性措施。目 前，碲化鎘薄膜太陽能板的成本最低（大約為每瓦0.7美元）。未來20到25年，所有新型太陽能發(fā)電技術(shù)都將受惠于財政貼息政策，因此光伏發(fā)電技術(shù)必將有相當大的發(fā)展空間，這將增強該項技術(shù)的市場競爭力。如果能夠?qū)⒐怆娹D(zhuǎn)化率從17%提高到20%，太陽能電板的成本和某些軟性成本將會大幅度降低，這將會給未來的市場帶來變革性的重大影響，其影響可以與將多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高到18%以上相媲美。
高效多結(jié)太陽能電池技術(shù)也非常引人注目。高效多結(jié)太陽能電池是指針對太陽光譜，在不同的波段選取不同帶寬的半導體材料做成多個太陽能子電池，最后將這些子電池串聯(lián)形成多結(jié)太陽能電池。
太陽能光伏發(fā)電技術(shù)競爭異常激烈，從經(jīng)濟性的角度考慮，任何一項技術(shù)只有在商業(yè)化規(guī)模上能將太陽電池板的成本降為每瓦0.5美元，才有實際應用價值。
太陽熱能發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電，其均化成本可以降為每千瓦時50到60美元。太陽熱能發(fā)電系統(tǒng)有三類：拋物槽式聚焦系統(tǒng)、塔式聚焦系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換效率大約為30%到35%。聚焦式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)主要是水、水蒸汽和熔鹽等，這些傳熱工質(zhì)在接收器內(nèi)可以加熱到攝氏450度然后用于發(fā)電。此外，該發(fā)電方式的儲熱系統(tǒng)可以將熱能暫時儲存數(shù)小時，以備用電高峰時之需。
拋物槽式聚焦系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式發(fā)射鏡將陽光聚集到管形的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在熱換氣器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚集到一個固定塔頂部的接收器上以產(chǎn)生高溫。
為了實現(xiàn)均化成本為每千瓦時50到60美元的目標，必須提高熱機的效率。這需要將傳熱工質(zhì)的溫度加熱到攝氏600度，需要研制性能更好的拋物柱面太陽能反射鏡和發(fā)電塔。此外，也需要研發(fā)太陽能聚熱器使用的低成本、耐高溫新型材料。如果能將太陽聚熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)的溫度加熱到攝氏600度以上，太陽熱能發(fā)電將能與天然氣混合循環(huán)發(fā)電技術(shù)相媲美。
另一個有潛力的途徑是將太陽能光伏發(fā)電和熱能發(fā)電有機地結(jié)合起來。可將聚光太陽輻射中的可見光譜過濾出來用于光伏發(fā)電，其余光譜用于熱能發(fā)電；此外，由于太陽熱能發(fā)電極少能完全利用聚光太陽輻射，這也為光伏發(fā)電和太陽能聚熱器的有機整合提供了可能性。
2021年6月和7月，歐盟的太陽能供應達到歷史新高，占該地區(qū)總發(fā)電量的10%。在這兩個月里，歐盟27個成員國的太陽能發(fā)電量達到近39太瓦時（TWh），比2018年同期增加了10.9太瓦時。
?發(fā)展前景
太陽能發(fā)電有更加激動人心的計劃。一是日本提出的創(chuàng)世紀計劃。準備利用地面上沙漠和海洋面積進行發(fā)電，并通過超導電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。據(jù)測算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太陽能發(fā)電供給全球能源，占地也不過為 65.11萬平方公里、 186.79萬平方公里、829.19萬平方公里。829.19萬平方公里才占全部海洋面積 2.3%或全部沙漠的 51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5%。因此這一方案是有可能實現(xiàn)的。
另一是天上發(fā)電方案。早在1980年美國宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站設(shè)想，準備在同步軌道上放一個長10公里、寬5公里的大平板，上面布滿太陽電池，這樣便可提供500萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題?，F(xiàn)已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機實現(xiàn)了短距離、短時間、小功率的微波無線輸電，但離真正實用還有漫長的路程。
