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排列3 www.jeimw.cn 太阳能光伏发展状况与趋势

因社会经济的发展、人口数量及生活水平的提高,同时对能源的需求量也在不断增 长,导致能源缺乏以及生态环境的破坏 [1] 。目前社会发展的主要能源是化石能源,但是 化石能源为不可再生能源,在未来的几十年能源就会接近枯竭。 随着人类社会大规模地开采,化石能源将加速消耗,一方面引发了全球化石能源危 机,已经严重影响到社会及经济的发展;另一方面因煤炭等化石能源的燃烧,排放到空 气中的有害物质,严重的污染了大气环境,导致全球的生态环境的破坏。能源问题已发 展成未来社会发展的头等大事,因此,可再生能源是今后社会发展的新动力和研究方向 [2] 。

在 2005 年 2 月,联合国签订了《京都协议书》,将开发和规划可再生能源推向了一 个新的发展阶段??稍偕茉吹姆⒄狗较蛑饕ㄌ裟?、风能、生物质能发电等,就 当前发展规模来说,太阳能光伏发电的发展规模要远远小于风能发电,但是其增长速率 是最快的 [3] 。由于太阳能电池片的生产规模在不断扩大、光电转换效率技术的提高以及 其他类型技术的发展,因此整个发电系统的成本呈下降趋势 [4] 。

可再生能源的发展潜力极大,能够满足未来人类社会的能源需求,减少了化石能源 对人类社会发展的制约。因此,发展以太阳能为主的新能源和可再生能源均具有重大战 略意义: (1)缓解能源?;嚎稍偕茉吹姆⒄?,将会减少人们对化石能源的依靠。 (2)改善生态环境:以生态环境来看,化石能源的应用是引起环境污染与生态破 坏的主要原因。 (3)改善民生:当前,世界上还有将近 20 多亿人口尚未用上电。这些地区,多为 边远偏僻山区、牧区,并且远离电网、居住分散、用电负荷不大,但在这些地方存在丰 富的太阳能资源。

太阳能(Solar energy)是丰富的新能源,平均每年照射到地面上的太阳辐射能有 1.05×10 18 kw,相当于 1.3×10 6 亿吨标准煤产生的能量,太阳辐射能产生的能量大约是年 消耗能源量的一万多倍。根据目前太阳质量的消耗速率来计算,其产生的能量可供使用 6×10 10 亿年,换句话说,太阳能是“取之不尽,用之不竭”的新能源 [5] 。

1.2.1 太阳能光伏简介 太阳能光伏技术(Solar photovoltaic technology)是指利用可释放电子的半导体物质, 将太阳辐射能直接转换为实用电能的技术。 预测到 2030 年,在总能源的消耗比例中,可再生能源将占全部的 30%以上,但是 在全球电力供应的比列中,太阳能光伏发电的占据达到 10%以上 [6] ;到 2040 年,可再 生能源所占的比列相比于 2030 年,将提高到 50%以上,太阳能光伏发电系统的比例提 升到 20%以上 [6] 。到 21 世纪末,太阳能发电将在可再生能源消费中占据重要席位,不 但能够代替部分化石能源,而且也将在能源供应中占据主体地位。这数据也表明了,太 阳能光伏发电具有广阔的发展空间。

太阳能光伏发电的利用 太阳能作为无污染及储量丰富的可再生新能源,人们加以利用的是太阳辐射能。从 根本上来说,对于地下贮存的化石能源、风能、水能、海洋温差能和生物质能以及部分 潮汐能也都是来自于太阳能 [7] 。因此,太阳能应用范围是广泛的。 太阳辐射能应用在广阔的领域,一般归纳为两大类:光伏发电及建筑用能。太阳能 的转换主要通过光—热、光—电、光—化学、光—生物质等几种转换方式实现,下面主 要介绍太阳能的光电转换。光电转换通过光伏器件 [8] ,将太阳能转换为实用电能。 光伏发电在偏僻的山区或高海拔地区主要应用于用户的供电、照明系统等 [9] ,另外 一种是将太阳能电池板与建筑结合在一起的光伏发电系统(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)或在荒漠中建立大规模的光伏发电系统 [10] ,与公共电网并联,供 用户负载使用。随着光伏发电技术和环保意识的提高,BIPV 光伏发电系统成为光伏发 电市场的发展趋势 [11] 。

太阳能光伏发电的利弊 太阳能光伏发电系统是以光伏电池为技术核心的,最终以电能的形式存在,供负载 使用。相对于常规的发电系统具有明显的优势: (1)可靠性:太阳能光伏发电系统在恶劣的环境下,很少产生故障,如改则县光伏 电站至今已运行发电达 19 年 [12] ,所以光伏系统可以应用在可靠性高的场合。 (2)维护费用低:因为光伏发电系统一般设在偏僻的山区和荒漠,如青藏高原的革 吉县位于西部边陲。只需要周期性地检查,维护设备的工作量很少。 (3)高海拔性能:由于在高海拔地区空气稀薄,太阳辐射能大,如阿里地区位于海 拔 4500m 以上,年辐射量达到 794.2KJ/cm 2[12] 。光伏发电系统的输出功率随着光照的增强而增长。 虽然太阳能光伏发电具有一定的优势,但是在实际工程的缺陷: (1)太阳光的分散性:在北方夏季天气晴朗的正午时,太阳辐射的辐照度最大如青 海杂多县在正午时,太阳能辐射量为 6767 MJ/m 2[12] ,但是冬季的光照强度大概只有夏季 的一半。这样太阳辐射能的能量密度太分散,制约着光伏发电。 (2)光伏发电的转换效率低。因地理位置、光照强度、光伏电池的特性等因素,制 约着光伏组件的光电转换效率。为了充分发挥光伏组件的效率,通常增加控制器、辅助 电路来提高光电转换效率。 (3)光伏发电的不稳定性。因为光伏发电受天气(晴,阴)等随机因素的影响, 太阳光到达地面上是间断的及不稳定的 [13] 。为了使太阳能成为连续、稳定的能源,就必 须解决蓄电池的储能问题。

 
     
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