中國太陽能光伏發電的發展現狀及前景

胡云巖，張瑞英，王 軍

(河北科技大學材料科學與工程學院，河北石家莊 050018)

中國太陽能光伏發電的發展現狀及前景

胡云巖，張瑞英，王 軍

(河北科技大學材料科學與工程學院，河北石家莊 050018)

太陽能是一種取之不盡、用之不竭、潔凈安全的可再生資源，是5種新能源中發展潛力最大，被認為是21世紀化石能源的最佳替代者之一。介紹了太陽能光伏發電的原理、特性及發展現狀，認為世界潮流的推動、國家政策的支持和行業自身的改進升級必將使太陽能光伏發電獲得長足的發展。

太陽能；光伏發電；能源；應用

進入21世紀以來，人類社會正面臨著一系列的嚴峻挑戰，能源危機就是當今世界各國最關心的焦點之一[1-2]。從200多年前的工業革命開始，人類工業化所需的能量就是由煤、石油等傳統化石能源提供的，但是這不僅是一種有限的資源，而且產生CO2，NOx、煙塵等嚴重破壞了人們的生態環境。能源的短缺、環境的惡化促使人類開發新的能源，在水能、風能、海洋能、地熱能、太陽能這5種新能源中，太陽能是最具發展潛力的，它是一種取之不盡、用之不竭的潔凈安全可再生能源[3-5]。通過對太陽能多年的開發，太陽能發電得到了長足的發展，根據所利用資源的不同，分為太陽能熱發電和太陽能光發電，后者就是人們常說的太陽能光伏發電。

1 太陽能光伏發電的原理及特性

1.1太陽能光伏發電的原理

太陽能光伏發電利用了太陽能電池的光生伏打效應，是一種直接將太陽輻射(直接輻射、散射輻射、反射輻射等)能轉化成為電能的發電形式。所謂光生伏打效應就是當物體受光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體的PN節時，就會在PN節的兩邊出現電壓,叫做光生電壓，這種現象就是著名的光生伏打效應。

太陽能光伏系統由太陽能電池組件、充放電控制器、逆變器、監測儀表、蓄電池或其他蓄能和輔助發電設備組成[6]。根據其應用場合的不同，太陽能光伏發電系統可以分為離網光伏發電系統、并網光伏發電系統和混合系統3類。離網光伏發電系統廣泛建立于距離電網較遠的偏遠山區、無電區、海島、荒漠地帶等，向獨立的區域用戶供電。并網光伏發電系統是將用戶光伏系統和電網相連的光伏發電系統，這種方式具有對電網調峰、減少建設投入、靈活性強等優點，逐漸成為太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢，但是存在“孤島效應”，并網系統的逆變器必須對電網進行監控， 一旦發生停電， 能迅速停止向電網供電[7]。混合系統具有很強的適應性，可以綜合利用各種發電方式的優點，避免各自的缺點，達到對太陽能的充分利用，有較高的系統實用性，但也有其自身的缺點，如控制比較復雜、比獨立系統需要更多的維護等。

1.2太陽能光伏發電的特性

太陽能光伏發電具有許多獨有的優點：1)太陽能是取之不盡、用之不竭的潔凈能源，而且太陽能光伏發電是安全可靠的，不會受到能源危機和燃料市場不穩定因素的影響；2)太陽光普照大地，太陽能是隨處可得的，太陽能光伏發電對于偏遠無電地區尤其適用，而且會降低長距離電網的建設和輸電線路上的電能損失；3)太陽能的產生不需要燃料，使得運行成本大大降低；4)除了跟蹤式外，太陽能光伏發電沒有運動部件，因此不易損毀，安裝相對容易，維護簡單；5)太陽能光伏發電不會產生任何廢棄物，并且不會產生噪音、溫室及有毒氣體，是很理想的潔凈能源。安裝1 kW光伏發電系統，每年可少排放CO2600～2 300 kg，NOx16 kg，SOx9 kg及其他微粒0.6 kg[1]；6)可以有效利用建筑物的屋頂和墻壁，不需要占用大量土地，而且太陽能發電板可以直接吸收太陽能，進而降低墻壁和屋頂的溫度，減少室內空調的負荷；7)太陽能光伏發電系統的建設周期短，而且發電組件的使用壽命長、發電方式比較靈活，發電系統的能量回收周期短。

