中国太阳能光伏发电的发展现状及前景

胡云岩，张瑞英，王 军

(河北科技大学材料科学与工程学院，河北石家庄 050018)

中国太阳能光伏发电的发展现状及前景

胡云岩，张瑞英，王 军

(河北科技大学材料科学与工程学院，河北石家庄 050018)

太阳能是一种取之不尽、用之不竭、洁净安全的可再生资源，是5种新能源中发展潜力最大，被认为是21世纪化石能源的最佳替代者之一。介绍了太阳能光伏发电的原理、特性及发展现状，认为世界潮流的推动、国家政策的支持和行业自身的改进升级必将使太阳能光伏发电获得长足的发展。

太阳能；光伏发电；能源；应用

进入21世纪以来，人类社会正面临着一系列的严峻挑战，能源危机就是当今世界各国最关心的焦点之一[1-2]。从200多年前的工业革命开始，人类工业化所需的能量就是由煤、石油等传统化石能源提供的，但是这不仅是一种有限的资源，而且产生CO2，NOx、烟尘等严重破坏了人们的生态环境。能源的短缺、环境的恶化促使人类开发新的能源，在水能、风能、海洋能、地热能、太阳能这5种新能源中，太阳能是最具发展潜力的，它是一种取之不尽、用之不竭的洁净安全可再生能源[3-5]。通过对太阳能多年的开发，太阳能发电得到了长足的发展，根据所利用资源的不同，分为太阳能热发电和太阳能光发电，后者就是人们常说的太阳能光伏发电。

1 太阳能光伏发电的原理及特性

1.1太阳能光伏发电的原理

太阳能光伏发电利用了太阳能电池的光生伏打效应，是一种直接将太阳辐射(直接辐射、散射辐射、反射辐射等)能转化成为电能的发电形式。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN节时，就会在PN节的两边出现电压,叫做光生电压，这种现象就是著名的光生伏打效应。

太阳能光伏系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、监测仪表、蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备组成[6]。根据其应用场合的不同，太阳能光伏发电系统可以分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合系统3类。离网光伏发电系统广泛建立于距离电网较远的偏远山区、无电区、海岛、荒漠地带等，向独立的区域用户供电。并网光伏发电系统是将用户光伏系统和电网相连的光伏发电系统，这种方式具有对电网调峰、减少建设投入、灵活性强等优点，逐渐成为太阳能光伏发电技术发展的主流趋势，但是存在“孤岛效应”，并网系统的逆变器必须对电网进行监控， 一旦发生停电， 能迅速停止向电网供电[7]。混合系统具有很强的适应性，可以综合利用各种发电方式的优点，避免各自的缺点，达到对太阳能的充分利用，有较高的系统实用性，但也有其自身的缺点，如控制比较复杂、比独立系统需要更多的维护等。

1.2太阳能光伏发电的特性

太阳能光伏发电具有许多独有的优点：1)太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，而且太阳能光伏发电是安全可靠的，不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响；2)太阳光普照大地，太阳能是随处可得的，太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用，而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失；3)太阳能的产生不需要燃料，使得运行成本大大降低；4)除了跟踪式外，太阳能光伏发电没有运动部件，因此不易损毁，安装相对容易，维护简单；5)太阳能光伏发电不会产生任何废弃物，并且不会产生噪音、温室及有毒气体，是很理想的洁净能源。安装1 kW光伏发电系统，每年可少排放CO2600～2 300 kg，NOx16 kg，SOx9 kg及其他微粒0.6 kg[1]；6)可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁，不需要占用大量土地，而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能，进而降低墙壁和屋顶的温度，减少室内空调的负荷；7)太阳能光伏发电系统的建设周期短，而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活，发电系统的能量回收周期短。

任何事物都有其两面性，太阳能光伏发电虽然具有上述的诸多优点，但是也有其缺点：首先，地理分布、季节变化、昼夜交替会严重影响其发电量，当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小，这就会影响用电设备的正常使用；其次，能量的密度低，当大规模使用的时候，占用的面积会比较大，而且会受到太阳辐射强度的影响；再次，建立太阳光伏发电系统的成本比较高，使得初始投资高，严重制约了其广泛应用。

