當(dāng)前我國太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢分析

薛軍凱

（國電電力寧夏新能源開發(fā)有限公司，寧夏銀川750001）

0 引言

太陽能作為一種巨量可再生能源，每天到達(dá)地球表面的輻射能大約等于2.5億桶石油。近三十年來，太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。目前，對這一潔凈能源的利用正在進(jìn)入商業(yè)化成長期，國際上稱之為“陽光產(chǎn)業(yè)”。

1 我國發(fā)展光伏發(fā)電的資源優(yōu)勢

我國太陽能資源十分豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)理論儲量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國大多數(shù)地區(qū)平均日輻射量達(dá)每平方米4千瓦時以上，西藏輻射量每平方米高達(dá)7千瓦時以上。 通過利用太陽能發(fā)電我國已為內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、西藏、青海和四川等地共 14萬無電用戶解決了用電問題。

2 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展勢頭迅猛

在各國政府對再生資源的重視和大力支持下，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。有數(shù)據(jù)顯示，2013年，全球光伏新增裝機(jī)容量約為27.5GW，較上年的18.1GW相比，漲幅高達(dá)52%，全球累計(jì)安裝量超過67GW。全球近28GW的總裝機(jī)量中，有將近20GW的系統(tǒng)安裝于歐洲，但增速相對放緩，其中意大利和德國市場占全球裝機(jī)增長量的55%，分別為7.6GW和7.5GW。2013年以中日印為代表的亞太地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)市場需求同比增長129%，其裝機(jī)量分別為2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趨成熟的北美市場，去年新增安裝量約2.1GW，增幅高達(dá)84%。

2.2 有晶體硅依然為電池材料主體

太陽能光伏電池材料主要有晶體硅材料，主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術(shù)成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，單晶硅電池的光電總轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到20%-24%，是目前普遍使用的光伏發(fā)電材料。但其生產(chǎn)成本較高，技術(shù)要求高；多晶硅電池成本相對較低，技術(shù)也成熟，但光電轉(zhuǎn)換效率相對較低，多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率最高才達(dá)18.6%，與單晶硅相比多晶硅的轉(zhuǎn)換效率少多了；而薄膜電池是一種可粘接的薄膜，有以下優(yōu)勢：（1）生產(chǎn)成本低，所以可以大批量生產(chǎn)；（2）發(fā)光效率更好地利用太陽能，但目前其在技術(shù)穩(wěn)定性和規(guī)模生產(chǎn)上均存在一定的困難。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏電池已逐步進(jìn)入市場，但現(xiàn)在只占市場的9.3%，隨著薄膜光伏電池技術(shù)不斷進(jìn)步，薄膜光伏電池的市場份額將快速增長相對而言有更大的發(fā)展空間，未來薄膜電池會有更好的發(fā)展前景。

3 太陽能光伏發(fā)展的趨勢

3.1 提高光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池材料成本

3.1.1 提高光電轉(zhuǎn)換效率的材料

在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池，從理論研究看，在陽光集中輻照時，利用希澤光電效應(yīng)可能達(dá)到的光電轉(zhuǎn)換效率的極限值為63.2%，但只有使用理想的材料才能達(dá)到。若使晶體結(jié)構(gòu)中形成的缺陷能準(zhǔn)確無誤地出現(xiàn)在所需要的地方，實(shí)際上也很難做到。

德國科學(xué)家正在進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)，他們在單晶硅中摻入稀土金屬元素鉺（Er）來制造太陽電池，以測試它對轉(zhuǎn)換效率可能產(chǎn)生的影響，德國夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一個13nm厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合。通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過23%，是大值可達(dá)23.3%。Kyocera公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為19.44%。

3.1.2 降低目前主流光伏電池材料的成本

降低硅材料用量是降低價格的主要途徑。目前，太陽電池材料主要以硅材料為主，但是硅材料還面臨著許多問題，多晶硅產(chǎn)業(yè)上游環(huán)節(jié)技術(shù)壁壘高、投入大、量產(chǎn)時間長、市場風(fēng)險高，因此不僅要尋找更為方便易行的硅材料提純技術(shù)以擴(kuò)大生產(chǎn)，而且要采用新技術(shù)，在獲得同樣電能的基礎(chǔ)上減少硅材料用量。而與晶體硅電池相比，薄膜電池在效率與成本方面改善的空間更大，多晶硅價格的上漲會增加薄膜電池的成本優(yōu)勢。

