浅谈太阳能发电及利用

浅谈太阳能发电及利用

尉滢

大唐新能源朔州风力发电有限公司山西太原030006

摘要：太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。

一、太阳能发电背景

太阳能作为一种高效、无污染的可再生资源，目前已逐渐被各行各业所利用。这对缓解我国能源紧张状况，减少环境污染，同时提高人们的生活水平，具有非常重要的意义。地球以173×105瓦的功率接收来自太阳的辐射能，全球每年得到的太阳能相当于68万亿吨石油，其开发和利用有着极大的潜力。在人类总耗能中，建筑耗能占30％以上，在建筑用能中，空调、供暖与家用热水所消耗的能量约占家庭全部耗能量的25％一35％。基于这种情况，利用太阳能供暖和热水将是必然的趋势。

二、太阳能发电技术简介

太阳能一般是指太阳能的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

目前太阳能发电有两种发电方法：一种是将太阳能转化为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电；另一种是利用光电器件利用光生伏达原理将太阳能直接转化为电能，称为太阳能光伏发电。

太阳能热发电技术是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。一般来说，太阳能热发电形式有槽式，塔式，碟式三种系统。三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。

太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏达原理吧太阳能直接转化为电能的发电形式。

太阳能光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、直流-交流逆变器和交流配电设备等组成，如图1所示。太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其利用半导体的光伏效应把光能直接转化为电能，送往蓄电池中存储起来。如果太阳能发电系统与交流电网并联运行（光伏并网发电）则太阳能光伏发电系统可以省去蓄电池的部分，太阳能控制器和直流-交流逆变器合二为一，发电系统的投资最省，成本下降，同时还可以减少蓄电池对环境造成的影响。所以太阳能并网发电系统分是今后光伏发电的主要形式。

1.太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

2.太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

3.蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

4.逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能。

太阳能发电具有以下优点：1太阳能资源普遍；2太阳能及电能是清洁能源；3太阳能资源丰富。

但也存在缺点：1太阳能能流密度低；2太阳能不稳定；3太阳能发电效率低、成本高。

三、我国太阳能技术发展前景

我国蕴藏着丰富的太阳能资源，辐射总量在3千焦/（㎡·年）之间。全国2/3以上地区年日照时数大于2000小时。西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照市数均较高，书世界上太阳能资源丰富地区之一。

近年来，光伏发电和光热发电在我国已受到前所未有的重视，太阳能发电正在成为我国可再生能源利用方面的一支生力军。据专家介绍，太阳能发电包括光伏发电和光热发电两部分。“但就目前来看，我国太阳能发电产业尚在政策、技术以及市场等诸多方面存在发展的障碍。”国家能源局相关负责人表示：“破除发展的瓶颈，太阳能发电产业将获得最为光明的前景。”

我国在太阳能热发电领域取得了一系列的成果。我国的光伏电池技术是从２０世纪６０年代时发展空间用太阳能电池开始起步的．地面用太阳能电池的生产是从７０年代初期开始．主要的低成本技术及生产能力则是在８０年代中期建立起来的．９０年代以来是我国光伏发电产业快速发展的时期，光伏组件生产能力逐年增强．成本不断降低。市场不断扩大，装机容量逐年增加，２００６年累计装机容量达３５ＭＷ。约占世界份额的３％。目前，我国的太阳能产业规模已位居世界第一。是全球重要的太阳能光伏电池生产国。目前国内大型的太阳能光伏生产企业有：无锡尚德、保定英利、新奥光伏、浙江中意、上海国飞、天津京瓷等。其中，新奥光伏生产的中国首块超大型５．７ｍ２双结硅基薄膜太阳能电池板，具有生产成本低、耗能少、采光面积大、转换效率高、弱光发电好等突出特点，其中转换效率已达到８％．属国际上同类产品中的较高水平。这种产品适用于大型电站、ＢＩＰＶ、车用充电站等多个领域，尤其是在大型电站应用中．５．７ｍ２的超大尺寸可以大幅度降低电池组件的安装成本．进而降低系统发电成本。

我国光伏用电的主要形式有以下三种：

（1）户用光伏系统：户用光伏系统和独立光伏电站是解决我国边远无电地区居民和社会用电问题的重要方式。在河北保定，“中国光谷”正在蓬勃发展当中，具有代表意义的保定电谷锦江国际酒店，就是一个户用光伏系统的示范性建筑，整栋大厦被太阳能电池板所覆盖独立发电，满足大楼内生活、办公用电的需求。

（2）独立光伏电站：独立光伏电站具有质量稳定、维护方便、安全可靠等优点，适用于人口相对集中的无电县、乡、村。

（3）并网光伏发电系统：对于联网的光伏发电系统，由于在电网覆盖的地区，光电应用成本太高，目前没有竞争力。是作为光伏发电未来应用的重要领域之一，预计并网光伏发电在未来10~20年内将迅速发展起来，将超越火力发电量。

在我国，“十二五”期间，昆明将对110千伏及以下配电网进行建设及改造，总投资107.2亿元。“十二五”期间昆明市电网规划新建110千伏变电站49座，规划新建35千伏变电站27座，新建110千伏线路1173.52千米，35千伏线路1123千米。“十二五”期间，昆明市将利用太阳能资源丰富的优势，大力建设太阳能发电项目。在昆明城区规划新建3座垃圾焚烧发电厂。截至2015年昆明市电源装机规模将达到3498兆瓦。

天津市在天津西站东西站台3.6万平方米的顶棚上铺设太阳能电池板，将为西站站区及周边住户提供绿色能源。

河北省某市在“十二五”期间有望建成百兆瓦发电示范区，它是全国首批13个“太阳能光伏发电集中应用示范区”，该市在全国率先启动了在英利产业园三期和四期厂区的屋顶，安装总面积约8万平方米的10兆瓦光伏屋顶并网发电系统。据透露，即将建成的该项目，年均发电量1240万千瓦时，每年可节约标准煤4464吨，减少二氧化碳排放量11600吨。

目前，在我国可再生能源发电成本中，风电为每千瓦时0.5～0.6元、太阳能发电为1.2～1.5元、生物质发电是0.4～1.0元。由此可见，在众多新能源品种中，太阳能发电可望成为未来新能源的主导核心内容。近年来，全球太阳能发电正逐步进入规模化发展阶段。太阳能发电技术已取得很大进步，经济性显著提高，世界各国纷纷采取积极的政策措施支持太阳能发，我国正成为全球太阳能发电最具发展前景的市场。