21世紀(jì)我國太陽能利用發(fā)展趨勢

21世紀(jì)我國太陽能利用發(fā)展趨勢.txt等待太久得來的東西多半已經(jīng)不是當(dāng)初自己想要的了。一層秋雨一陣涼，一瓣落花一脈香，一樣流年自難忘，一把閑愁無處藏。幸福生活九字經(jīng)：有希望，有事干，有人愛。女人和女人做朋友，要之以綠葉的姿態(tài)，同時(shí)也要暗藏紅花的心機(jī)。21世紀(jì)我國太陽能利用發(fā)展趨勢您當(dāng)前位置為：首頁>>>>電力論文21世紀(jì)我國太陽能利用發(fā)展趨勢不詳摘要：本文簡述了太陽能利用基本概念、我國太陽能資源分布。分別介紹了國際上太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及產(chǎn)業(yè)、太陽能熱利用技術(shù)及產(chǎn)業(yè)等的發(fā)展概況和趨勢。介紹了我國太陽能利用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及同國外的差距，并對我國太陽能利用在未來世紀(jì)的發(fā)展提出了設(shè)想和建議。關(guān)鍵詞：太陽能利用太陽能資源熱利用技術(shù)光伏發(fā)電技術(shù)一、引言太陽能利用指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能稱太陽能光伏技術(shù)。把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域。二十世紀(jì)50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大突破：一是1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6%的實(shí)用型單晶硅電池，二是l955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項(xiàng)突破既是太陽能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期的劃時(shí)代標(biāo)志，也是人類能源技術(shù)又一次變革的技術(shù)基礎(chǔ)。70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。開發(fā)利用太陽能成為各國制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。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。包括太陽能在內(nèi)的可再生能源在下世紀(jì)將會(huì)以前所未有的速度發(fā)展，逐步成為人類的基礎(chǔ)能源之一。據(jù)預(yù)測，到下世紀(jì)中葉，可再生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50%以上，如圖l所示。二、資源太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的由氫聚變成氦的核反應(yīng)，并不斷向宇宙空間輻射出巨大的能量。太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)足以維持6×1010年，相對于人類發(fā)展歷史的有限年代而言，可以說是"取之不盡、用之不竭"的能源。地面上的太陽輻射能隨時(shí)間、地理緯度、氣候變化，實(shí)際可利用量較低，但可利用資源仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滿足現(xiàn)在人類全部能耗以及2100年以后規(guī)劃的能源利用量。地球上太陽能資源一般以全年總輻射量(千焦／平米·年)和全年日照總時(shí)數(shù)表示。就全球而言，美國西南部、非洲、澳大利亞、中國西藏、中東等地區(qū)的全年總輻射量或日照總時(shí)數(shù)最大，為世界太陽能資源最豐富地區(qū)。三、國外發(fā)展概況和趨勢l、太陽能光伏發(fā)電世界光伏組件在過去15年平均年增長率約為15%。90年代后期，發(fā)展更加迅速，最近三年平均年增長率超過30%，如圖2所示。l999年光伏組件生產(chǎn)達(dá)到200兆峰瓦，世界光伏發(fā)電總裝機(jī)容量約1000兆瓦。在產(chǎn)業(yè)方面，各國一直通過擴(kuò)大規(guī)模、提高自動(dòng)化程度，改進(jìn)技術(shù)水平、開拓市場等措施降低成本，并取得了巨大進(jìn)展。商品化電池效率從10-l3%提高到l3-l5%。生產(chǎn)規(guī)模從1-5兆峰瓦／年發(fā)展到5-25兆峰瓦／年，并正在向50兆峰瓦甚至l00兆峰瓦擴(kuò)大；光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元／峰瓦以下。發(fā)展中國家印度處于領(lǐng)先地位，目前有50多家公司從事與光伏發(fā)電技術(shù)有關(guān)的制造業(yè)，其中有6個(gè)太陽電池制造廠和l2個(gè)組件生產(chǎn)廠，年生產(chǎn)組件11兆峰瓦。累計(jì)裝機(jī)容量約40兆峰瓦。在研究開發(fā)方面，單晶硅電池效率已達(dá)24.7%。多晶硅電池效率突破19.8%。非晶硅薄膜電池通過雙結(jié)、三結(jié)迭層和Ge-Si合金層技術(shù)，在克服光衰減和提高效率上不斷有新的突破，實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定效率已經(jīng)突破l5%。碲化鎘電池效率達(dá)到l5.8%，銅銦硒電池效率l8.8%。