隨著中國技術(shù)的發(fā)展，在2006年，中國有三家企業(yè)進入了全球前十名，標志著中國將成為全球新能源科技的中心之一，世界上太陽能光伏的廣泛應用，導致了目前缺乏的是原材料的供應和價格的上漲，我們需要將技術(shù)推廣的同時，必須采用新的技術(shù)，以便大幅度降低成本，為這一新能源的長遠發(fā)展提供原動力！
太陽能的使用主要分為幾個方面：家庭用小型太陽能電站、大型并網(wǎng)電站、建筑一體化光伏玻璃幕墻、太陽能路燈、風光互補路燈、風光互補供電系統(tǒng)等，現(xiàn)在主要的應用方式為建筑一體化和風光互補系統(tǒng)。
世界目前已有近200家公司生產(chǎn)太陽能電池，但生產(chǎn)設(shè)備廠主要在日企之手。
近年韓國三星、LG都表示了積極參與的愿望，中國海峽兩岸同樣十分熱心。據(jù)報道，中國臺灣2008年結(jié)晶硅太陽能電池生產(chǎn)能力達2．2GW，以后將以每年1Gw生產(chǎn)能力擴大，當年并開始生產(chǎn)薄膜太陽能電池，今年將大力增強，臺灣期待向歐洲“太陽能電池大國”看齊。2010年各國及地區(qū)有1GW以上生產(chǎn)計劃的太陽能電池廠商有日本Sharp，德國Q—Cells，Scho~Solar，拐5威RWESolar，中國SuntechPower等5家公司，其余7家500MW以上生產(chǎn)能力的公司。
近年世界太陽能電池市場高歌猛進，一片大好，但百年不遇的金融風暴帶來的經(jīng)濟危機，同樣是壓在太陽能電池市場頭上的一片烏云，主要企業(yè)如德國Q—Cells的業(yè)績應聲下調(diào)，預年今年世界太陽電池市場也會因需求疲軟、石油價格下降而競爭力反提升等不利因素而下挫。但與此同時，人們也看到美國．奧巴馬上臺后即將施行GreenNewDeal政策，包括其內(nèi)的綠色能源計劃可有1500億美元的補助資金，日本也將推行補助金制度來繼續(xù)普及太陽能電池的應用。
太陽能
原
太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，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)以晶體硅為例描述光發(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)。
生產(chǎn)
太陽能電池板
以單晶硅為例，其生產(chǎn)過程可分為：
工序一：硅片清洗制絨
目的——表面處理：
清除表面油污和金屬雜質(zhì)。
去除硅片表面的切割損壞層。
在硅片表面制作絨面，形成減反射織構(gòu)，降低表面反射率。
工序二：擴散
硅片的單/雙面液態(tài)源磷擴散，制作N型發(fā)射極區(qū)，以形成光電轉(zhuǎn)換的基本結(jié)構(gòu)：PN結(jié)。
POCl3 液態(tài)分子在N2 載氣的攜帶下進入爐管，在高溫下經(jīng)過一系列化學反應磷原子被置換，并擴散進入硅片表面，激活形成N型摻雜，與P型襯底形成PN結(jié)。
工序三：等離子刻邊
工序四：去除磷硅玻璃
去除硅片表面氧化層及擴散時形成的磷硅玻璃（磷硅玻璃是指摻有P2O5的SiO2層）。
工序五：PECVD
目的——減反射+鈍化：
制作減少硅片表面反射的SiN 薄膜（～80nm）。
利用高頻電源輝光放電產(chǎn)生等離子體對化學氣相沉積過程施加影響的技術(shù)。由于等離子體存在，促進氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離，促進反應活性基團的生成，從而降低沉積溫度。PECVD在200℃～500℃范圍內(nèi)成膜，遠小于其它CVD在700℃～950℃范圍內(nèi)成膜。
工序六：絲網(wǎng)印刷
用絲網(wǎng)印刷的方法，完成背場、背電極、正柵線電極的制作，已引出產(chǎn)生的光生電流。
正面電極用Ag金屬漿料，通常印成柵線狀，在實現(xiàn)良好接觸的同時使光線有較高的透過率。
背面通常用Al金屬漿料印滿整個背面，一是為了克服由于電池串聯(lián)而引起的電阻，二是減少背面的復合。
工序七：烘干和燒結(jié)目的及工作原理：
烘干金屬漿料，并將其中的添加料揮發(fā)（前3個區(qū)）。
Ag漿料中的玻璃添加料在高溫（~700度）下燒穿SiN膜，使得Ag金屬接觸硅片表面，在銀硅共熔點（760度）以上進行合金化。
聚光太陽能發(fā)電的先行者是美國的吉爾伯特·科恩，在美國內(nèi)華達州建造極具規(guī)模的聚光太陽能發(fā)電站，已經(jīng)成功地為拉斯維加斯供應22兆瓦的電力能源。
基本原理：聚光太陽能發(fā)電使用拋物鏡將光線聚集到充有合成油的吸熱管上，再將加熱到約400攝氏度的合成油輸送到熱交換器里，將熱量通過此加熱循環(huán)水，將水加熱，產(chǎn)生水蒸氣，推動渦輪轉(zhuǎn)動使發(fā)電機運轉(zhuǎn)，以此來發(fā)電。
聚光太陽能發(fā)電與太陽能電池不同，太陽能電池使用太陽電池板將太陽能直接變成電能，可以在陰天操作，CSP一般只能夠在陽光充足、天氣晴朗的地方進行。
