太陽能光伏

什么是太陽能光伏

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式。獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)和人口分散地區(qū)，整個系統(tǒng)造價很高；在有公共電網(wǎng)的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接并網(wǎng)運(yùn)行，省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價，而且具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能。

什么是太陽能光伏技術(shù)　　

太陽是能量的天然來源。地球上每一個活著的生物之所以具有發(fā)揮作用的能力，甚至于是它的生存，都是由于直接或間接來自于太陽的能量。我們的地球處在離太陽差不多有一億英里的地方。它所截取的輻射能少到難以置信 （大約千萬分之三），這么小的一點(diǎn)能量， 實(shí)際上比整個世界目前現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬倍。目前全世界尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始感到能量短缺，因此，人們開始求助于太陽能，以解決能源危機(jī)。

太陽能每天都能無限供應(yīng)，而且數(shù)量龐大。如果在大的電廠利用，就減少了溫室效應(yīng)，有些能源專家和環(huán)境保護(hù)的專家則認(rèn)為，在滿足人類今后能量需要方面，太陽能的熱影響比任何其他替換品的熱影響要小得多。作為一種不污染環(huán)境，又取之不盡的新能源，它無處不在。尤其是在電力供力方面，太陽能的利用有被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換，如太陽能熱水器）和光電轉(zhuǎn)換（如光伏發(fā)電）兩種方式。有專家認(rèn)為，太陽能發(fā)電最終將在電力供應(yīng)中占20%。

太陽能是一種輻射能，太陽能發(fā)電意味著---要將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程確切地說應(yīng)叫光伏效應(yīng)。不需要借助其它任何機(jī)械部件，光線中的能量被半導(dǎo)體器件的電子獲得，于是就產(chǎn)生了電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽能電池。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導(dǎo)體組成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太陽能電池的高純硅，要經(jīng)過特殊的提純處理制作。太陽能電池只要受到陽光或燈光的照射，就能夠把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽闺娏鲝囊环搅飨蛄硪环?，一般就可發(fā)出相當(dāng)于所接收光能的10~20% 的電來。

一般來說，光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能就越多。為了使太陽能電池板最大限度地減少光反射，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，一般在它的上面都蒙上一層可防止光反射的膜?使太陽能板的表面呈紫色。它的工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)就是當(dāng)物體受光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓（叫做光生電壓）。這種現(xiàn)象就是著名的光生伏打效應(yīng)。使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。

太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r不使用的空間，無噪音、壽命長，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要調(diào)整?，F(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池，就可以實(shí)現(xiàn)家中用電的自給?，F(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說，是專業(yè)化的。它從軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的作用。委內(nèi)瑞拉還推出廉價太陽能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽能電池。目前,太陽能的利用存在著巨大的發(fā)展空間，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破。它已被許多發(fā)達(dá)國家作為其能源戰(zhàn)略的一個重要組成部分。

1、太陽能電池發(fā)電原理　　

太陽電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。

當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

2、晶體硅太陽電池的制作過程：

“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維，20世紀(jì)末．我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。

3、太陽電池的應(yīng)用：

上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)——通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。在世紀(jì)之交前后期間，歐美等先進(jìn)國家光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。

4、太陽電池基本性質(zhì)：

a 、光電轉(zhuǎn)換效率 η% 評估太陽電池好壞的重要因素。
　　目前：實(shí)驗(yàn)室 η ≈ 24%，產(chǎn)業(yè)化：η ≈ 15%。

b、單體電池電壓 V：0.4V——0.6V由材料物理特性決定。

c、填充因子FF%：評估太陽電池負(fù)載能力的重要因素。 FF=(Im×Vm)/(Isc×Voc)
　　其中：Isc—短路電流，Voc—開路電壓，Im—最佳工作電流，Vm—最佳工作電壓；

d、標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)與環(huán)境溫度 地面：AM1.5光強(qiáng)，1000W/m2 ，t = 25℃；

e、溫度對電池性質(zhì)的影響，例如：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,AM1.5光強(qiáng)，t=25℃某電池板輸出功率測得為100Wp,如果電池溫度升高至45℃時，則電池板輸出功率就不到100Wp

太陽能電池發(fā)電歷史　

自從1954年第一塊實(shí)用光伏電池問世以來，太陽光伏發(fā)電取得了長足的進(jìn)步。但比計算機(jī)和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。其原因可能是人們對信息的追求特別強(qiáng)烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對能源的需求。1973年的石油危機(jī)和90年代的環(huán)境污染問題大大促進(jìn)了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。其發(fā)展過程簡列如下：