任何事物都有其兩面性，太陽能光伏發電雖然具有上述的諸多優點，但是也有其缺點：首先，地理分布、季節變化、晝夜交替會嚴重影響其發電量，當沒有太陽的時候就不能發電或者發電量很小，這就會影響用電設備的正常使用；其次，能量的密度低，當大規模使用的時候，占用的面積會比較大，而且會受到太陽輻射強度的影響；再次，建立太陽光伏發電系統的成本比較高，使得初始投資高，嚴重制約了其廣泛應用。

2 太陽能光伏發電的發展現狀

1954 年美國貝爾研究所的PEARSON等3位科學家在美國首次研制成功了實用的單晶硅太陽能電池，從此誕生了將太陽能轉換為電能的實用光伏發電技術。20 世紀 70年代，發達國家以國家級計劃積極研究開發太陽能發電，其中日本于 1974 年開始的國家“Sunshine 計劃”尤為突出[8]。20世紀80年代后期，太陽能電池的種類不斷增多，應用范圍不斷擴大，20世紀90年代光伏發電迅速發展。1990年德國率先提出并實施“一千屋頂計劃”，1997年美國宣布實施“百萬太陽能屋頂計劃”, 1999年1月德國又開始實施“十萬屋頂計劃”，2000年安裝光伏容量超過40 MW[9]。

中國對太陽能光伏發電的研究和開發起步較晚，1980年以后，政府才對其加大支持力度，2002年政府啟動了“光明工程”，重點發展太陽能光伏發電。2009 年開始，又推出太陽能光電建筑應用示范項目和金太陽示范工程。根據中國有色金屬工業協會硅業分會的統計，從2002年至2010年，中國光伏裝機容量從20.3 MW增加到500 MW，增長了23.6 倍，年均增長49.3%；光伏發電累計容量從45 MW增加到797.5 MW，增加了16.7倍。根據半導體設備暨材料協會(SEMI)的統計，2011年中國國內新增光伏裝機容量2.7 GW，占到 2011年全球新增光伏裝機容量的10% 左右[10]。水利水電規劃總院的數據顯示，截至到2012年底，中國光伏發電容量已經達到了7 982.68 MW，超越美國占據第三，但是最重要的還是集中在西部地區。中國19個省(區)共核準了484個大型并網光伏發電項目，核準容量是11 543.9 MW；中國15個主要省(區)已累計建成233個大型并網光伏發電項目，總的建設容量為4 193.6 MW，2012年興建98個。其中青海、寧夏、甘肅3省(區)的建設容量和市場份額都占據了半壁江山。為了解決這種光伏發電集中的情況，從2012年12月開始了分布式光伏發電示范項目的一個技術評審，到2013年5月，中國26個省(區)市共上報了140個示范區，每一個示范區項目不是一個獨立項目，可能涵蓋了若干個市、縣或者是鎮，它的總容量是16 529.6 MW。根據OFweek行業研究中心的最新數據顯示，2013年上半年中國新增光伏裝機2.8 GW，其中1.3 GW為大型光伏電站。截至2013年上半年，中國光伏發電累計建設容量已經達到10.77 GW，其中大型光伏電站5.49 GW，分布式光伏發電系統5.28 GW。

進入21世紀的今天，太陽能光伏發電這種新興的產業開始向民用領域滲透，最明顯的是在民用建筑設計、施工中的應用，在船舶、交通樞紐等運輸業中也有應用。2008年的國家鳥巢體育館擁有100 kWp并網光伏電站；深圳國際園林花卉博覽園擁有1 MWp的并網光伏電站；上海世博園區中國館和主題館擁有的3 MWp的并網光伏電站；2009世運會主場館在看臺的屋頂上安裝了太陽能光伏發電系統，裝機容量為1 027 kW；呼和浩特東站的站房安裝的太陽能光伏發電系統的直流峰值總功率為132.48 kW；山西省腫瘤醫院2011年建設實施的裝機容量2.07 MW級屋頂光伏并網系統；廣東省立中山圖書館擁有181 kWp的太陽能光伏發電系統[11-12]。使用太陽能光伏產生的電能作為船舶的推動力，2007年中國沈陽泰克太陽能應用有限公司研制成功了“00l 號”太陽能旅游船；2010 年首艘由中國國內集成商自主集成的太陽能混合動力電力推進系統船舶——“尚德國盛號”太陽能混合動力游船問世[13]。太陽能光伏發電在中國國內大型交通樞紐中應用較多，如上海虹橋樞紐光伏發電裝機容量達 6.57 MW、杭州東站樞紐光伏發電裝機容量達10 MW、南京南站樞紐光伏發電裝機容量達10.67 MW 等[14]。