國際能源署（IEA）下屬的SolarPACES、歐洲太陽能熱能發(fā)電協(xié)會（ESTELA）和綠色和平組織的預測則較為溫和，認為CSP到2030年在全球能源供應份額中將占3%-3.6%，到2050年占8%-11.8%，這意味著到2050年CSP裝機容量將達到830GW，每年新增41GW。在未來5-10年內(nèi)累計年增長率將達到17%-27%。
電池應用
衛(wèi)星供電
上世紀60年代，科學家們就已經(jīng)將太陽電池應用于空間技術(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親切，不僅在空間應用，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。歐美等先進國家，將光伏發(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。
發(fā)電系統(tǒng)
太陽能電池板
蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。
逆變器負責把直流電轉(zhuǎn)換為交流電，供交流負荷使用。逆變器是光伏風力發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。由于使用地區(qū)相對落后、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，保證電站的長期穩(wěn)定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源發(fā)電成本較高，逆變器的高效運行也顯得非常重要。
可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將光伏陣列、風力機以及燃料電池等產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過蓄電池儲能，通過并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。
因為直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統(tǒng)的負載缺電率。同時，可再生能源并網(wǎng)系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是太陽能風力發(fā)電的發(fā)展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術(shù)。
太陽電池的應用領(lǐng)域
太陽能電池的應用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價很貴的輸電線路。但是在目 前階段，它的成本還很高，發(fā)出1kW電需要投資上萬美元，因此大規(guī)模使用仍然受到經(jīng)濟上的限制。
但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進以及新的光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。
優(yōu)勢
1、光伏發(fā)電可達10～20倍。
從新建電站所消耗能量與電站運行周期內(nèi)的發(fā)電量之比，即能量的投入產(chǎn)出比看，目前光伏發(fā)電可達到10～15倍，在光照良好的地區(qū)高的可達到15-20倍。其中生物質(zhì)能、水能和風能本質(zhì)上都是太陽能的某種轉(zhuǎn)換形式和轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，其本質(zhì)上還是來源于太陽輻射產(chǎn)生的能量；
2、光伏發(fā)電具有經(jīng)濟優(yōu)勢。
從光伏電站建設(shè)成本來看，隨著太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應用和推廣，尤其是上游晶體硅產(chǎn)業(yè)和光伏發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，建筑房頂、外墻等平臺的復合開發(fā)利用，每千瓦光伏電能的建設(shè)成本在2010年前后可能達到7000元—1萬元，相比其他可再生能源已具有同樣的經(jīng)濟優(yōu)勢，一次投資，終身受益。
3、光電資源蘊含量高達96.64%。
從我國可開發(fā)的資源蘊含量來看，學者和專家比較公認的數(shù)字，生物質(zhì)能1億千瓦，水電3.78億千瓦，風電2.53億千瓦，而太陽能是2.1萬億千瓦，只需開發(fā)1%即達到210億千瓦；從其比例看，生物質(zhì)能僅占0.46%，風電占1.74%，水電1.16%，而光電為96.64%。
