太陽(yáng)能發(fā)電（通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)出電量）
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太陽(yáng)能發(fā)電
通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)出電量
太陽(yáng)能的能源是來(lái)自地球外部天體的能源（主要是太陽(yáng)能），是太陽(yáng)中的氫原子核在超高溫時(shí)聚變釋放的巨大能量，人類(lèi)所需能量的絕大部分都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)。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(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉變成化學(xué)能在植物體內貯存下來(lái)后，再由埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過(guò)漫長(cháng)的地質(zhì)年代形成。此外，水能、風(fēng)能、波浪能、海流能等也都是由太陽(yáng)能轉換來(lái)的。
內容簡(jiǎn)介
光伏發(fā)電是根據光生伏特效應原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統主要由太陽(yáng)電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發(fā)電設備極為精煉，可靠穩定壽命長(cháng)、安裝維護簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源可以無(wú)處不在。
背景
現有能源
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展、社會(huì )的進(jìn)步，人們對能源提出越來(lái)越高的要求，尋找新能源成為當前人類(lèi)面臨的迫切課題。現有電力能源的來(lái)源主要有3種，即火電、水電和核電。
火電缺點(diǎn)
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(zhù)枯竭的危險。據估計，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(huì )導致溫室效應和酸雨，惡化地球環(huán)境。
水電缺點(diǎn)
理想能源
太陽(yáng)能發(fā)電
照射在地球上的太陽(yáng)能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽(yáng)能，足以供全球人類(lèi)一年能量的消費。可以說(shuō)，太陽(yáng)能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽(yáng)能發(fā)電絕對干凈，不產(chǎn)生公害。所以太陽(yáng)能發(fā)電被譽(yù)為是理想的能源。
從太陽(yáng)能獲得電力，需通過(guò)太陽(yáng)電池進(jìn)行光電變換來(lái)實(shí)現。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點(diǎn)：①無(wú)枯竭危險；②絕對干凈（無(wú)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(shí)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(shuō)來(lái)，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽(yáng)能具有極大優(yōu)點(diǎn)，因此受到世界各國的重視。
要使太陽(yáng)能發(fā)電真正達到實(shí)用水平，一是要提高太陽(yáng)能光電變換效率并降低其成本，二是要實(shí)現太陽(yáng)能發(fā)電同的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。
太陽(yáng)能電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶態(tài)硅三種。單晶硅太陽(yáng)電池變換效率最高，已達20%以上，但價(jià)格也最貴。非晶態(tài)硅太陽(yáng)電池變換效率最低，但價(jià)格最便宜，今后最有希望用于一般發(fā)電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達到10%，每瓦發(fā)電設備價(jià)格降到1－2美元時(shí)，便足以同其他的發(fā)電方式競爭。估計本世紀末便可達到這一水平。
風(fēng)力
風(fēng)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(fēng)能儲量大，廣泛發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是解決中國能源供應不足的有效途徑；風(fēng)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(lèi)型
太陽(yáng)能發(fā)電有兩大類(lèi)型：一類(lèi)是太陽(yáng)光發(fā)電（亦稱(chēng)太陽(yáng)能光發(fā)電），另一類(lèi)是太陽(yáng)熱發(fā)電（亦稱(chēng)太陽(yáng)能熱發(fā)電）。
太陽(yáng)能發(fā)電
原理