晶硅薄膜電池的研究工作自1987年以來發(fā)展迅速，成為世界關(guān)注的新熱點(diǎn)。2l世紀(jì)世界光伏發(fā)電的發(fā)展將具有以下特點(diǎn)：1)產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)以高增長速率發(fā)展。多年來光伏產(chǎn)業(yè)一直是世界增長速度最高和最穩(wěn)定的領(lǐng)域之一。預(yù)測今后10年光伏組件的生產(chǎn)將以20-30%甚至更高的遞增速度發(fā)展。光伏發(fā)電的未來前景已經(jīng)被愈來愈多的國家政府和金融界(如世界銀行)所認(rèn)識。許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛制定光伏發(fā)展規(guī)劃，如到2010年，美國計(jì)劃累計(jì)安裝4.6GW(含百萬屋頂計(jì)劃)；歐盟計(jì)劃安裝3.7GW(可再生能源白皮書)；日本計(jì)劃累計(jì)安裝5Gw(NEDO日本新陽光計(jì)劃)，預(yù)計(jì)其他發(fā)展中國家l.5GW(估計(jì)約10%)，預(yù)計(jì)世界總累計(jì)安裝14-15GW。到下世紀(jì)中葉，光伏發(fā)電成為人類的基礎(chǔ)能源之一。2)太陽電池組件成本將大幅度降低。光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝成本每年以9%速率降低。1996年平均安裝成本約7美元／峰瓦，預(yù)計(jì)2005年可降到3美元／峰瓦，相當(dāng)于光伏發(fā)電成本0.11美元／千瓦時(shí)，2010年發(fā)電成本將降到6美分／千瓦時(shí)。降低成本可通過擴(kuò)大規(guī)模、提高自動(dòng)化程度和技術(shù)水平、提高電池效率等技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)?？紤]到下世紀(jì)薄膜電池技術(shù)會(huì)有重大突破，其降低成本的潛力更大。因此下世紀(jì)太陽電池組件成本大幅度降低是必然的趨勢。3)光伏產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級規(guī)模和更高技術(shù)水平發(fā)展。目前光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模在5-20兆瓦／年。殼牌公司在德國建立的年產(chǎn)25兆瓦多晶硅組件生產(chǎn)廠于今年4月份開工。許多公司在計(jì)劃擴(kuò)建和新建年產(chǎn)50-l00兆瓦級光伏組件生產(chǎn)廠。同時(shí)自動(dòng)化程度、技術(shù)水平也將大大提高、電池效率將由現(xiàn)在的水平(單晶硅l3%-15%，多晶硅11%-l3%)向更高水平(單晶硅l8%-20%，多晶硅16%-l8%)發(fā)展。4)薄膜電池技術(shù)將獲得突破。薄膜電池具有大幅度降低成本的潛力，世界許多國家都在大力研究開發(fā)薄膜電池。下世紀(jì)薄膜電池技術(shù)將獲得重大突破，規(guī)模會(huì)向百兆瓦級以上發(fā)展，成本會(huì)大幅度降低，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電與常規(guī)發(fā)電相競爭的目標(biāo)，從而成為可替代能源。5)太陽能光伏建筑集成及并網(wǎng)發(fā)電的快速發(fā)展。建筑光伏集成具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征，建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要占用昂貴的土地，省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)；光伏陣列可以代替常規(guī)建筑材料，從而節(jié)省安裝和材料費(fèi)用，例如常規(guī)外墻包覆裝修成本與光伏組件成本相當(dāng)；光伏系統(tǒng)的安裝可集成到建筑施工過程，降低施工成本；在用電地點(diǎn)發(fā)電，避免傳輸和配電損失(5-10%)，降低了電力傳輸和配電的投資和維修成本；集成設(shè)計(jì)使建筑更加潔凈、完美，更使人賞心悅目，更容易被專業(yè)建筑師、用戶和公眾接受。太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結(jié)合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國際社會(huì)十分重視，許多國家相繼制定了本國的屋頂計(jì)劃。2、太陽能熱利用1)太陽能熱水器。熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高、應(yīng)用最普遍的技術(shù)。1998年世界太陽能熱水器的總保有量約5400萬平米。2l世紀(jì)熱水器將仍然是太陽能熱利用的最主要市場之一。2)太陽能建筑。80年代國際能源組織(1EA)組織15個(gè)國家的專家對太陽能建筑技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，歐美發(fā)達(dá)國家紛紛建造綜合利用太陽能示范建筑。試驗(yàn)表明、太陽能建筑節(jié)能率大約75%左右，已成為最有發(fā)展前景的領(lǐng)域之一。3)太陽能熱發(fā)電。目前熱發(fā)電系統(tǒng)主要有三種類型：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。