太阳能光伏发电技术的应用现状与发展趋势

太阳能光伏发电技术的应用现状与发展趋势【摘要】文章阐述了光伏发电的原理及优势，并在此基础上对光伏发电产业的发展与应用进行了详细分析，最后针对光伏发电的发展趋势前景做了总结，为以后光伏发电的技术应用提供了良好的技术参考。【关键词】太阳能；光伏发电；发展前景前言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生绿色能源，不产生任何的环境污染。我国76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀；与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠（图1）。进入21世纪，中国光伏行业逐渐发展起来，中国具有如无锡尚德、江西LDK、常州天合、天威英丽、浙江昱辉等一批世界级光伏企业以及世界最大的太阳能光伏制造基地，但是由于成本较高，中国95%的太阳能产品只能出口到发达国家。近年来，在国家大力倡导发展新型能源的大背景下，大阳能光电研发是近些年来发展最快、最具潜力的研究领域，随着成本问题将逐步解决，加之国家政策支持，中国太阳能市场将变得很大。1、光伏发电的基本原理以及优势光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。在阳光照射下，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”，而这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护就可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器和逆变器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电作为新型能源与常用的火力发电系统相比，具有以下优势：a）无枯竭危险。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80104kW，如果把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.61012kWh，相当于目前世界上能耗的40倍；b）安全环保，无噪声，无公害。由于光伏电路是利用光能和电能之间的转化，故其无污染物的排放；c）采集太阳能的地点的地理位置要求不高，不受资源分布地域的限制。太阳能电池板只要能接受光照就能产生电能，所以可以安装在屋顶或者是始终能接受到光照的墙壁，充分利用空间资源；d）可靠稳定寿命长，安装维护简便，适用范围广，就算一般家庭也可以利用太阳能发电。2太阳能光伏产业应用现状1）在各国政府对再生资源的重视和大力支持下太阳能光伏产业得到了快速的发展，2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。2）太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%24%，是目前普遍使用的光伏发电材料。但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术也成熟，但光电转换效率相对较低，多晶硅光电池的转换效率最高才达18.6%，与单晶硅相比多晶硅的转换效率少多了；而薄膜电池是一种可粘接的薄膜，有以下优势：生产成本低，所以可以大批量生产；发光效率更好地利用太阳能，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场，但现在只占市场的9.3%，随着薄膜光伏电池技术不断进步，薄膜光伏电池的市场份额将快速增长相对而言有更大的发展空间，未来薄膜电池会有更好的发展前景。在2000年以前中国的电力供应不是很紧张，2001年以后，在中国经济高速发展下，电力需求以每年超过20%的速度在增长，2003年在全国出现电力供远远少于求的严重现象，电力供应的紧张情况在以后的一段时间内很难缓解。可再生能源得到了中国政府的重视，在中国政府大力支持下已形成了完整的太阳能光伏产业链。截至2010年底，我国光伏发电装机规模达到60万千瓦，光伏新增并网容量为21.16万千瓦，累计并网容量为24万千瓦，较上年的2.5万千瓦，增长了960%。从产业布局上来看，国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、浙江昱辉等一批知名企业。2011年中国多晶硅产量达到7.8万吨，占全球比重约33%；国内产能结构中，成本低于35美元/千克的企业不足十家，约9.5万吨，其他40余家中小企业总产能近5万吨。3、太阳能发展趋势3.1提高光电转换效率，降低电池材料成本1）提高光电转换效率的材料。在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池，从理论研究看，在阳光集中辐照时，利用希泽光电效应可能达到的光电转换效率的极限值为63.2%，但只有使用理想的材料才能达到。若使晶体结构中形成的缺陷能准确无误地出现在所需要的地方，实际上也很难做到。德国科学家正在进行这方面的实验，他们在单晶硅中掺入稀土金属元素铒（Er）来制造太阳电池，以测试它对转换效率可能产生的影响，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。