太陽(yáng)能的利用還不是很普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉換效率低的問(wèn)題，但是太陽(yáng)能電池在為人造衛星提供能源方面得到了應用。太陽(yáng)能是太陽(yáng)內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌 道上的平均太陽(yáng)輻射強度為1369w/㎡。地球赤道的周長(cháng)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(diǎn)24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡，相當于有102000TW 的能量，人類(lèi)依賴(lài)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(yáng)能資源總量相當于現 在人類(lèi)所利用的能源的一萬(wàn)多倍，但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太陽(yáng)能的這些特點(diǎn)會(huì )使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。
工作原理
太陽(yáng)能發(fā)電
太陽(yáng)能發(fā)電原理
太陽(yáng)能發(fā)電系統主要包括：太陽(yáng)能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶(hù)即照明負載等組成。其中，太陽(yáng)能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。
太陽(yáng)能電源系統
太陽(yáng)能電池與蓄電池組成系統的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著(zhù)系統工作特性。
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(shí)用中的太陽(yáng)能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統，稱(chēng)為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學(xué)特性，當太陽(yáng)光照射到由P型和N型兩種不同導電類(lèi)型的同質(zhì)半導體材料構成的P-N結上時(shí)，在一定的條件下，太陽(yáng)能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著(zhù)較強的內建靜電場(chǎng)，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開(kāi)路電壓Uoc。若在內建電場(chǎng)的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，就有"光生電流"流過(guò)，太陽(yáng)能電池組件就實(shí)現了對負載的功率P輸出。
電能儲存單元
太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電先進(jìn)入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著(zhù)系統的工作效率和特性。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(shí)間（發(fā)電時(shí)間）的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預定的連續無(wú)日照時(shí)間決定。
控制器
控制器的主要功能是使太陽(yáng)能發(fā)電系統始終處于發(fā)電的最大功率點(diǎn)附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術(shù)即PWM控制方式，使整個(gè)系統始終運行于最大功率點(diǎn)Pm附近區域。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障，如電池開(kāi)路或接反時(shí)切斷開(kāi)關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調控點(diǎn)Pm，又能跟蹤太陽(yáng)移動(dòng)參數的"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(guò)全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過(guò)調制、濾波、升壓等，得到與照
1.4 發(fā)電系統反充二極管
太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的防反充二極管又稱(chēng)阻塞二極管，在太陽(yáng)電池組件中其作用是避免由于太陽(yáng)電池方陣在陰雨和夜晚不發(fā)電或出現短路故障時(shí)，擂電池組通過(guò)太陽(yáng)電池方陣放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽(yáng)電池方陣電路中，起單向導通作用。因此它必須保證回路中有最大電流，而且要承受最大反向電壓的沖擊。一般可選用合適的整流二極管作為防反充二極管。一塊板的話(huà)可以不用任何二極管，因為控制器本來(lái)就可防反沖。板子串聯(lián)的話(huà)，需要安裝旁路二極管，如果是并聯(lián)的話(huà)就要裝個(gè)防反沖二極管，防止板子直接沖電。防反充二極管只是保護作用，不會(huì )影響發(fā)電效果。
效率
在太陽(yáng)能發(fā)電系統中，系統的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、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(yáng)能電池技術(shù)來(lái)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，而且目前系統的轉換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉換率，降低單位功率造價(jià)是太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái)，晶體硅作為主角材料保持著(zhù)統治地位。目前對硅電池轉換率的研究，主要圍繞著(zhù)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(jìn)理論，建立新模型；聚光電池等。