槽式系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式系統(tǒng)是利用獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，以產(chǎn)生很高的溫度。碟式系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。四、我國太陽能利用的概況和21世紀(jì)發(fā)展思考l、光伏發(fā)電我國太陽電池的研究始于1958年，1959年研制成功第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽電池。l971年3月首次成功地應(yīng)用于我國第二顆衛(wèi)星上，1973年太陽電池開始在地面應(yīng)用。1979年開始生產(chǎn)單晶硅太陽電池。80年代中后期，引進(jìn)國外太陽電池生產(chǎn)線和關(guān)鍵設(shè)備，初步形成生產(chǎn)能力達(dá)到4.5兆瓦的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。其中單晶硅電池2.5兆峰瓦，非晶硅電池2兆峰瓦。工業(yè)組件的轉(zhuǎn)換效率單晶硅電池為11-l3%，非晶硅電池為5-6%。我國光伏組件生產(chǎn)逐年增加(圖3)，成本不斷降低，市場不斷擴(kuò)大，裝機(jī)容量逐年增加，1999年底累計(jì)約15兆峰瓦(圖4)。應(yīng)用領(lǐng)域包括農(nóng)村電氣化、交通、通訊、石油、氣象、國防等。特別是光伏電源系統(tǒng)解決了許多農(nóng)村學(xué)校、醫(yī)療所、家庭照明、電視等用電，對發(fā)展邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)揮了十分重要的作用。西藏有7個(gè)無水能資源無電縣采用光伏電站供電，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。在研究開發(fā)方面開展了單晶硅、多晶硅電池研究以及非晶硅、碲化鎘、硒銦銅等薄膜電池研究，同時(shí)還開展了澆筑多晶硅、銀／鋁漿、EVA等材料研究，并取得可喜的成果，其中刻槽埋柵電池效率達(dá)到國際水平。20年來我國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了較好的基礎(chǔ)，但在總體水平上我國同國外相比還有很大差距，表現(xiàn)為：①生產(chǎn)規(guī)模小。我國太陽電池制造廠的生產(chǎn)能力約為0.5-1MWp／年，比國外生產(chǎn)規(guī)模低一個(gè)多數(shù)量級；②技術(shù)水平較低。電池效率、封裝水平與國外存在一定差距；③專用原材料國產(chǎn)化經(jīng)過"八五"攻關(guān)取得一定成果，但性能有待進(jìn)一步改進(jìn)，部分材料仍然采用進(jìn)口品；④成本高。目前我國電池組件成本30元／Wp，平均售價(jià)42元／Wp，成本和售價(jià)都高于國外產(chǎn)品。⑤市場培育和發(fā)展遲緩，缺乏市場培育和開拓的支持政策、法規(guī)、措施。2l世紀(jì)我國光伏發(fā)電的發(fā)展可考慮兩種模式，即年增長率約15%的常規(guī)模式和在政策法規(guī)驅(qū)動(dòng)下年增長率約25%的快速模式。根據(jù)光伏工業(yè)自身的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)量和規(guī)模每增加一倍，成本下降約20%，而價(jià)格通常比成本高30%；發(fā)電成本考慮了總系統(tǒng)價(jià)格、經(jīng)濟(jì)壽命(折舊期)、利率、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用、保險(xiǎn)費(fèi)用等因素。按照這種估算，2010年我國光伏組件年生產(chǎn)量將分別達(dá)到11兆瓦和27兆瓦，發(fā)電成本分別為1.14和0.96元，裝機(jī)容量分別達(dá)到80和140兆瓦。2030年光伏組件年生產(chǎn)量分別達(dá)到l75和2320兆瓦，發(fā)電成本分別為0.57和0.28元，總裝機(jī)容量分別達(dá)到l700和11，700兆瓦。光伏技術(shù)的發(fā)電成本在2020年估計(jì)在每千瓦時(shí)0.5-1.0元，在相當(dāng)大的市場上開始具有競爭力，在2030年左右，則在幾乎整個(gè)電力市場上都具有競爭力。聯(lián)合國專家組針對世界光伏技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作了更詳細(xì)的分析和預(yù)測，結(jié)果更為樂觀：2005-2015年發(fā)電成本在0.045-0.09l美元／千瓦時(shí)，在相當(dāng)大的市場上開始具有競爭力，在20l5年以后，發(fā)電成本低于0.045美元／千瓦時(shí)，則在幾乎整個(gè)電力市場上都具有競爭力。2、太陽能熱利用技術(shù)1)熱水器太陽能熱水器是我國太陽能利用中應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最迅速的領(lǐng)域，1979-1998年間平均年增長率35%。1987年通過引進(jìn)銅鋁復(fù)合吸熱板技術(shù)并與我國自行研制成功的鋁陽極化選擇性吸收涂層技術(shù)相結(jié)合，使我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代化生產(chǎn)階段。80年代后期，我國先后研制成功全玻璃和熱管式真空管集熱器并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。1998年全國熱水器產(chǎn)量約400萬平米，總安裝量約1400萬平米，占世界第一位。