太陽能發電技術綜合評價及應用前景探析

張學銘

（國家電投集團黑龍江新能源有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

隨著社會工業化進展的加快，經濟發展水平不斷上升，人們對能源資源的需求日益增加，化石能源的過度需求和開發，導致地球環境逐漸惡化，逐步走向能源危機。太陽能的開發和利用，能夠在很大程度上解決這種問題發生，作為綠色可再生能源，太陽能幾乎零污染，所以越來越受到重視。隨著全球能源局勢緊張，太陽能發電將會作為一種全新的技術取代傳統的化石能源發電技術。

1 光伏發電技術的綜合評價與應用前景

1.1 光伏發電的開發

光伏發電對于資源的需求與光熱發電相比，還是不會受到水資源約束的，這是因為光伏發電的過程中不需要添加冷卻水，這就要求在建設光伏電站時要充分考慮太陽的輻射總量，提升受太陽光照的強度。

光伏發電的可利用太陽輻射總量，不僅包含有法向直射太陽輻射，另外，還包含有漫射輻射，所以，光伏發電相比較于光熱發電，可以更加充分地利用太陽能資源。除此之外，光伏發電的優勢還在于即使是太陽輻射比較低，但是也能正常發電，對整個發電系統的影響力度比較小。從全球范圍內的太陽輻射總量看來，適合光伏發電的地區還是比較多的，相比較而言，適合采用光伏發電的位置集中在南維和北緯的40°以內的地區。

光伏發電的體積比較小，再加上使用的是模塊化結構，所以對地形的要求不高。

1.2 光伏發電的技術

光伏發電技術可以具體分成三類，第一類是新型太陽電池發電技術，這項技術尚處在起步階段。第二類是薄膜太陽電池發電技術，這項技術發展的速度比較快，但是光熱轉換的效率尚比較低，目前正處在推廣階段。第三類是晶硅太陽電池發電技術，則具有較高的光電轉化效率，其使用的范圍也相對比較廣泛，并且具有最成熟的技術，現在已經步入產業化發展階段。

晶硅電池具有比較高的光電轉化效率，在投入運營的過程中具有相對比較低的成本，也是當前太陽能發電技術中的主流產品。薄膜電池的成本也是相對不高的，當前，薄膜電池以美國的第一太陽能碲化鉻為主，我國企業參與比較多的則是非晶硅薄膜電池，這種電池的轉化效率是比較低的，銅銦鎵硒CIGS 薄膜技術目前還并沒有在我國進行產業化發展。當前我國對于這方面的研究水平和研究技術，仍舊處在比較落后的位置，與國際先進水平之間的差距還是十分明顯的。就薄膜電池技術而言，當前歐美國家以及日本的技術都遠遠的超出了我國研究水平，我國薄膜電池技術研究水平最高的是臺灣省，但是臺灣省的成品率也落后于歐美國家大約5 年到10 年，我國大陸水平落后于歐美國家10 ～20 年。

目前在國內外行業中，商業化的單晶硅電池轉換效率維持在23%左右，國外的研究實驗室單晶硅電池轉換效率為24.7%。在所有的光伏電池中，單晶硅電池的轉換效率是最高的。國內外行業中，商業化的多晶硅電池轉換效率維持在18.3%左右，國外的研究實驗室單晶硅電池轉換效率為20.3%。薄膜電池的轉換效率總體來說是比較低的，當前國際先進水平也僅維持在10%左右。國內光伏并網逆變器具有十分可靠的性能，且擁有比較高的效率，目前國際上先進水平已經達到了98.5%的轉化效率，波形失真率已經低于3%，光伏并網逆變器極大地提升了光伏并網發電的能力。

我國自主研發的太陽能跟蹤系統已經取得了進步，如今，已經開始示范應用斜單軸跟蹤系統、水平單軸跟蹤系統以及雙軸跟蹤系統。相比較固定式的光伏發電系統，斜單軸跟蹤系統、水平單軸跟蹤系統以及雙軸跟蹤系統能夠分別提升光伏發電系統發電量的31%、18%以及36%，極大地提升了光伏發電系統的發電效率。