轉換效率
實(shí)驗室典型電池 商品薄膜電池
各種太陽(yáng)能電池 ηmax(%) 各種太陽(yáng)能電池 η（%)
單晶硅 24.4 多晶硅 16.6
a-si（單結） 13 銅銦硒 14.1
充分利用太陽(yáng)能是綠色照明的重要內容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統的高效率，高穩定性，高效節能的綠色光源等。
一體化設計
太陽(yáng)能發(fā)電
國內常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種"太陽(yáng)房"，把發(fā)電、節能、環(huán)保、增值融于一房，成功地把光電技術(shù)與建筑技術(shù)結合起來(lái)，稱(chēng)為太陽(yáng)能建筑系統（SPBS），SPBS已于2000年9月20日通過(guò)專(zhuān)家論證。
近日在上海浦東建成了國內首座太陽(yáng)能--照明一體化的公廁，所有用電由屋頂太陽(yáng)能電池提供。這將有力地推動(dòng)太陽(yáng)能建筑節能產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)化的進(jìn)程。
綠色照明光源研究
綠色照明系統優(yōu)化設計，要求低能耗下獲得高的光效輸出，并延長(cháng)燈的使用壽命。因此DC-AC逆變器設計，應獲得合理的燈絲預熱時(shí)間和激勵燈管的電壓和電流波形。目前處在研究開(kāi)發(fā)中的太陽(yáng)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(guò)燈絲串聯(lián)啟輝器預熱啟動(dòng)。該光源系統的主要參數是：輸入電壓DC=12V，輸出光效>495Lm/支，燈管額定效率9W，有效壽命3200h，連續開(kāi)啟次數>1000次。
②自激推挽振蕩（簡(jiǎn)單式）電路，該光源系統的主要參數是：輸入電壓DC=12V，燈管功率9W，輸出光效315Lm/支，連續啟動(dòng)次數>1500次。
③自激單管振蕩電路，燈絲串聯(lián)繼電器預熱啟動(dòng)方式。
④自激單管振蕩(簡(jiǎn)單式）電路等方式的高效節能綠色光源。
綠色能源和可持續發(fā)展問(wèn)題是本世紀人類(lèi)面臨的重大課題，開(kāi)發(fā)新能源，對現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(yáng)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(zhù)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開(kāi)發(fā)的深化，它的效率、性?xún)r(jià)比將得到提高，它在包括BIPV在內的各個(gè)領(lǐng)域都將得到廣泛的應用，也將極大地推動(dòng)中國"綠色照明工程"的快速發(fā)展。
優(yōu)缺點(diǎn)
太陽(yáng)能發(fā)電
1、太陽(yáng)能資源沒(méi)有枯竭危險，且資源分布廣泛，受地域限制小。
2、太陽(yáng)能電池主要的材料--硅，原料豐富；無(wú)機械轉動(dòng)部件，沒(méi)有噪聲，穩定性好。
3、維護保養簡(jiǎn)單，維護費用低。
4、系統為組件，可在任何地方快速安裝無(wú)污染，完全干凈（蓄電池除外）。
太陽(yáng)能發(fā)電也有其不足之處：
1、太陽(yáng)能照射的能量分布密度小，約100 W/m2。
2、年發(fā)電時(shí)數較低，平均1300 h。
3、不能連續發(fā)電，受季節、晝夜以及陰晴等氣象狀況影響大。
4、精準預測系統發(fā)電量比較困難。
5、光伏系統的造價(jià)還比較高，系統成本40000～60000元/kW。
應用
太陽(yáng)能發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節的影響，但可以分散地進(jìn)行，所以它適于各家各戶(hù)分別進(jìn)行發(fā)電，而且要聯(lián)接到供電網(wǎng)絡(luò )上，使得各個(gè)家庭在電力富裕時(shí)可將其賣(mài)給電力公司，不足時(shí)又可從電力公司買(mǎi)入。實(shí)現這一點(diǎn)的技術(shù)不難解決，關(guān)鍵在于要有相應的法律保障。現 在美國、日本等發(fā)達國家都已制定了相應法律，保證進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電的家庭利益，鼓勵家庭進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電。
日本已于1992年4月實(shí)現了太陽(yáng)能發(fā)電系統同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，已有一些家庭開(kāi)始安裝太陽(yáng)能發(fā)電設備。日本通產(chǎn)省從1994年開(kāi)始以個(gè)人住宅為對象，實(shí)行對購買(mǎi)太陽(yáng)能發(fā)電設備的費用補助三分之二的制度。要求第一年有1000戶(hù)家庭、2000年時(shí)有7萬(wàn)戶(hù)家庭裝上太陽(yáng)能發(fā)電設備。