2 太阳能光伏发电的发展现状

1954 年美国贝尔研究所的PEARSON等3位科学家在美国首次研制成功了实用的单晶硅太阳能电池，从此诞生了将太阳能转换为电能的实用光伏发电技术。20 世纪 70年代，发达国家以国家级计划积极研究开发太阳能发电，其中日本于 1974 年开始的国家“Sunshine 计划”尤为突出[8]。20世纪80年代后期，太阳能电池的种类不断增多，应用范围不断扩大，20世纪90年代光伏发电迅速发展。1990年德国率先提出并实施“一千屋顶计划”，1997年美国宣布实施“百万太阳能屋顶计划”, 1999年1月德国又开始实施“十万屋顶计划”，2000年安装光伏容量超过40 MW[9]。

中国对太阳能光伏发电的研究和开发起步较晚，1980年以后，政府才对其加大支持力度，2002年政府启动了“光明工程”，重点发展太阳能光伏发电。2009 年开始，又推出太阳能光电建筑应用示范项目和金太阳示范工程。根据中国有色金属工业协会硅业分会的统计，从2002年至2010年，中国光伏装机容量从20.3 MW增加到500 MW，增长了23.6 倍，年均增长49.3%；光伏发电累计容量从45 MW增加到797.5 MW，增加了16.7倍。根据半导体设备暨材料协会(SEMI)的统计，2011年中国国内新增光伏装机容量2.7 GW，占到 2011年全球新增光伏装机容量的10% 左右[10]。水利水电规划总院的数据显示，截至到2012年底，中国光伏发电容量已经达到了7 982.68 MW，超越美国占据第三，但是最重要的还是集中在西部地区。中国19个省(区)共核准了484个大型并网光伏发电项目，核准容量是11 543.9 MW；中国15个主要省(区)已累计建成233个大型并网光伏发电项目，总的建设容量为4 193.6 MW，2012年兴建98个。其中青海、宁夏、甘肃3省(区)的建设容量和市场份额都占据了半壁江山。为了解决这种光伏发电集中的情况，从2012年12月开始了分布式光伏发电示范项目的一个技术评审，到2013年5月，中国26个省(区)市共上报了140个示范区，每一个示范区项目不是一个独立项目，可能涵盖了若干个市、县或者是镇，它的总容量是16 529.6 MW。根据OFweek行业研究中心的最新数据显示，2013年上半年中国新增光伏装机2.8 GW，其中1.3 GW为大型光伏电站。截至2013年上半年，中国光伏发电累计建设容量已经达到10.77 GW，其中大型光伏电站5.49 GW，分布式光伏发电系统5.28 GW。

进入21世纪的今天，太阳能光伏发电这种新兴的产业开始向民用领域渗透，最明显的是在民用建筑设计、施工中的应用，在船舶、交通枢纽等运输业中也有应用。2008年的国家鸟巢体育馆拥有100 kWp并网光伏电站；深圳国际园林花卉博览园拥有1 MWp的并网光伏电站；上海世博园区中国馆和主题馆拥有的3 MWp的并网光伏电站；2009世运会主场馆在看台的屋顶上安装了太阳能光伏发电系统，装机容量为1 027 kW；呼和浩特东站的站房安装的太阳能光伏发电系统的直流峰值总功率为132.48 kW；山西省肿瘤医院2011年建设实施的装机容量2.07 MW级屋顶光伏并网系统；广东省立中山图书馆拥有181 kWp的太阳能光伏发电系统[11-12]。使用太阳能光伏产生的电能作为船舶的推动力，2007年中国沈阳泰克太阳能应用有限公司研制成功了“00l 号”太阳能旅游船；2010 年首艘由中国国内集成商自主集成的太阳能混合动力电力推进系统船舶——“尚德国盛号”太阳能混合动力游船问世[13]。太阳能光伏发电在中国国内大型交通枢纽中应用较多，如上海虹桥枢纽光伏发电装机容量达 6.57 MW、杭州东站枢纽光伏发电装机容量达10 MW、南京南站枢纽光伏发电装机容量达10.67 MW 等[14]。

