太陽(yáng)能發(fā)電工作原理及其對(duì)存在的問題

1、太陽(yáng)能發(fā)電工作原理及其對(duì)存在的問題在地球環(huán)境污染和育么原形勢(shì)的變化日趨嚴(yán)峻的背景下，太陽(yáng)能作為一種可再生的新能源，具有清潔、環(huán)保、持續(xù)、長(zhǎng)久的優(yōu)勢(shì)，成為人們應(yīng)對(duì)能源短缺、氣候變化與節(jié)能減排的重要選擇之一，越來越受到世人的強(qiáng)烈關(guān)注。為此，本文首先綜述了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的基本工作原理，介紹了太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)原理，發(fā)電系統(tǒng)的組成等。其次，闡述了我國(guó)現(xiàn)在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀：我國(guó)太陽(yáng)能熱利用取得顯著成績(jī)，太陽(yáng)能發(fā)電取得一定進(jìn)展。并分析其中存在的問題：在太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)存在原材料依賴進(jìn)口、企業(yè)缺乏核心技術(shù)與裝備、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)欠發(fā)育致使產(chǎn)品出口國(guó)外等。最后，從制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、完善體制與機(jī)制、以及制定政策體

2、系等方面，提出促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策。眾所周粗當(dāng)今世界所依賴的能源孑汐護(hù)乒石油、煤炭、核電、水力，然而這些能源儲(chǔ)量有限，污染嚴(yán)重，尋找叫種可取代有限石油并磷幽陰境無(wú)害的新能源是現(xiàn)今世界發(fā)展的迫切需要。當(dāng)前，由于燃燒石化燃料，加劇了溫室效應(yīng)局部地區(qū)形成酸雨，使大氣困撇爵儼重污染。因此.無(wú)論是從確保長(zhǎng)期的能源供應(yīng)，還是從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，開發(fā)取之不盡而又沒有公害的新能源己是勢(shì)在必行。太陽(yáng)能是迄今為止人類所認(rèn)識(shí)的最潔凈的可再生資源，也是涉及未來發(fā)展最有保障的未開發(fā)能源。今后的幾十年將是新能源技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)折時(shí)期，而太陽(yáng)能作為新興的產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起。預(yù)計(jì)在未來用太陽(yáng)能電池構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)或

3、在家電設(shè)備上的應(yīng)用將成為主流。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)、應(yīng)用等方面也在不斷發(fā)展。一、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理太陽(yáng)能發(fā)電是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽(yáng)能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負(fù)載等組成。其中，太陽(yáng)能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)載為系統(tǒng)終端。太陽(yáng)能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。充放電投制器太陽(yáng)篦電池扳LED太陽(yáng)能路燈電池單元：由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實(shí)用中的太陽(yáng)能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件（陣

4、列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性，當(dāng)太陽(yáng)光照射到由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時(shí)，在一定的條件下，太陽(yáng)能輻射被半導(dǎo)體材料吸收，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)存在著較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場(chǎng)，因而能在光照下形成電流密度J,短路電流Isc,開路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場(chǎng)的兩側(cè)面引出電極并接上負(fù)載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負(fù)載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽(yáng)能電池組件就實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的功率P輸出。陽(yáng)光Si電極 非反光保護(hù)局 通通半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體正電極負(fù)載§儲(chǔ)存單元：太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的

5、直流電先進(jìn)入蓄電池儲(chǔ)存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時(shí)間（發(fā)電時(shí)間）的影響。因此蓄電池瓦時(shí)容量和安時(shí)容量由預(yù)定的連續(xù)無(wú)日照時(shí)間決定?？刂破鳎嚎刂破鞯闹饕δ苁鞘固?yáng)能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點(diǎn)附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)試技術(shù)即PWM控制方式，使整個(gè)系統(tǒng)始終運(yùn)行于最大功率點(diǎn)Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當(dāng)電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開路或接反時(shí)切斷開關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調(diào)控點(diǎn)Pm,又能跟蹤太陽(yáng)移動(dòng)參數(shù)的"向日葵"式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。逆變器：逆變