據日本有關(guān)部門(mén)估計日本2100萬(wàn)戶(hù)個(gè)人住宅中如果有80%裝上太陽(yáng)能發(fā)電設備，便可滿(mǎn)足全國總電力需要的14%，如果工廠(chǎng)及辦公樓等單位用房也進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，則太陽(yáng)能發(fā)電將占全國電力的30%－40%。當前阻礙太陽(yáng)能發(fā)電普及的最主要因素是費用昂貴。為了滿(mǎn)足一般家庭電力需要的3千瓦發(fā)電系統，需600萬(wàn)至700萬(wàn)日元，還未包括安裝的工錢(qián)。有關(guān)專(zhuān)家認為，至少要降到100萬(wàn)到200萬(wàn)日元時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電才能夠真正普及。降低費用的關(guān)鍵在于太陽(yáng)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(kāi)發(fā)出一種新的太陽(yáng)電池，每一單元是直徑不到1毫米的小珠，它們密密麻麻規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(gè)這樣的單元。這種新電池的特點(diǎn)是，雖然變換效率只有8%—10%，但價(jià)格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結實(shí)，可以像布帛一樣隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽(yáng)處便可發(fā)電，非常方便。據稱(chēng)，使用這種新太陽(yáng)電池，每瓦發(fā)電能力的設備只要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(chǎng)產(chǎn)生的電力相競爭。每個(gè)家庭將這種電池掛在向陽(yáng)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(hù)太陽(yáng)能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無(wú)電地區如高原、海島、牧區、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；（3）光伏水泵：解決無(wú)電地區的深水井飲用、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(wú)線(xiàn)電話(huà)亭、無(wú)人值守道班供電等。
3. 通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話(huà)光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。
7.太陽(yáng)能建筑：將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。
8.其他領(lǐng)域包括：（1）與汽車(chē)配套：太陽(yáng)能汽車(chē)/電動(dòng)車(chē)、電池充電設備、汽車(chē)空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統；（3）海水淡化設備供電；（4）衛星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。
現狀
太陽(yáng)能發(fā)電
太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉化為電能。光伏發(fā)電系統主要由太陽(yáng)能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統的關(guān)鍵部分，太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統的質(zhì)量和成本。太陽(yáng)能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類(lèi)，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(yáng)能電池、銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池和碲化鎘太陽(yáng)能電池。
單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率為15%左右，最高可達23%，在太陽(yáng)能電池中光電轉換效率最高，但其制造成本高。單晶硅太陽(yáng)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(yáng)能電池的光電轉換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽(yáng)能電池，因此得到大量發(fā)展，但多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命要比單晶硅太陽(yáng)能電池要短。
提高太陽(yáng)能發(fā)電競爭力的途徑，就是要提高其光電轉換效率，降低生產(chǎn)成本。因此，硅太陽(yáng)能電池的研發(fā)主要圍繞以下兩個(gè)方面進(jìn)行：一是提高太陽(yáng)光輻照能轉化為電能的光電轉換效率；二是大幅度降低單瓦成本。
2010年美國能源部啟動(dòng)了“太陽(yáng)計劃”，旨在降低太陽(yáng)能發(fā)電的均化成本，計劃到2020年在沒(méi)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(yáng)能發(fā)電而言，其安裝成本必須降至每瓦1美元，其中太陽(yáng)能電池模塊的成本為每瓦0.5美元，并入常規電網(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(hù)住宅的光伏安裝成本增加2500多美元，降低這類(lèi)軟性成本也有利于提高太陽(yáng)能的競爭優(yōu)勢，而“太陽(yáng)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(guò)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(yáng)能模塊的售價(jià)自2008年第2季度以來(lái)大幅降低：從原來(lái)的每瓦4美元降為每瓦1美元。隨著(zhù)未來(lái)技術(shù)創(chuàng )新步伐的加快，其售價(jià)將會(huì )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(yáng)能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽(yáng)能電池。