太陽能發(fā)電的原理

太陽能發(fā)電的原理太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本；（二）太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)；（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。（四）逆變器：在很多場(chǎng)合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡(jiǎn)單的降壓）。太陽能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮如下因素：Q1、太陽能發(fā)電系統(tǒng)在哪里使用？該地日光輻射情況如何？

Q2、系統(tǒng)的負(fù)載功率多大？

Q3、系統(tǒng)的輸出電壓是多少，直流還是交流？

Q4、系統(tǒng)每天需要工作多少小時(shí)？

Q5、如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電多少天？

Q6、負(fù)載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動(dòng)電流多大？

Q7、系統(tǒng)需求的數(shù)量。----------------------------------------------太陽能發(fā)電：其實(shí)并不貴本期提示

無錫尚德太陽能電力公司總經(jīng)理施正榮博士在澳大利亞學(xué)習(xí)工作了14年。他歸國(guó)創(chuàng)業(yè)，惟一目的就是發(fā)展我國(guó)的太陽能電力產(chǎn)業(yè)。他說：“社會(huì)上有一個(gè)誤會(huì)，一再地說太陽能發(fā)電的成本較高。據(jù)我看來，如果大家用環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算，與火電相比，

太陽能發(fā)電，并不算昂貴。如果國(guó)家當(dāng)機(jī)立斷，推出鼓勵(lì)發(fā)展綠色能源的產(chǎn)業(yè)政策，隨著技術(shù)的進(jìn)步，太陽能發(fā)電的成本，還將進(jìn)一步降低?！彼倪@番話引起了記者的好奇，記者采訪了許多專家，請(qǐng)他們共同探討：該怎么做，才能讓太陽能電力盡量為人類和環(huán)境造福。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用消納研發(fā)成本

中科院電工所研究員馬勝紅說,一項(xiàng)新技術(shù),在發(fā)展的不同階段,有不同的應(yīng)用需求。同其他可再生能源發(fā)電技術(shù)相比,光伏發(fā)電在解決邊遠(yuǎn)地區(qū)分散的村落和農(nóng)牧戶供電方面有突出的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),將在解決我國(guó)3000萬遠(yuǎn)離電網(wǎng)的群眾供電發(fā)揮主要作用。在一些特殊領(lǐng)域,光伏發(fā)電已經(jīng)迅速崛起,在航天電源、通訊機(jī)站無人值守電源、管道陰極保護(hù)、軍事野戰(zhàn)電源、玩具、鐘表、街燈、庭院燈以及最近興起的環(huán)保建筑等許多領(lǐng)域,已經(jīng)顯示出“比較優(yōu)勢(shì)”。產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用能夠消納不少研究成本,進(jìn)而推動(dòng)技術(shù)研究的深入,找到更合適的材料和降低成本的解決方案。

皇明太陽能集團(tuán)原本專心經(jīng)營(yíng)光熱業(yè)務(wù),其太陽能真空管熱水器在我國(guó)的市場(chǎng)占有率第一。公司總裁黃鳴說：“我們最近也在考慮向光電方向進(jìn)軍,我們已經(jīng)推出‘太陽能照明’業(yè)務(wù),在山東日照市做了一個(gè)樣板工程。我相信,只要產(chǎn)業(yè)鼓勵(lì)政策明朗,太陽能發(fā)電成本會(huì)在應(yīng)用的推動(dòng)下迅速下降?！敝袊?guó)太陽能學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)孟憲淦介紹說,我國(guó)是太陽能資源豐富的國(guó)家之一。我國(guó)有荒漠面積108萬平方公里,主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)。1平方公里面積可安裝100兆瓦光伏陣列,每年可發(fā)電1.5億度;如果開發(fā)利用1%的荒漠,就可以發(fā)出相當(dāng)于我國(guó)2003年全年的耗電量。在我國(guó)電力干線周圍有適合于大規(guī)模安裝光伏發(fā)電開發(fā)的浩瀚荒漠,開發(fā)利用荒漠太陽能資源對(duì)于我國(guó)有著深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。學(xué)習(xí)目前歐洲、日本的經(jīng)驗(yàn),實(shí)施屋頂光伏項(xiàng)目,也是十分重要的出路。

無錫尚德公司目前把許多精力花在“用戶培養(yǎng)”上,他們花費(fèi)大量心血進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈的整合和激發(fā)。公司每年的年會(huì)實(shí)際上是太陽能電池產(chǎn)業(yè)上下游廠商的一次激情大碰撞。公司副總經(jīng)理季廣峰說：“我們現(xiàn)在準(zhǔn)備對(duì)建筑設(shè)計(jì)師、房地產(chǎn)開發(fā)商和政府官員進(jìn)行太陽能電力的知識(shí)培訓(xùn)。只要大家花點(diǎn)精力,對(duì)太陽能電力的原理和產(chǎn)業(yè)前景稍作了解,肯定就會(huì)毫不懷疑這個(gè)產(chǎn)業(yè)的前景和必要性。而且,我們公司也準(zhǔn)備投資上游的硅片產(chǎn)業(yè),這樣既能保證將來有充足穩(wěn)定的生產(chǎn)原料,又能在一定程度上降低成本。”