6、器按激勵(lì)方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照明負(fù)載頻率f,額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。二、我國(guó)現(xiàn)在太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀以及存在的問題我國(guó)太陽(yáng)能熱利用工程主要包括太陽(yáng)熱水、太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、采暖與空調(diào)、制冷、太陽(yáng)能干燥、海水淡化和工業(yè)用熱等領(lǐng)域。其中太陽(yáng)能熱水器在我國(guó)得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，是我國(guó)可再生能源領(lǐng)域中產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最成功的范例。工作原理1 .其次，中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域起步較早，在20世紀(jì)80年代以前中國(guó)光伏工業(yè)尚處于雛形，太陽(yáng)能電池的年產(chǎn)量一直很低，

7、價(jià)格也很昂貴，致使太陽(yáng)能光伏發(fā)電市場(chǎng)的發(fā)展很緩慢，除了作為衛(wèi)星電源，在地面上太陽(yáng)能電池僅用于小功率電源系統(tǒng)，如航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)系統(tǒng)、高山氣象站的儀器用電、電圍欄、黑光燈直流日光燈等，功率一般在幾瓦到幾十瓦之間。后來國(guó)家開始對(duì)光伏工業(yè)和光伏市場(chǎng)的發(fā)展給以支持，中央和地方政府在光伏領(lǐng)域投入了一定資金，短短的幾年內(nèi)先后從美國(guó)、加拿大等國(guó)引進(jìn)了3條太陽(yáng)電池生產(chǎn)線，使我國(guó)太陽(yáng)電池的生產(chǎn)能力大為提升.進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)家開始重視太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，開展了一系列關(guān)于太陽(yáng)能利用的課題，中國(guó)的光伏生產(chǎn)能力迅速增長(zhǎng)，絕大部分太陽(yáng)能電池組件出口歐洲。在國(guó)際市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)政策的拉動(dòng)下，我國(guó)已成為世界三大光伏電池生產(chǎn)國(guó)之一。但是

8、，必須清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)存在三大問題：一大問題是我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的硅材料主要依靠進(jìn)口，特別是多晶硅原料嚴(yán)重依賴進(jìn)口。我國(guó)太陽(yáng)能級(jí)單晶硅拉制和多晶硅鑄錠所用的硅材料絕大部分是進(jìn)口的。2006年，中國(guó)單晶體硅錠生產(chǎn)能力已達(dá)6850t,產(chǎn)量達(dá)2086t.2006年，中國(guó)多晶體硅的年生產(chǎn)能力為400t實(shí)際生產(chǎn)量為300t,僅夠30Mp太陽(yáng)電池的生產(chǎn)需求，實(shí)際生產(chǎn)量與需求存在巨大的差距，多晶體硅原材料基本依賴進(jìn)口，這就造成目前多晶硅價(jià)格大幅上漲，我國(guó)光伏發(fā)電成本也由上漲。2 .第二大問題是是我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，尤其是光伏產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)及制造裝備主要在國(guó)外。我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)專利僅占世界太陽(yáng)能

9、專利的8%,是全球第四大太陽(yáng)能專利技術(shù)擁有國(guó)。而且專利主要集中于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)專利申請(qǐng)多以實(shí)用新型與外觀設(shè)為主，利質(zhì)量與創(chuàng)新水平不容樂觀；發(fā)明專利權(quán)人主要是科研機(jī)構(gòu)與高校，作為技術(shù)創(chuàng)新主體的企業(yè)卻因?yàn)閰⑴c不夠或者缺乏創(chuàng)新能力而未能成為發(fā)明專利的真正創(chuàng)新主體。3 .第三大問題是，我國(guó)絕大部分的光伏產(chǎn)品都出口到歐美及日本等國(guó)外市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)對(duì)太陽(yáng)能光伏的應(yīng)用也主要集中在農(nóng)村電氣化和離網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品，真正并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)目前還遠(yuǎn)未形成。說明內(nèi)需市場(chǎng)發(fā)展嚴(yán)重不足，這將對(duì)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的持久發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。綜上所述，中國(guó)太陽(yáng)能熱利用與發(fā)電技術(shù)方面均已取得一定的成績(jī)，但也存在管理體制與市場(chǎng)