　　1839年 法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應(yīng)”，即“光伏效應(yīng)”。
　　1876年 亞當(dāng)斯等在金屬和硒片上發(fā)現(xiàn)固態(tài)光伏效應(yīng)。
　　1883年 制成第一個“硒光電池”，用作敏感器件。
　　1930年 肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應(yīng)”理論。同年，朗格首次提 出用“光伏效應(yīng)”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。
　　1931年 布魯諾將銅化合物和硒銀電極浸入電解液，在陽光下啟動了一個電動機(jī)。
　　1932年 奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化鎘”太陽電池。
　　1941年 奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。
　　1954年 恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。
　　1955年 吉尼和羅非斯基進(jìn)行材料的光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化設(shè)計。同年，第一個光電航標(biāo)燈問世。美國RCA研究砷化鎵太陽電池。
　　1957年 硅太陽電池效率達(dá)8%。
　　1958年 太陽電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒1號衛(wèi)星電源。
　　1959年 第一個多晶硅太陽電池問世，效率達(dá)5%。
　　1960年 硅太陽電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。
　　1962年 砷化鎵太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)13%。
　　1969年 薄膜硫化鎘太陽電池效率達(dá)8%。
　　1972年 羅非斯基研制出紫光電池，效率達(dá)16%。
　　1972年 美國宇航公司背場電池問世。
　　1973年 砷化鎵太陽電池效率達(dá)15%。
　　1974年 COMSAT研究所提出無反射絨面電池，硅太陽電池效率達(dá)18%。
　　1975年 非晶硅太陽電池問世。同年，帶硅電池效率達(dá)6%~%。
　　1976年 多晶硅太陽電池效率達(dá)10%。
　　1978年 美國建成100kWp太陽地面光伏電站。
　　1980年 單晶硅太陽電池效率達(dá)20%，砷化鎵電池達(dá)22.5%，多晶硅電池達(dá)14.5%，硫化鎘電池達(dá)9.15%。
　　1983年 美國建成1MWp光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達(dá)11.8%。
　　1986年 美國建成6.5MWp光伏電站。
　　1990年 德國提出“2000個光伏屋頂計劃”，每個家庭的屋頂裝3~5kWp光伏電池。
　　1995年 高效聚光砷化鎵太陽電池效率達(dá)32%。
　　1997年 美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃”，在2010年以前為100萬戶，每戶安裝3~5kWp。光伏電池。有太陽時光伏屋頂向電網(wǎng)供電，電表反轉(zhuǎn)；無太陽時電網(wǎng)向家庭供電，電表正轉(zhuǎn)。家庭只需交“凈電費(fèi)”。
　　1997年 日本“新陽光計劃”提出到2010年生產(chǎn)43億Wp光伏電池。
　　1997年 歐洲聯(lián)盟計劃到2010年生產(chǎn)37億Wp光伏電池。
　　1998年 單晶硅光伏電池效率達(dá)25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到2020年完成。

中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場的有力拉動下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。

2007年，中國光伏電池產(chǎn)量首次超過德國和日本，居世界第一位。2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達(dá)到了200萬千瓦。近5年來，中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07％增長到2008年的近15％。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從3年前的13％-14％提高到16％-17％。

因美國次貸問題而引發(fā)的金融危機(jī)，從華爾街迅速向全球蔓延，致使部分金融機(jī)構(gòu)轟然倒塌，證券市場持續(xù)低迷，石油價格大幅下滑。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年發(fā)展迅速，成為政府重視、股市活躍、風(fēng)投青睞、各行各業(yè)蜂涌相聚的世界太陽谷。由于設(shè)備、原料和市場三頭在外，它對美國、歐洲和日本等國際市場存在很大依存度。隨著這場金融危機(jī)特別是國際油價的大幅下挫，對中國光伏發(fā)電業(yè)的投資資金、出口訂單等方面產(chǎn)生重大影響，但金融危機(jī)對光伏產(chǎn)業(yè)的巨大影響一定會在未來的某個時間得到消化。長遠(yuǎn)來看，世界光伏市場的政策推動力依然存在，光伏產(chǎn)業(yè)的市場成長依然強(qiáng)勁。

中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)與企業(yè)責(zé)任透析

隨著《可再生能源法》的頒布及實(shí)施，可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電價的基本原則已變得透明。光伏發(fā)電成本較高的呼聲也似乎有所減少，但并沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變。據(jù)此，有業(yè)內(nèi)人士說這仍是一個誤會，如果用環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)來計算和衡量，與火電相比，光伏發(fā)電其實(shí)并算不上昂貴。況且隨著國家鼓勵發(fā)展綠色能源產(chǎn)業(yè)政策的扶持，隨著技術(shù)的進(jìn)步，光伏發(fā)電的成本將進(jìn)一步降低。在“關(guān)于制定階梯電價和促進(jìn)我國光伏發(fā)電發(fā)展的議案”建議稿中，我國太陽能方面的幾位專家一致認(rèn)為：“從資源的數(shù)量、分布的普遍性、技術(shù)的可靠性來看，光伏發(fā)電比其他可再生能源更具有優(yōu)越性，目前成本較高的障礙正在隨著技術(shù)進(jìn)步和大規(guī)模生產(chǎn)而減小，光伏發(fā)電將成為未來電力的重要構(gòu)成是勿庸質(zhì)疑的。”