1.3 光伏發電的經濟性

現在，國際市場和國內市場中均存在著光伏組件價格大幅度下跌的現象，特別是自2011 年以來，歐洲國家對光伏發電的補貼大幅度削減，從而造成了在國際范圍內的市場中，太陽能電池和太陽能電池組件出現嚴重的產能過剩現象，現在光伏組件的國內價格已經降低到6 ～8 元/Wp。當前初始投資地面光伏電站的金額也降低到了1.2 ～1.8 萬元/kW。因為初始投資的條件不同，在光伏發電系統建設中的成本投入大約為1.25 ～2.00 元/kWh，若是光伏發電系統的規模比較大，那么其成本投入大約為0.81 ～1.5 元/kWh。因為在2011 年時，國際范圍內的光伏電池以及其組件的成本出現大規模下降，所以在2020 年以前，光伏發電站的度電成本支出下降的空間比較有限。

1.4 光伏發電的政策環境

包括太陽能發電在內的新能源產業，其發展的主要動力還是在于政府政策的推動。在世界各個國家中的發展實踐表明，促進新能源發展的重要工具是政府部門的財政補貼。特別是在產業發展的初期階段，政府通過財政補貼的方法降低企業經營風險，進而推動投資者的投資積極性。光伏發電主要適用于商業發展或者是居民生活，所以規模相對比較小，政府推行時大多為“太陽屋頂計劃”實施補貼。光熱項目主要使用在公共事業中，投資的門檻較高，但是在發展的初期階段，也是需要政府部門提供相應的財政補貼。補貼政策主要是為了推動安裝太陽能發電設備，促進裝機的規模發展，對光伏發電的電量要求不高。

2 光熱發電技術的綜合評價

2.1 光熱發電技術的開發

光熱發電站對自然資源的需求量是比較高的，建設光熱發電站要充分考慮太陽法向直射幅度的強度，DNI 的值越高越好，與接入電網之間的距離越近越好，初次之外，塔式光熱電站以及槽式光熱電站的選址要求具有平坦的地勢和充足的水源。塔式光熱電站和槽式光熱電站在蒸汽輪機循環中需要采用水進行制冷。光熱發電站的使用過程可以借助于太陽法向直射輻射強度，根據國外的實踐經驗看來，太陽法向直射的強度超過1800kWh/m2/y 的地區最為合適。

2.2 光熱發電技術的發電技術

當前光熱發電技術中的槽式光熱發電技術發展的相對比較成熟，并且已經進入商業化發展階段。最早在20 世紀80 年代，在美國的加利福尼亞州的莫哈維沙漠中就安裝了354MW 的槽式光熱發電站，槽式光熱發電技術在目前世界上的建設量是最多的。雖然塔式電站在數量上沒有得到槽式電站，但是因為塔式電站在運行的過程中具有極高的溫度和系統效率，作為后起之秀有后來者居上之勢。如今在美國、意大利等國家已經逐漸建立起了光熱發電裝置，這種光電發熱裝置特別適合大規模商用。從我國目前的發展形勢看來，我國尚未將光熱電站商業化運用，塔式光熱發電裝備的技術水平仍舊比較落后。

2.3 光熱發電技術的發電經濟性

光熱發電站的成本投資是不同的，主要是根據廣電站規模、光照的條件以及人工費用。普遍來說，槽式電站的初始投資大約在4000 ～8000 美元/kW 左右，塔式電站的初始投資大約在4500 ～16000 美元/kW 左右。初始投資條件的差異也會導致光熱發電站度電的成本投入存在差異。如今光熱發電站尚處在起步階段，2020 年，成本指出有望降低到2010 年的30%甚至以上。

2.4 光熱發電技術政策環境

光熱發電項目大多數是應用在公共事業中，光熱發電的投資門檻是比較高的，在發展的初期階段，也需要政府部門提供相應的財政補貼，美國對光熱發電提供財政補貼最多的國家之一，但是總體看來，雖然有的國家已經陸陸續續建立起了光熱發電政策，但是由于光熱發電的資金需求量大，面臨的風險較高，現有的財政補貼力度還是力不從心。這也是導致目前光熱發電發展緩慢的原因之一。當前我國更是缺乏健全完善的政策鼓勵和財政補貼，限制了光熱發電的發展。

3 結語

太陽能發電技術主要包含有光伏發電和光熱發電，但是因為兩者之間因為不同的發展階段、不同的應用規模、不同的結構組成、不同的開發條件，所以光伏發電和光熱發電之間也具有不同的技術性、經濟性和發展前景。