太陽能發電的利與弊

■文/薛大慶 (哈爾濱達宇通信技術有限公司)

隨著經濟的發展、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。現有能源主要有3種，即火電、水電和核電.火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料正面臨著枯竭的危險。另一方面燃燒燃料將排出CO2和硫的氧化物。水電有可能導致生態環境破壞。核電的安全性則一直受到大眾的懷疑。這些都迫使人們去尋找新能源。目前的新能源主要有兩種，一是太陽能；二是燃料電池。另外，風力發電也可算是輔助性的新能源。其中，最理想的新能源是太陽能。太陽能是一種清潔的能源，利用太陽能發電是其中一種利用方式。但是，太陽能發電也存在著諸多弊端與缺陷。

一 我國太陽能發電的優勢和難點

發展太陽能發電的需求主要來自滿足農村和邊遠地區的生產與生活用電和21世紀中持續發展我國電力事業兩個方面。在太陽能發電上我國具有得天獨厚的有利條件:

(1)豐富的太陽能資源。我國總面積2/3以上的地區年平均日照時數在2000h以上,年平均日輻射量在4000MJ/m2以上,要優于歐洲和日本,與美國相近。

(2)我國太陽能電池的生產能力超過日本、美國和歐洲,居世界第一位,2007年我國太陽能電池的產量約為1180兆瓦。2007年在全球太陽能生產企業16強中,我國占據了6席。

(3)逆變技術是太陽能發電的關鍵技術之一,由于在大功率開關器件開發和逆變技術的應用等方面,我國已取得長足進步,生產出適用于光伏并網、高效率、高可靠性、低污染、低成本的逆變器成為可能。

通過太陽電池進行光電變換具有以下特點：①無枯竭危險，是可再生能源；②絕對干凈（無公害），綠色清潔，無污染；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發電；⑤能源質量高，沒有碳排放；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。

太陽能發電雖受晝夜、晴雨、季節的影響，但可以分散地進行，所以它適于各家各戶分散進行發電而且要聯接到供電網絡上，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。實現這一點的技術不難解決，關鍵在于要有相應的法律保障。現在美國、日本等發達國家都已制定了相關法律，保證進行太陽能發電的家庭利益，鼓勵家庭進行太陽能發電。日本已于1992年4月實現了太陽能發電系統同電力公司電網的聯網，已有一些家庭開始安裝太陽能發電設備。日本通產省從1994年開始以個人住宅為對象，實行對購買太陽能發電設備的費用補助三分之二的制度。

為了我國太陽能發電產業的快速發展,有必要解決以下幾個問題:

(1)我國生產太陽能電池的原材料主要依靠進口,而絕大多數太陽能電池和切片用于出口,這種不利于產業發展的加工業局面必須盡快扭轉。

(2)太陽能發電的成本在每千瓦小時3元以上,遠遠高于目前居民電網用店家的每千瓦小時0.5元。這也是發展太陽能發電的不利一面。

(3)目前,太陽能電池的光電轉換效率比較低,比如小尺寸(1 cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為19.8%,而大尺寸(1000 cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為12%,為了降低太陽能發電的成本必須提高太陽能電池的光電轉換效率。

(4)我國的太陽能發電產業起步于獨立型太陽能發電設備(10kW以下),主要用于解決太陽能資源豐富而又無電的邊遠地區的居民用電。而更大容量(MW級)的并網型太陽能發電設備的投產是降低成本的途徑之一。

(5)截止到2005年,我國的風力發電總裝機容量為1500MW左右,是太陽能發電總裝機容量的20倍,到2020年規劃總裝機容量為30000MW,也是規劃太陽能發電總裝機容量的15倍。但兩者特點各異。夏季日照足風速低,冬季日照弱風速強;同樣白天日照強時風小,夜晚無光照時風大。太陽能發電與風力發電并網是提高電能質量和降低成本的另一途徑。

二 太陽能發電面臨的困難和解決措施

安裝太陽能光電系統（PV）時，需要投入大量的時間與金錢在前期投資上。相關的廣告一再告訴我們，一旦安裝了太陽能發電系統，該系統的用戶將能在未來25年間高枕無憂。但事實真是如此嗎？不幸的是，許多安裝了太陽能光電發電系統的用戶并不懂得其運作原理，也不知道他們所安裝的系統能達到什么程度的效能。太陽能發電的不足之處可以歸結為以下幾點：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；③發電不穩定，儲存成本高；當前阻礙太陽能發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3千瓦發電系統，需60萬至70萬元，還未包括安裝的工錢。有關專家認為，至少要降到10萬到20萬元時，太陽能發電才能夠真正普及。降低費用的關鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。由于太陽能系統很容易受環境的影響，以至于光電板之間出現失配而大幅降低系統的發電量。當電壓與電流的組合無法匹配時，會造成太陽能光電發電系統的不匹配，其原因可能是太陽能電池板部分被遮蔽，移動中的云，臨近物體的反射、太陽能電池板的傾斜角度與方向不同，太陽能電池板有污漬、太陽能板數組系統上的溫度不均。事實上，僅僅遮蔽到一小部分的太陽能電池板就會損失25%~50%的電能。一般情況下，計算發電量是在太陽能方陣面完全沒有陰影的前提下。如果光伏電池不能被日光直接照射，而只有散射光用來發電，此時的發電量比無陰影時減少約10%~20%。

光伏電池組件在使用過程中，如果有一片光伏電池單獨被遮擋，單獨被遮擋的光伏電池在強烈陽光照射時就會發熱損壞，造成整個光伏電池組件損壞，這就是所謂的熱島效應。

防止偶爾的陰影是可能的，可通過在串聯的組件上接旁路二極管實現。安裝陣列時一定要檢查潛在的陰影情況，并考慮到不同季節植物的變化和太陽角度的改變。安裝后還要進行維護以防止野草或樹枝的陰影。一般是將光伏電池傾斜放置，使樹枝等不能附著，同時在光伏電池組件上安裝防鳥針。

因各種原因光伏電池組件中的部分電池單體接受太陽光照度不同，引起這些電池單體發熱而出現能量損耗，嚴重的甚至造成單體損壞。對50WP多晶硅光伏電池在不同陰影情況下的運行特性進行實驗研究表明，當陰影遮蓋面積超過1/2后，光伏電池輸出功率降到原來的1%。因此，光伏電池組件在實際應用中應加裝旁通二極管和逆流防止二極管，以提高電能利用率并消除陰影對電池組件的破壞作用。

總的說來，作為新能源，要使太陽能發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，二是要實現太陽能發電同現在的電網聯網。