3 太阳能光伏发电的发展前景

德国全球变化咨询委员会的研究表明，要实现全球能源的可持续发展，则要求可再生能源替代比例将要从2020年的20%升高到2050年的50%[15]。日本太阳光发电协会的资料显示，到达地球的太阳光能大约是1 kW/m2，如果100%转化成为可以消费的能源，1 h的太阳光能就可以满足世界1年的能源需求。中国幅员辽阔，大部分地区太阳光资源丰富，储量巨大，理论上中国陆地上每年接受的太阳光能折合成标准煤的话，相当于1.7×104亿t，中国1/4的土地属于沙漠、沙漠化及潜在的沙漠化土地，如果利用其中的1%安装太阳能光伏发电装置，发电量就会满足全国的用电需求。在化石燃料日趋紧张的今天，太阳能资源开发利用的潜力还是非常大的。根据欧洲JRC的预测，到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80%以上，太阳能发电占到60%以上。

2011年以来，受国际金融危机和贸易保护主义影响，中国太阳能光伏发电产业处在严重低迷期，但从各国的节能减排目标和联合国的《可再生能源特别报告》中看出，到2050年实现高比例的可再生能源替代是一个世界性的趋势，这将会促进中国太阳能光伏发电产业的发展。2012-09-12日国务院发布了《太阳能发电发展“十二五”规划》，提出到2015年中国太阳能发电装机容量达到21 GW以上；2012-10-26日，国家电网公司发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，大幅度降低光伏发电入网门槛； 2013年国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》， 提出2013年至2015 年，年均新增光伏发电装机容量1 000 万kW左右，到2015年总装机容量达到3 500 万kW以上，并且要着力推进产业结构调整和技术进步。国家能源局明确指出，到2020 年装机目标是1 亿kW，今后几年都是超过10 个GW 的国内装机容量。到2030 年整个能源需求达到50 亿t标准煤，2050 年达到52 亿t，可再生能源在2050 年的整个能源需求里占到40%，在电力需求里可再生能源达到60% 的比例，光伏发电可能装机要达到10 亿kW。国家政策的大力支持，将会推动中国太阳能光伏发电产业的快速健康发展。

由于中国生产的99%的光伏产品用来出口，而且不掌握核心技术，使产品成本较高，一旦发达国家采取“双反”政策，中国的光伏产业就会受到冲击，这就促使人们在技术创新、设备升级、提高转化效率的基础上，扩大中国的消费市场，例如扩大光伏发电在城市轨道交通、农业、并网发电领域的应用，都将具有广阔的前景。

4 结 语

在生态环境日趋恶化、化石燃料日趋紧张的今天，太阳能作为清洁安全的可再生资源必将成为化石燃料理想的替代品。随着光伏发电技术的不断成熟、光伏组件成本的不断降低、国家政策的大力扶持，中国的太阳光伏发电将会得到快速发展。正如胡锦涛总书记在第二届国际可再生能源大会上所说的“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路”。随着光伏发电在各领域的普遍应用，其将会在中国的能源消费结构中占据越来越多的份额，对于缓解中国能源紧张、改善生态环境具有特殊意义。

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Development status and prospect of solar photovoltaic power generation in China

HU Yunyan， ZHANG Ruiying， WANG Jun

(School of Material Science and Engineer，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China)

The solar energy is an inexhaustible, clean, safe and renewable resource. With the greatest development potential among the five kinds of new energy sources, it is considered to be one of the best alternatives to replace fossil energy in the 21st century. The paper introduces the principle, characteristics and development status of solar photovoltaic power generation. Being promoted by the world trend, supported by national policy, and upgraded by the industry itself, the solar photovoltaic power generation will must develop rapidly.

solar energy；photovoltaic power generation；energy；application

1008-1542(2014)01-0069-04

10.7535/hbkd.2014yx01013

2013-09-16；

2013-11-05；责任编辑：陈书欣

胡云岩(1957-)，男，河北河间人，副教授，主要从事焊接自动化方面的研究。

张瑞英。E-mail:happyzhangruiying@163.com

TK519

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胡云岩，张瑞英，王 军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014，35(1)：69-72.

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