3.2 提高光伏發(fā)電的面積

3.2.1 提高建筑光伏發(fā)電面積

大量的建筑屋頂都是沒有充分的利用，應(yīng)建立建筑相結(jié)合的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，主要形式是城市并網(wǎng)發(fā)電的屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。在我國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，用電量大，對光伏發(fā)電能力需求強(qiáng)；同時目前我國光伏產(chǎn)業(yè)主要集中在東部省份，光伏產(chǎn)業(yè)對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用，在城市建設(shè)屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（BAPV）及光伏建筑一體化集成光伏系統(tǒng)（BIPV），對于城市的供電與節(jié)能起到很好的作用。《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出，到2020年安裝建筑光伏2萬套，累計(jì)安裝100萬千瓦。

3.2.2 提高地面光伏發(fā)電

在世界各地的沙漠、戈壁、荒漠都可以大面積的利用，比如在我國有約264萬平方公里的荒漠資源，其中干旱區(qū)荒漠化土地面積為250多萬平方公里；主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，其年總輻射在1600-2300千瓦時/平方米。在內(nèi)蒙古的鄂爾多斯、甘肅的河西走廊綠洲邊緣、新疆的塔克拉瑪干沙漠邊緣、晉西北及陜北等靠近電力線路和負(fù)荷中心，還有很好的旅游資源，可以作為大型并網(wǎng)光伏項(xiàng)目的起步區(qū)域。隨著電力輸送技術(shù)和儲能技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模沙漠、戈壁、荒漠光伏電站將必然成為未來的電力基地。

3.2.3 光熱發(fā)電

太陽能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝，從而達(dá)到發(fā)電的目的。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢，即太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個小時仍然能夠帶動汽輪發(fā)電。光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)布局應(yīng)當(dāng)注重資源優(yōu)勢、優(yōu)勢的合理利用，有條件的可綜合利用多種可再生能源，互補(bǔ)發(fā)電，甚至也可考慮與熱電站聯(lián)合運(yùn)行。

4 我國光伏發(fā)電發(fā)展中需要解決的突出問題

4.1 經(jīng)濟(jì)性問題

目前，太陽能電池的成本為整個系統(tǒng)成本的主要部分。降低硅材料的生產(chǎn)費(fèi)用，是降低太陽電池成本的關(guān)鍵。 多晶硅電池的材料成本比單晶硅電池的材料成本低，應(yīng)作為研究的重點(diǎn)。主要研發(fā)的問題有：多晶硅材料制備的新技術(shù)、快速摻雜表面處理技術(shù)、提高硅片質(zhì)量的新技術(shù)新工藝等。 最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)的日益完善，也會為光伏發(fā)電提供更強(qiáng)的競爭實(shí)力。

4.2 污染問題

多晶硅行業(yè)是個重污染的行業(yè)，國內(nèi)尾氣回收工藝不完善，面臨愈來愈大的環(huán)保壓力。主要表現(xiàn)為生產(chǎn)多晶硅的副產(chǎn)品——四化硅卻是高毒物質(zhì)。用于傾倒或掩埋四氯化硅的土地將變成不毛之地，草和樹都不會在這里生長。 它具有潛在的極大危險，不僅有毒，還污染環(huán)境。

5 結(jié)束語

總之，我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)共存。為使我國的光伏產(chǎn)品在世界舞臺上有競爭性，首先要發(fā)揮市場對資源的優(yōu)化配置作用，同時政府要制定強(qiáng)有力的法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策。我們堅(jiān)信在市場和政策的聯(lián)動作用下，我國的光伏技術(shù)必將走在世界的前列。

［1］王文靜.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告[R].北京：中國可再生能源發(fā)展項(xiàng)目辦公室，2004.

［2］羅運(yùn)俊，何梓年，王長貴.太陽能利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.