如能得到穩(wěn)定的政策扶持，中國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿⑹蔷薮蟮?。根?jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的《中國光伏發(fā)展報告》中的數(shù)據(jù)可以預(yù)計：到2030年，中國太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到1億千瓦，年發(fā)電量可達(dá)1300億千瓦時，相當(dāng)于少建30多個大型煤電廠?？赡苓@個指標(biāo)同歐美等國家的目標(biāo)相比差距還頗大，但要想達(dá)到這個目標(biāo)，必須要排除諸多障礙。作為可再生能源應(yīng)用的重要組成部分，近年來全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)以平均30%以上的速度迅猛增長。預(yù)計在各國減排行動和優(yōu)惠政策的拉動下，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)一步加快。在中國，只要培育規(guī)范的規(guī)模市場、加大投入、加速能力建設(shè)，國內(nèi)光伏發(fā)電企業(yè)完全有條件依托國內(nèi)市場挺進(jìn)國際市場。

光明無限，然而前路漫漫。發(fā)展的先決條件就是政府出臺行之有效的激勵及扶持政策。近年來，德、日、美等國家光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的事實(shí)證明，政府采用優(yōu)惠政策扶持光伏發(fā)電市場，靠規(guī)模市場拉動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動技術(shù)進(jìn)步，依賴技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本，通過提高質(zhì)量和降低價格贏得更大市場的方針和策略是正確和成功的，值得中國借鑒。

光伏發(fā)電成為未來電力的重要構(gòu)成要經(jīng)歷多長時間？政府和公眾的認(rèn)可度如何？諸多問題困擾著中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。相對歐美等國家，中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，還面臨著諸多困境及瓶頸有待進(jìn)一步突破，這些注定中國光伏發(fā)電企業(yè)的商業(yè)化道路將坎坷崎嶇。

 中國的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)需要提速，中國的光伏發(fā)電企業(yè)需要崛起。自2002年開始，產(chǎn)業(yè)的壯大及光伏發(fā)電企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大給相關(guān)設(shè)備企業(yè)也提供了難得的市場機(jī)遇。目前，我國光伏裝備產(chǎn)業(yè)已具有一定的規(guī)模和水平，在國內(nèi)用戶中已建立起良好的信譽(yù)。通過和一流電池企業(yè)合作并融合了先進(jìn)的工藝技術(shù)，國產(chǎn)的太陽能電池關(guān)鍵設(shè)備相繼在國內(nèi)大生產(chǎn)線上得到應(yīng)用且逐漸成為主流選擇，使我國基本具備了晶體硅太陽能電池制造設(shè)備的整線供給能力。受此拉動，我國電子專用設(shè)備行業(yè)也呈現(xiàn)出多年未有的蓬勃發(fā)展景象。在引領(lǐng)國產(chǎn)電池制造設(shè)備技術(shù)及市場的同時，硅材料加工設(shè)備如多晶硅鑄錠爐、單晶爐、坩堝烘烤爐等也受到了市場的積極追捧。

這是一條上下求索尋求突破之路。近年來，太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)。但過高的電價仍是困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題。目前太陽能電池上網(wǎng)電價約是火力發(fā)電的10倍。有專家指出，隨著環(huán)保成本的增加，火力發(fā)電的電價變換將呈上升曲線，而薄膜太陽能電池上網(wǎng)電價將隨著大規(guī)模量產(chǎn)和轉(zhuǎn)換效率的提高逐漸下降，兩條曲線預(yù)計將在2012-2015年之間相交。

另外，市場前景也是不容忽視的問題。而克服這些困難必須依靠企業(yè)和政府的協(xié)同努力。從長期來看，積極拓展產(chǎn)業(yè)鏈上游業(yè)務(wù)是中國光伏發(fā)電企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，而中國光伏發(fā)電企業(yè)的責(zé)任是加快研發(fā)進(jìn)度、加快技術(shù)創(chuàng)新，通過提高技術(shù)水平不斷降低光伏發(fā)電的成本；另外，國家應(yīng)盡快出臺合理的并網(wǎng)發(fā)電政策，盡快解決結(jié)算方法的問題，并對生產(chǎn)企業(yè)、用戶和設(shè)備制造商予以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼等等。同時，公眾也應(yīng)該加強(qiáng)對環(huán)境問題的認(rèn)識，增強(qiáng)使用可再生能源的意愿。而這其中有不得不提的一點(diǎn)，轉(zhuǎn)變觀念是當(dāng)務(wù)之急，更是問題關(guān)鍵所在。相信在政府、企業(yè)與全民的共同努力下，中國“陽光計劃”的實(shí)現(xiàn)不會是夢。