技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)成本降低

過去使用硅作為太陽能電池材料,而我國(guó)目前生產(chǎn)硅片的能力還太低,多數(shù)材料都依靠進(jìn)口,導(dǎo)致太陽能電池成本太高。要使太陽能發(fā)電得到大規(guī)模推廣,科學(xué)家必須降低太陽能電池材料的成本,或找到更廉價(jià)的太陽能電池材料。

中國(guó)太陽能學(xué)會(huì)光伏專業(yè)委員會(huì)主任趙玉文說,太陽能電池目前的價(jià)格大約為3.15美元/瓦,并網(wǎng)系統(tǒng)價(jià)格為6美元/瓦,發(fā)電成本為0.25美元/瓦。最近完成的8兆瓦并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的前期研究表明,目前完全商業(yè)化運(yùn)作的并網(wǎng)光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)大約為每度電3.4元,尚無法同火電、風(fēng)電等競(jìng)爭(zhēng)。但是世界上近期的大規(guī)模市場(chǎng)發(fā)展和快速的技術(shù)進(jìn)步正在使光伏系統(tǒng)設(shè)備和發(fā)電成本有效降低,預(yù)計(jì)到2010年光伏系統(tǒng)將降到3美元/瓦左右,發(fā)電成本將下降到每度0.1美元———也就是人民幣1塊錢左右。他說：“當(dāng)前火電成本日漸上漲,發(fā)展太陽電力能正逢其時(shí)?！?/p>

施正榮說：“全世界的科學(xué)家絞盡腦汁,都在尋找從技術(shù)上降低成本的方案,方向是多元的,最常規(guī)的渠道是尋找、組織新材料,提高光電轉(zhuǎn)化效率。有人一看15%、17%,就以為效率‘低得不行’,實(shí)際上,只要提高一個(gè)百分點(diǎn),成本就能下降很多,競(jìng)爭(zhēng)力就提升了。我們無錫尚德公司正在致力于這方面的研究?！?/p>

中科院半導(dǎo)體所所長(zhǎng)李晉閩透露,該所最近在太陽能電池研究上也取得了重大突破,他們利用某些‘化學(xué)半導(dǎo)體’材料,大大提高了光電轉(zhuǎn)換效率;加上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了精心整合,在模擬空間的環(huán)境下,能夠?qū)崿F(xiàn)26%的轉(zhuǎn)化效率,而在地面環(huán)境下,其轉(zhuǎn)換效率能超過30%。這樣,成本就不是問題。

轉(zhuǎn)換觀念是當(dāng)務(wù)之急

幾位太陽能方面的專家前不久起草了“關(guān)于制定階梯電價(jià)和促進(jìn)我國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展的議案”建議稿,起草人之一、中國(guó)太陽能學(xué)會(huì)光伏專業(yè)委員會(huì)常務(wù)理事王斯成說：“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?！睂＜医ㄗh,我國(guó)的目標(biāo)應(yīng)該在2020年使光伏發(fā)電的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到30000兆瓦,使光伏發(fā)電量達(dá)到屆時(shí)全國(guó)發(fā)電量的1%。

雖然這個(gè)指標(biāo)同歐、美、日國(guó)家的目標(biāo)相比差距還相當(dāng)大,但要想達(dá)到這個(gè)目標(biāo),要排除諸多障礙。專家指出,在世界上許多國(guó)家,光伏發(fā)電已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展軌道;在荒漠大規(guī)模并網(wǎng)和光伏建筑一體化領(lǐng)域具有良好的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展前景,是可再生能源應(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%以上的速率迅猛增長(zhǎng),2002年的系統(tǒng)產(chǎn)值達(dá)到35億多美元。預(yù)計(jì)在各國(guó)減排行動(dòng)和優(yōu)惠政策的拉動(dòng)下,產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)一步加快。我國(guó)只要出臺(tái)相應(yīng)政策、培育規(guī)范的規(guī)模市場(chǎng)、加大投入、加速能力建設(shè),我國(guó)企業(yè)完全有條件依托國(guó)內(nèi)市場(chǎng)挺進(jìn)國(guó)際市場(chǎng),進(jìn)入國(guó)際十強(qiáng)。

