太阳能光伏发电技术前景

因为火电需要燃烧煤、石油等化石燃料，一方面化石燃料蕴藏量有限，正面临着枯竭的危险。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物，会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦溃崩，后果将不堪设想，另外，一些国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。

上述问题都迫使人们去寻找新的能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富，不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源有：太阳能，风能，燃料电池。

太阳能发电是利用太阳能和半导体材料的电子学特性实现发电的。

 2、太阳能发电两种方式：一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

b、光—电直接转换方式（光伏发电）：利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能（如图），这种方式容易实现，且成本较低，已被广泛应用。

能产生光伏效应的材料：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。晶体硅为基本的电池材料。以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池，铸造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池处在研发阶段。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%。

3、太阳能发电的过程：

1、太阳能发电系统的组成：太阳能发电系统主要由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成。

太阳能电池板：作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。

充电控制器：充电控制器主要由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。

逆变器：作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的直流电逆变成交流电，供给交流负载使用和并入电网。效率是选择逆变器的重要标准之一，效率越高，意味着在将光电组件产生的直流电转换成交流电的过程中产生的电量损耗就越少。逆变器的质量决定了发电系统的效益，它是太阳能发电系统的核心。

    蓄电池组：作用是将太阳电池方阵发出直流电贮能起来, 供负载使用。在光伏发电系统中, 蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此, 要求蓄电池的自放电要小, 而且充电效率要高, 同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。

直流供电系统：太阳能发电控制器对发出的电能进行调节控制后，直接送给直流负载，多余部分送蓄电池储存。

离网发电系统：太阳能发电控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或经过逆变器送往交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。（图4中的直流供电、交直流供电、风光互补发电都属于离网发电系统）

1、优点：

② 太阳能是清洁能源，绝对干净环保，没有公害，用户感情上容易接受；

④ 太阳能电池寿命长，可以一次投资长期使用，太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组；

⑥ 获取能源花费的时间短。

① 照射的能量分布密度小，需要占用巨大面积；

1、太阳能发电的应用: 

a、国外太阳能光伏发电现状及前景：

本世纪以来，一些发达国家纷纷制定了发展包括太阳能电池在内的可再生能源计划。太阳能电池的研究和生产在欧洲、美洲、亚洲大规模铺开。印度处于领先地位，累计装机容量约40兆瓦。美国和日本争相出台太阳能技术的研究开发计划，2010年，美国计划累积安装4600兆瓦(含百万屋顶计划);日本计划累计安装5000兆瓦(NEDO日本新阳光计划)。最近的光伏行业调查表明，到2010年，光伏产业的年发展速度仍保持在30%以上。派克研究公司预测，光伏发电将在2010年底带来120亿瓦的产能，完全超过派克研究公司预计的2010年101亿瓦的需求。

美国德州仪器公司和SCE公司开发出一种新的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，分布在柔软的铝箔上，在大约50平方厘米的面积上分布有1，700个小单元。它特点是，虽然变换效率只有8％—10%，但价格便宜、铝箔底衬柔软结实，可随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，使用方便。成本低，每瓦发电能力的设备只要15至2美元，每发一度电的费用为14美分左右，完全可以同普通电厂产生的电力竞争。将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度的电力。

美国宇航局和能源部提出设想：在空间建设太阳能发电站，准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。但离真正实用还有漫长的路程。

中国的太阳能发电产业已具备相当的规模，技术条件已趋于成熟，太阳能利用将是中国能源变革最可行的解决方案。

2002年，国家启动了"西部省区无电乡通电计划"，通过了太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。

目前，中国已经是国际光伏发电应用产品生产基地。已有10条太阳能电池生产线,年生产能力约为4.5MW，专家预测，从2011年开始,我国光伏市场年需求量将大于20MW。

六、小结

目前我国的太阳能光伏发电技术虽已日趋成熟，要使太阳能发电被真正利用，为这一新能源的长远发展提供原动力，还必须提高以下几个方面：

2、提高太阳能光电变换效率、降低产品的生产成本；

大力发展新能源和可再生能源是我国未来的能源发展战略要求。由于世界能源的日趋紧张和光伏技术的不断发展，最大限度地开发利用太阳能将是人类新能源利用方面的科技发展方向。只有依靠更加先进的科技，才可能为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。