從目前各種發(fā)電方式的碳排放量來看，不計算其上游環(huán)節(jié)：煤電為275克，油發(fā)電為204克，天然氣發(fā)電為181克，風力發(fā)電為20克，而太陽能光伏發(fā)電則接近零排放。并且，在發(fā)電過程中沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒有噪音，不產(chǎn)生對人體有害物質(zhì)，不會污染環(huán)境。
5、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)最少最直接。
從能量轉(zhuǎn)換路線來看，太陽能發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換路線，是直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，是所有可再生能源中對太陽能的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)最少、利用最直接的方式。一般來說，在整個生態(tài)環(huán)境的能量流動中，隨著轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的增加，轉(zhuǎn)換鏈條的拉長，能量的損失將呈幾何級增加，并同時大大增加整個系統(tǒng)的運作成本和不穩(wěn)定性。
6、最經(jīng)濟、最清潔、最環(huán)保。
從資源條件尤其是土地占用來看，生物能、風能是較為苛刻的，而太陽能則很靈活和廣泛。相比而言，太陽能發(fā)電不需要占用更多額外的土地，屋頂、墻面都可成為其應用的場所，還可利用我國廣闊的沙漠，通過在沙漠上建造太陽能發(fā)電基地，直接降低沙漠地帶直射到地表的太陽輻射，有效降低地表溫度，減少蒸發(fā)量，進而使植物的存活和生長相當程度上成為可能，穩(wěn)固并減少了沙丘，又向自然索取了我們需要的清潔可再生能源。
分布式
應用場景
系統(tǒng)應用范圍：可在農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)附近建造小型分布式電站，解決當?shù)赜秒娦枨蟆?/span>
解決方案
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備，另外還有電站監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。
太陽能發(fā)電
方案特點
系統(tǒng)相互獨立，可自行控制，避免發(fā)生大規(guī)模停電事故，安全性高。
彌補大電網(wǎng)穩(wěn)定性的不足，在意外發(fā)生時繼續(xù)供電，成為集中供電不可或缺的重要補充。
可對區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進行實時監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，大大減小環(huán)保壓力。
輸配電損耗低，甚至沒有，無需建配電站，降低或避免附加的輸配電成本；土建和安裝成本低。
調(diào)峰性能好，操作簡單；由于參與運行的系統(tǒng)少，啟?？焖?，便于實現(xiàn)全自動。
無疑，利用太陽能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)前景廣闊。太陽能資源近乎無限，光伏發(fā)電也不產(chǎn)生任何環(huán)境污染，是滿足未來社會需求的理想能源。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的深入發(fā)展，轉(zhuǎn)換效率的逐步提高，系統(tǒng)成本的日趨合理，以及相關(guān)的分布式發(fā)電技術(shù)、智能電網(wǎng)等的完善，光伏發(fā)電這種綠色能源將成為未來社會的重要能源。
參考資料
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有機太陽能電池：綠色能源未來的新選擇 · 國家能源局[引用日期2020-05-08]
[2]
太陽能的優(yōu)點和缺點有哪些？太陽能有哪些用途？ · 中研網(wǎng)[引用日期2020-05-08]
[3]
太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 · 新能源網(wǎng)[引用日期2020-05-08]
[4]
2017年全球太陽能發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析【圖】 · 中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)[引用日期2020-05-08]
[5]
中國太陽能發(fā)電規(guī)模巨大 但輸電和回收都是問題 · 網(wǎng)易科技[引用日期2020-05-08]
展開
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