薄膜太陽(yáng)能電池可以使用質(zhì)輕、價(jià)低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）來(lái)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(huì )產(chǎn)生一些缺陷，因此現有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的規模化量產(chǎn)轉換效率只有12%到14%，而其理論上限可達29%。如果在生產(chǎn)過(guò)程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會(huì )增加電池的壽命，并提高其轉化效率。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(yáng)能電池界面也很關(guān)鍵，需要大量的研發(fā)投入。
此外，也需要設計一套在線(xiàn)監測和控制系統，以改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量控制，并將之作為一種長(cháng)期性措施。目 前，碲化鎘薄膜太陽(yáng)能板的成本最低（大約為每瓦0.7美元）。未來(lái)20到25年，所有新型太陽(yáng)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(chǎng)競爭力。如果能夠將光電轉化率從17%提高到20%，太陽(yáng)能電板的成本和某些軟性成本將會(huì )大幅度降低，這將會(huì )給未來(lái)的市場(chǎng)帶來(lái)變革性的重大影響，其影響可以與將多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉化效率提高到18%以上相媲美。
高效多結太陽(yáng)能電池技術(shù)也非常引人注目。高效多結太陽(yáng)能電池是指針對太陽(yáng)光譜，在不同的波段選取不同帶寬的半導體材料做成多個(gè)太陽(yáng)能子電池，最后將這些子電池串聯(lián)形成多結太陽(yáng)能電池。
太陽(yáng)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)化規模上能將太陽(yáng)電池板的成本降為每瓦0.5美元，才有實(shí)際應用價(jià)值。
太陽(yáng)熱能發(fā)電是利用集熱器將太陽(yáng)輻射能轉換為熱能，并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行發(fā)電，其均化成本可以降為每千瓦時(shí)50到60美元。太陽(yáng)熱能發(fā)電系統有三類(lèi)：拋物槽式聚焦系統、塔式聚焦系統和碟式系統，轉換效率大約為30%到35%。聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統的傳熱工質(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)電方式的儲熱系統可以將熱能暫時(shí)儲存數小時(shí)，以備用電高峰時(shí)之需。
拋物槽式聚焦系統是利用拋物柱面槽式發(fā)射鏡將陽(yáng)光聚集到管形的接收器上，并將管內傳熱工質(zhì)加熱，在熱換氣器內產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規汽輪機發(fā)電。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統是利用一組獨立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光聚集到一個(gè)固定塔頂部的接收器上以產(chǎn)生高溫。
為了實(shí)現均化成本為每千瓦時(shí)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(yáng)能反射鏡和發(fā)電塔。此外，也需要研發(fā)太陽(yáng)能聚熱器使用的低成本、耐高溫新型材料。如果能將太陽(yáng)聚熱器內傳熱工質(zhì)的溫度加熱到攝氏600度以上，太陽(yáng)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(gè)有潛力的途徑是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電和熱能發(fā)電有機地結合起來(lái)。可將聚光太陽(yáng)輻射中的可見(jiàn)光譜過(guò)濾出來(lái)用于光伏發(fā)電，其余光譜用于熱能發(fā)電；此外，由于太陽(yáng)熱能發(fā)電極少能完全利用聚光太陽(yáng)輻射，這也為光伏發(fā)電和太陽(yáng)能聚熱器的有機整合提供了可能性。
利用太陽(yáng)熱能發(fā)電需要及時(shí)準確預測太陽(yáng)輻射量的變化情況，以適應計劃配電的需要。同時(shí)還需要開(kāi)發(fā)相應的電力儲能技術(shù)，以克服太陽(yáng)能發(fā)電波動(dòng)性所帶來(lái)的諸多不便。
2021年6月和7月，歐盟的太陽(yáng)能供應達到歷史新高，占該地區總發(fā)電量的10%。在這兩個(gè)月里，歐盟27個(gè)成員國的太陽(yáng)能發(fā)電量達到近39太瓦時(shí)（TWh），比2018年同期增加了10.9太瓦時(shí)。
?發(fā)展前景
太陽(yáng)能發(fā)電有更加激動(dòng)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(jìn)行發(fā)電，并通過(guò)超導電纜將全球太陽(yáng)能發(fā)電站聯(lián)成統一電網(wǎng)以便向全球供電。據測算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太陽(yáng)能發(fā)電供給全球能源，占地也不過(guò)為 65.11萬(wàn)平方公里、 186.79萬(wàn)平方公里、829.19萬(wàn)平方公里。829.19萬(wàn)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(shí)現的。