3 太陽能光伏發電的發展前景

德國全球變化咨詢委員會的研究表明，要實現全球能源的可持續發展，則要求可再生能源替代比例將要從2020年的20%升高到2050年的50%[15]。日本太陽光發電協會的資料顯示，到達地球的太陽光能大約是1 kW/m2，如果100%轉化成為可以消費的能源，1 h的太陽光能就可以滿足世界1年的能源需求。中國幅員遼闊，大部分地區太陽光資源豐富，儲量巨大，理論上中國陸地上每年接受的太陽光能折合成標準煤的話，相當于1.7×104億t，中國1/4的土地屬于沙漠、沙漠化及潛在的沙漠化土地，如果利用其中的1%安裝太陽能光伏發電裝置，發電量就會滿足全國的用電需求。在化石燃料日趨緊張的今天，太陽能資源開發利用的潛力還是非常大的。根據歐洲JRC的預測，到21世紀末可再生能源在能源結構中占到80%以上，太陽能發電占到60%以上。

2011年以來，受國際金融危機和貿易保護主義影響，中國太陽能光伏發電產業處在嚴重低迷期，但從各國的節能減排目標和聯合國的《可再生能源特別報告》中看出，到2050年實現高比例的可再生能源替代是一個世界性的趨勢，這將會促進中國太陽能光伏發電產業的發展。2012-09-12日國務院發布了《太陽能發電發展“十二五”規劃》，提出到2015年中國太陽能發電裝機容量達到21 GW以上；2012-10-26日，國家電網公司發布《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》，大幅度降低光伏發電入網門檻； 2013年國務院出臺《關于促進光伏產業健康發展的若干意見》， 提出2013年至2015 年，年均新增光伏發電裝機容量1 000 萬kW左右，到2015年總裝機容量達到3 500 萬kW以上，并且要著力推進產業結構調整和技術進步。國家能源局明確指出，到2020 年裝機目標是1 億kW，今后幾年都是超過10 個GW 的國內裝機容量。到2030 年整個能源需求達到50 億t標準煤，2050 年達到52 億t，可再生能源在2050 年的整個能源需求里占到40%，在電力需求里可再生能源達到60% 的比例，光伏發電可能裝機要達到10 億kW。國家政策的大力支持，將會推動中國太陽能光伏發電產業的快速健康發展。

由于中國生產的99%的光伏產品用來出口，而且不掌握核心技術，使產品成本較高，一旦發達國家采取“雙反”政策，中國的光伏產業就會受到沖擊，這就促使人們在技術創新、設備升級、提高轉化效率的基礎上，擴大中國的消費市場，例如擴大光伏發電在城市軌道交通、農業、并網發電領域的應用，都將具有廣闊的前景。

4 結 語

在生態環境日趨惡化、化石燃料日趨緊張的今天，太陽能作為清潔安全的可再生資源必將成為化石燃料理想的替代品。隨著光伏發電技術的不斷成熟、光伏組件成本的不斷降低、國家政策的大力扶持，中國的太陽光伏發電將會得到快速發展。正如胡錦濤總書記在第二屆國際可再生能源大會上所說的“加強可再生能源開發利用，是應對日益嚴重的能源和環境問題的必由之路，也是人類社會實現可持續發展的必由之路”。隨著光伏發電在各領域的普遍應用，其將會在中國的能源消費結構中占據越來越多的份額，對于緩解中國能源緊張、改善生態環境具有特殊意義。

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Development status and prospect of solar photovoltaic power generation in China

HU Yunyan， ZHANG Ruiying， WANG Jun

(School of Material Science and Engineer，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China)

The solar energy is an inexhaustible, clean, safe and renewable resource. With the greatest development potential among the five kinds of new energy sources, it is considered to be one of the best alternatives to replace fossil energy in the 21st century. The paper introduces the principle, characteristics and development status of solar photovoltaic power generation. Being promoted by the world trend, supported by national policy, and upgraded by the industry itself, the solar photovoltaic power generation will must develop rapidly.

solar energy；photovoltaic power generation；energy；application

1008-1542(2014)01-0069-04

10.7535/hbkd.2014yx01013

2013-09-16；

2013-11-05；責任編輯：陳書欣

胡云巖(1957-)，男，河北河間人，副教授，主要從事焊接自動化方面的研究。

張瑞英。E-mail:happyzhangruiying@163.com

TK519

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胡云巖，張瑞英，王 軍.中國太陽能光伏發電的發展現狀及前景[J].河北科技大學學報，2014，35(1)：69-72.

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