10、體制不夠健全、機(jī)制不夠完善、企業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)、配套政策與實(shí)施細(xì)則需要進(jìn)一步落實(shí)等一系列亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。三、促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策一是盡快制定國(guó)家太陽(yáng)能利用技術(shù)的短期、中期、中長(zhǎng)期與長(zhǎng)期的發(fā)展戰(zhàn)略，明確不同發(fā)展階段太陽(yáng)能利用技術(shù)的主要目標(biāo)、實(shí)施重點(diǎn)、具體舉措，繪畫出我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)的發(fā)展路線圖；二是以有效增強(qiáng)國(guó)家綜合實(shí)力，提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力，有效防范風(fēng)險(xiǎn)合理應(yīng)對(duì)國(guó)際一體化與全球性競(jìng)爭(zhēng)所帶來的壓力與挑戰(zhàn)為目的，加緊實(shí)施太陽(yáng)能利用技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，主要包括太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)筑一個(gè)有利于打破發(fā)達(dá)國(guó)家太陽(yáng)能利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)壟斷，促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步

11、與產(chǎn)品性能不斷提高的太陽(yáng)能利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系；三是以專利法律制度為基礎(chǔ)，以獲取最大經(jīng)濟(jì)效益為目的，加緊實(shí)施太陽(yáng)能利用技術(shù)的專利戰(zhàn)略體系，具體主要包括專利信息的收集、處理與管理、專利保護(hù)、專利技術(shù)開發(fā)、專利技術(shù)實(shí)施、專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、專利許可貿(mào)易等內(nèi)容。通過積極有效地運(yùn)用專利使用權(quán)購(gòu)買戰(zhàn)略、專利交叉許可戰(zhàn)略、專利聯(lián)盟戰(zhàn)略與專利標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，規(guī)避“專利陷阱”，促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展；四是通過自己培養(yǎng)、聯(lián)合培養(yǎng)與人才引進(jìn)等手段，加緊實(shí)施太陽(yáng)能利用技術(shù)的人才戰(zhàn)略，積極打造我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)的人才庫(kù)，培養(yǎng)與造就一大批太陽(yáng)能利用技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)與專利成果產(chǎn)業(yè)化等方面的專業(yè)領(lǐng)軍人才與復(fù)合創(chuàng)新型

12、人才，搶占太陽(yáng)能利用技術(shù)的人才高地。這四個(gè)方面是相輔相成的，太陽(yáng)能利用技術(shù)的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略指明了太陽(yáng)能利用技術(shù)的前進(jìn)方向與發(fā)展路線，標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略與專利戰(zhàn)略確保了太陽(yáng)能利用技術(shù)更好更快的發(fā)展，人才戰(zhàn)略則是上述三種戰(zhàn)略的有效支撐與最終保障。再者，逐步建立與完善促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的政策體系。太陽(yáng)能利用技術(shù)得到世界各國(guó)的普遍重視，世界上至少有,(個(gè)國(guó)家根據(jù)自己的國(guó)情制定了可再生能源的政策規(guī)劃，目前全球已經(jīng)有50多個(gè)國(guó)家通過立法，采取設(shè)備購(gòu)置補(bǔ)貼政策等不同方式推進(jìn)可再生能源的發(fā)展，相關(guān)的配套法律、法規(guī)、政策不斷完善。4日本、德國(guó)等國(guó)家的成功太陽(yáng)能激勵(lì)政策表明，政策扶持是光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要驅(qū)動(dòng)力，政府的政策導(dǎo)向決定光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水準(zhǔn)和市場(chǎng)需求，促使一些金融機(jī)構(gòu)和跨國(guó)公司相繼投資光伏產(chǎn)業(yè)，加速該新興產(chǎn)業(yè)走向成熟。對(duì)于在建筑中廣泛使用太陽(yáng)能等可再生能源的，給予一定補(bǔ)貼；另外，國(guó)家還需要制定合理有效的太陽(yáng)能利用核心技術(shù)與關(guān)鍵設(shè)備的引進(jìn)政策