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太陽(yáng)能發(fā)電站設想，準備在同步軌道上放一個(gè)長(cháng)10公里、寬5公里的大平板，上面布滿(mǎn)太陽(yáng)電池，這樣便可提供500萬(wàn)千瓦電力。但這需要解決向地面無(wú)線(xiàn)輸電問(wèn)題。現已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機實(shí)現了短距離、短時(shí)間、小功率的微波無(wú)線(xiàn)輸電，但離真正實(shí)用還有漫長(cháng)的路程。
隨著(zhù)中國技術(shù)的發(fā)展，在2006年，中國有三家企業(yè)進(jìn)入了全球前十名，標志著(zhù)中國將成為全球新能源科技的中心之一，世界上太陽(yáng)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(jià)格的上漲，我們需要將技術(shù)推廣的同時(shí)，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(cháng)遠發(fā)展提供原動(dòng)力！
太陽(yáng)能的使用主要分為幾個(gè)方面：家庭用小型太陽(yáng)能電站、大型并網(wǎng)電站、建筑一體化光伏玻璃幕墻、太陽(yáng)能路燈、風(fēng)光互補路燈、風(fēng)光互補供電系統等，現在主要的應用方式為建筑一體化和風(fēng)光互補系統。
世界目前已有近200家公司生產(chǎn)太陽(yáng)能電池，但生產(chǎn)設備廠(chǎng)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。據報道，中國臺灣2008年結晶硅太陽(yáng)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(kāi)始生產(chǎn)薄膜太陽(yáng)能電池，今年將大力增強，臺灣期待向歐洲“太陽(yáng)能電池大國”看齊。2010年各國及地區有1GW以上生產(chǎn)計劃的太陽(yáng)能電池廠(chǎng)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(yáng)能電池市場(chǎng)高歌猛進(jìn)，一片大好，但百年不遇的金融風(fēng)暴帶來(lái)的經(jīng)濟危機，同樣是壓在太陽(yáng)能電池市場(chǎng)頭上的一片烏云，主要企業(yè)如德國Q—Cells的業(yè)績(jì)應聲下調，預年今年世界太陽(yáng)電池市場(chǎng)也會(huì )因需求疲軟、石油價(jià)格下降而競爭力反提升等不利因素而下挫。但與此同時(shí)，人們也看到美國．奧巴馬上臺后即將施行GreenNewDeal政策，包括其內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(lái)繼續普及太陽(yáng)能電池的應用。
太陽(yáng)能
原
太陽(yáng)能電池是一對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч瑁蔷Ч瑁榛墸熴~等。它們的發(fā)電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發(fā)電過(guò)程。P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。
生產(chǎn)
太陽(yáng)能電池板
以單晶硅為例，其生產(chǎn)過(guò)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，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，以形成光電轉換的基本結構：PN結。
POCl3 液態(tài)分子在N2 載氣的攜帶下進(jìn)入爐管，在高溫下經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應磷原子被置換，并擴散進(jìn)入硅片表面，激活形成N型摻雜，與P型襯底形成PN結。
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(shí)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(xué)氣相沉積過(guò)程施加影響的技術(shù)。由于等離子體存在，促進(jìn)氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離，促進(jìn)反應活性基團的生成，從而降低沉積溫度。PECVD在200℃～500℃范圍內成膜，遠小于其它CVD在700℃～950℃范圍內成膜。
工序六：絲網(wǎng)印刷
用絲網(wǎng)印刷的方法，完成背場(chǎng)、背電極、正柵線(xiàn)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(xiàn)狀，在實(shí)現良好接觸的同時(shí)使光線(xiàn)有較高的透過(guò)率。
背面通常用Al金屬漿料印滿(mǎn)整個(gè)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(gè)區）。
鋁硅合金過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)對硅進(jìn)行P摻雜的過(guò)程，需加熱到鋁硅共熔點(diǎn)（577℃）以上。經(jīng)過(guò)合金化后，隨著(zhù)溫度的下降，液
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(diǎn)（760度）以上進(jìn)行合金化。
聚光太陽(yáng)能發(fā)電的先行者是美國的吉爾伯特·科恩，在美國內華達州建造極具規模的聚光太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電使用拋物鏡將光線(xiàn)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(guò)此加熱循環(huán)水，將水加熱，產(chǎn)生水蒸氣，推動(dòng)渦輪轉動(dòng)使發(fā)電機運轉，以此來(lái)發(fā)電。