趙玉文說：“但其發(fā)展的先決條件就是政府出臺(tái)行之有效的激勵(lì)政策。近年來,德、日、美等發(fā)達(dá)國(guó)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(chǎng),靠規(guī)模市場(chǎng)拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動(dòng)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(jià)格贏得更大市場(chǎng)的方針和策略是正確的和成功的,值得我國(guó)借鑒?！?---------------------------------太陽能發(fā)電潛力巨大太陽能電池產(chǎn)業(yè)將大有所為在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，技術(shù)最復(fù)雜的組成部分應(yīng)屬太陽能電池?？梢哉f，太陽能電池是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心，其開發(fā)、生產(chǎn)直接影響到太陽能發(fā)電的普及和發(fā)展。太陽能電池的主要原理是通過使用半導(dǎo)體材料，將較薄的N型半導(dǎo)體置于較厚的P型半導(dǎo)體上，當(dāng)光子撞擊該裝置的表面時(shí)，P型和N型半導(dǎo)體的接合面有電子擴(kuò)散產(chǎn)生電流，可利用上下兩端的金屬導(dǎo)體將電流引出利用。太陽能電池的種類根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機(jī)鹽如砷化鎵III－V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。硅是最理想的太陽能電池材料，這是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。在以上電池中單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟，光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)23.3％。在制作過程中，一般采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)。但由于單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣工藝影響，單晶硅成本價(jià)格居高不下，大幅降低成本非常困難，無法實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的大規(guī)模普及。隨著新材料的不斷開發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以其它材料為基礎(chǔ)的太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。目前國(guó)際低成本大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的研究主要集中在多晶硅、大面積薄膜非晶硅、CdTe電池、CIS電池的制造技術(shù)，Ⅲ－V族化合物半導(dǎo)體高效光電池，非晶硅及結(jié)晶硅混合型薄膜光電池等方面。如果說單晶硅的特點(diǎn)是效率高、成本高，其它材料電池的難題無疑是低成本、轉(zhuǎn)化弱。與單晶硅太陽能電池相比，除多晶硅、碲化鎘等外，其它材料電池的光電轉(zhuǎn)化效率普遍未超過15％。我國(guó)太陽能電池的發(fā)展我國(guó)于1958年開始研究太陽能電池，1971年首次應(yīng)用于我國(guó)發(fā)射的衛(wèi)星上。1973年開始將太陽能電池用于地面。由于受到價(jià)格和產(chǎn)量的限制，市場(chǎng)發(fā)展很緩慢，除了作為衛(wèi)星電源，在地面上太陽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)等。2002年，國(guó)家有關(guān)部委啟動(dòng)了“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，通過光伏和小型風(fēng)力發(fā)電解決西部七省區(qū)無電鄉(xiāng)的用電問題。這一項(xiàng)目的啟動(dòng)大大刺激了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)建起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產(chǎn)量迅速增加。目前太陽能電池已經(jīng)開始廣泛用于通信、交通、民用產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域，光伏發(fā)電不但列入到國(guó)家的攻關(guān)計(jì)劃，而且列入國(guó)家電力建設(shè)計(jì)劃，同時(shí)也在一些重大工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。目前，光伏發(fā)電已遍及我國(guó)西部各省區(qū)，以及中部和東部的部分省、直轄市、自治區(qū)，總投入已經(jīng)超過30億元。太陽能電池高效和低價(jià)統(tǒng)一始終是國(guó)際開發(fā)的目標(biāo)。與此相同，我國(guó)產(chǎn)品生產(chǎn)、推廣的根本問題也集結(jié)于此。草原、海島、沙漠等無電地區(qū)需求巨大，但價(jià)格的可承受性、生產(chǎn)規(guī)模不足和產(chǎn)品針對(duì)性較弱等方面的問題十分突出。而在城市電力系統(tǒng)中，高昂的一次性投資成本無疑更為產(chǎn)品推廣增加了難度。因此，提高效率，降低成本，擴(kuò)大規(guī)模應(yīng)是現(xiàn)今開發(fā)、生產(chǎn)太陽能電池的主題。在具體操作方面：多晶硅太陽能電池的研究應(yīng)把攻關(guān)與引進(jìn)結(jié)合起來，盡快建立一條年生產(chǎn)能力為兆瓦級(jí)的生產(chǎn)線；單晶硅太陽能電池重點(diǎn)提高組件的效率，降低生產(chǎn)成本；加速開發(fā)新型太陽能電池。具體標(biāo)準(zhǔn)：兆瓦級(jí)多晶硅太陽能電池組件生產(chǎn)線的建立主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：組件效率13％，組件壽命20～25年；單晶硅太陽能電池組件生產(chǎn)線的技術(shù)改造主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：組件效率14％～15％，組件壽命20～25年。要在現(xiàn)有技術(shù)條件下快速發(fā)展，太陽能電池行業(yè)應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)小型光電源產(chǎn)業(yè)化；著重開發(fā)100千瓦容量以下的獨(dú)立運(yùn)行光伏電站系列化、規(guī)范化、商品化研究并網(wǎng)光伏發(fā)電技術(shù)，并為大規(guī)模應(yīng)用做好前期準(zhǔn)備。在具體標(biāo)準(zhǔn)方面：小功率光伏電源產(chǎn)業(yè)化功率范圍：千瓦級(jí)、百瓦級(jí)產(chǎn)業(yè)規(guī)模：總?cè)萘看笥?兆瓦系統(tǒng)造價(jià)：比“八五”平均價(jià)格降低30％以上太陽能；獨(dú)立運(yùn)行光伏電站系列化、規(guī)范化、商品化。