亞太銀行專家對我國太陽能熱水器的利用給出估計(jì)：10%的住宅安裝太陽能熱水器(2平米／每戶)，熱水負(fù)荷的75%由太陽能供給，每年可節(jié)約3l0億度電(相當(dāng)于l050萬噸標(biāo)煤)，相當(dāng)于減排3850萬噸CO2。說明太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益非常好。2)太陽能建筑我國70年代開始被動(dòng)太陽能采暖建筑的研究開發(fā)和示范，至今已推廣約1000萬平米。目前被動(dòng)太陽房開始由群體建筑向住宅小區(qū)發(fā)展，如甘肅省臨夏市建成占地9.8公頃、建筑面積9.2萬平米的太陽能小區(qū)；蘭州"陽光計(jì)劃"投資4.28億在郊區(qū)興建73.3萬平米太陽能住宅小區(qū)等。我國被動(dòng)太陽房采暖節(jié)能60-70%，平均每平米建筑面積每年可節(jié)約20-40公斤標(biāo)煤，發(fā)揮著良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，但在技術(shù)水平上同國外還有相當(dāng)大的差距。21世紀(jì)，應(yīng)該組織建筑師和太陽能專家聯(lián)合攻關(guān)，解決太陽能技術(shù)與建筑的集成技術(shù)，使太陽能采暖和熱水器真正納入建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，參照以色列作法，通過強(qiáng)制性政策法規(guī)，逐步實(shí)現(xiàn)民用建筑必須有太陽能設(shè)計(jì)才可批準(zhǔn)施工。爭取在2010年和2030年分別實(shí)現(xiàn)民用建筑太陽房達(dá)到10%和30%。其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益將十分可觀。3)太陽能熱發(fā)電我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作開始于70年代末，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本解決，加上經(jīng)費(fèi)不足，熱發(fā)電項(xiàng)目先后停止；國家"八五"計(jì)劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項(xiàng)目，帶有技術(shù)儲(chǔ)備性質(zhì)，目前還沒有試驗(yàn)樣機(jī)，與國外差距很大。我國熱發(fā)電與國外差距很大?？紤]到國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀作粗略預(yù)測，在2000-20l0期間進(jìn)行兆瓦級樣機(jī)研制及示范，20l0-2030期間進(jìn)行10-100兆瓦級商業(yè)性示范，2030-2050期間進(jìn)行l(wèi)000兆瓦級商業(yè)化推廣應(yīng)用。五、政策措施建議l、結(jié)合我國實(shí)際情況制定鼓勵(lì)可再生能源利用的政策法規(guī)。2、鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極開拓市場。為使太陽能在2l世紀(jì)中葉成為后續(xù)能源之一，必須從現(xiàn)在起，加大投入。通過產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)、消化吸收等措施，使我國光伏制造產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平、市場規(guī)模、自動(dòng)化程度、原材料國產(chǎn)化程度方面趕上國際先進(jìn)水平；通過激勵(lì)政策，積極鼓勵(lì)大型企業(yè)與太陽能光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)活動(dòng)；通過市場競爭促進(jìn)消費(fèi)，開發(fā)邊遠(yuǎn)地區(qū)光伏市場。3、結(jié)合"西部大開發(fā)戰(zhàn)略"，把太陽能列入重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。作好西部地區(qū)全面利用太陽能的規(guī)劃及實(shí)施措施，將太陽能作為這些地區(qū)的后續(xù)替代能源。4、加大基礎(chǔ)性應(yīng)用研究投入，如新型薄膜太陽電池，太陽能基礎(chǔ)材料，光譜選擇性吸收薄膜和其他光譜反射、透過功能薄膜等，為未來大幅度降低太陽能利用成本打下基礎(chǔ)。六、結(jié)束語太陽能利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)由技術(shù)開拓期步入蓬勃發(fā)展時(shí)代。到下世紀(jì)的一、二十年代，太陽能發(fā)電成本有可能降低到與常規(guī)電價(jià)相競爭的水平，一個(gè)廣泛的大規(guī)模的利用太陽能和可再生能源的新時(shí)代一一太陽能時(shí)代正在來臨。參考文獻(xiàn)（1）UNDP，UNDESA，WEC，WorldEnergyAssessment，Chapter5，P48，June，1999（2）王炳忠，"太陽能輻射資源"，太陽能應(yīng)用，P27，人民教育出版社，1995，12（3）PVInside，sReport，1997，1998。（4）J.Zhao，A.Wang，andM.A.Green，"24.7%EfficiencyPERTSiiconSolarCells"23-A-2-3，11thInternationalPVScienceandEnginee