聚光太陽(yáng)能發(fā)電與太陽(yáng)能電池不同，太陽(yáng)能電池使用太陽(yáng)電池板將太陽(yáng)能直接變成電能，可以在陰天操作，CSP一般只能夠在陽(yáng)光充足、天氣晴朗的地方進(jìn)行。
國際能源署（IEA）下屬的SolarPACES、歐洲太陽(yáng)能熱能發(fā)電協(xié)會(huì )（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(zhù)到2050年CSP裝機容量將達到830GW，每年新增41GW。在未來(lái)5-10年內累計年增長(cháng)率將達到17%-27%。
電池應用
衛星供電
上世紀60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應用于空間技術(shù)——通信衛星供電，上世紀末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)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(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶(hù)用系統、村寨供電的獨立系統、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、城鎮中路標、高速公路路標等。歐美等先進(jìn)國家，將光伏發(fā)電并入城市用電系統及邊遠地區自然界村落供電系統納入發(fā)展方向。太陽(yáng)電池與建筑系統的結合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。
發(fā)電系統
太陽(yáng)能電池板
蓄電池組的任務(wù)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換為交流電，供交流負荷使用。逆變器是光伏風(fēng)力發(fā)電系統的核心部件。由于使用地區相對落后、偏僻，維護困難，為了提高光伏風(fēng)力發(fā)電系統的整體性能，保證電站的長(cháng)期穩定運行，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)電系統是將光伏陣列、風(fēng)力機以及燃料電池等產(chǎn)生的可再生能源不經(jīng)過(guò)蓄電池儲能，通過(guò)并網(wǎng)逆變器直接反向饋入電網(wǎng)的發(fā)電系統。
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(guò)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，降低系統成本。并網(wǎng)發(fā)電系統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(gè)系統的負載缺電率。同時(shí)，可再生能源并網(wǎng)系統可以對公用電網(wǎng)起到調峰作用。并網(wǎng)發(fā)電系統是太陽(yáng)能風(fēng)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(yáng)電池的應用領(lǐng)域
太陽(yáng)能電池的應用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門(mén)，尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用，以節省造價(jià)很貴的輸電線(xiàn)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(wàn)美元，因此大規模使用仍然受到經(jīng)濟上的限制。
但是，從長(cháng)遠來(lái)看，隨著(zhù)太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光—電轉換裝置的發(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(yáng)能電池仍將是利用太陽(yáng)輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類(lèi)未來(lái)大規模地利用太陽(yáng)能開(kāi)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，在光照良好的地區高的可達到15-20倍。其中生物質(zhì)能、水能和風(fēng)能本質(zhì)上都是太陽(yáng)能的某種轉換形式和轉化環(huán)節，其本質(zhì)上還是來(lái)源于太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的能量；
2、光伏發(fā)電具有經(jīng)濟優(yōu)勢。
從光伏電站建設成本來(lái)看，隨著(zhù)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的大規模應用和推廣，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(kāi)發(fā)利用，每千瓦光伏電能的建設成本在2010年前后可能達到7000元—1萬(wàn)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(kāi)發(fā)的資源蘊含量來(lái)看，學(xué)者和專(zhuān)家比較公認的數字，生物質(zhì)能1億千瓦，水電3.78億千瓦，風(fēng)電2.53億千瓦，而太陽(yáng)能是2.1萬(wàn)億千瓦，只需開(kāi)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(fēng)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(lái)看，不計算其上游環(huán)節：煤電為275克，油發(fā)電為204克，天然氣發(fā)電為181克，風(fēng)力發(fā)電為20克，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電則接近零排放。并且，在發(fā)電過(guò)程中沒(méi)有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒(méi)有噪音，不產(chǎn)生對人體有害物質(zhì)，不會(huì )污染環(huán)境。
5、轉換環(huán)節最少最直接。
從能量轉換路線(xiàn)來(lái)看，太陽(yáng)能發(fā)電的能量轉換路線(xiàn)，是直接將太陽(yáng)輻射能轉換為電能，是所有可再生能源中對太陽(yáng)能的轉換環(huán)節最少、利用最直接的方式。一般來(lái)說(shuō)，在整個(gè)生態(tài)環(huán)境的能量流動(dòng)中，隨著(zhù)轉換環(huán)節的增加，轉換鏈條的拉長(cháng)，能量的損失將呈幾何級增加，并同時(shí)大大增加整個(gè)系統的運作成本和不穩定性。
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(lái)看，生物能、風(fēng)能是較為苛刻的，而太陽(yáng)能則很靈活和廣泛。相比而言，太陽(yáng)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(chǎng)所，還可利用我國廣闊的沙漠，通過(guò)在沙漠上建造太陽(yáng)能發(fā)電基地，直接降低沙漠地帶直射到地表的太陽(yáng)輻射，有效降低地表溫度，減少蒸發(fā)量，進(jìn)而使植物的存活和生長(cháng)相當程度上成為可能，穩固并減少了沙丘，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(chǎng)景
系統應用范圍：可在農村、牧區、山區，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區附近建造小型分布式電站，解決當地用電需求。
解決方案
分布式光伏發(fā)電系統，又稱(chēng)分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶(hù)現場(chǎng)或靠近用電現場(chǎng)配置較小的光伏發(fā)電供電系統，以滿(mǎn)足特定用戶(hù)的需求，支持現存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)方面的要求。
分布式光伏發(fā)電系統的基本設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、交流配電柜等設備，另外還有電站監控裝置和環(huán)境監測裝置。其運行模式是在有太陽(yáng)輻射的條件下，光伏發(fā)電系統的太陽(yáng)能電池組件陣列將太陽(yáng)能轉換輸出的電能，經(jīng)過(guò)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(guò)聯(lián)接電網(wǎng)來(lái)調節。
太陽(yáng)能發(fā)電
方案特點(diǎn)
系統相互獨立，可自行控制，避免發(fā)生大規模停電事故，安全性高。
彌補大電網(wǎng)穩定性的不足，在意外發(fā)生時(shí)繼續供電，成為集中供電不可或缺的重要補充。
可對區域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，非常適合向農村、牧區、山區，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區的居民供電，大大減小環(huán)保壓力。
輸配電損耗低，甚至沒(méi)有，無(wú)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。
調峰性能好，操作簡(jiǎn)單；由于參與運行的系統少，啟停快速，便于實(shí)現全自動(dòng)。
無(wú)疑，利用太陽(yáng)能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)前景廣闊。太陽(yáng)能資源近乎無(wú)限，光伏發(fā)電也不產(chǎn)生任何環(huán)境污染，是滿(mǎn)足未來(lái)社會(huì )需求的理想能源。隨著(zhù)光伏發(fā)電技術(shù)的深入發(fā)展，轉換效率的逐步提高，系統成本的日趨合理，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(lái)社會(huì )的重要能源。
參考資料
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有機太陽(yáng)能電池：綠色能源未來(lái)的新選擇 · 國家能源局[引用日期2020-05-08]
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太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有哪些？太陽(yáng)能有哪些用途？ · 中研網(wǎng)[引用日期2020-05-08]
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太陽(yáng)能發(fā)電系統的結構和工作原理 · 新能源網(wǎng)[引用日期2020-05-08]
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2017年全球太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展現狀及發(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(yáng)能發(fā)電規模巨大 但輸電和回收都是問(wèn)題 · 網(wǎng)易科技[引用日期2020-05-08]
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太陽(yáng)能發(fā)電相關(guān)的文章
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
作者
