当前我国太阳能光伏发电的应用现状与趋势分析

2014-04-17薛军凯

科技视界 2014年25期

薛军凯

（国电电力宁夏新能源开发有限公司，宁夏银川750001）

0 引言

太阳能作为一种巨量可再生能源，每天到达地球表面的辐射能大约等于2.5亿桶石油。近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。目前，对这一洁净能源的利用正在进入商业化成长期，国际上称之为“阳光产业”。

1 我国发展光伏发电的资源优势

我国太阳能资源十分丰富，据统计理论储量达每年17000亿吨标准煤。我国大多数地区平均日辐射量达每平方米4千瓦时以上，西藏辐射量每平方米高达7千瓦时以上。通过利用太阳能发电我国已为内蒙古、甘肃、新疆、西藏、青海和四川等地共 14万无电用户解决了用电问题。

2 太阳能光伏产业发展现状

2.1 发展势头迅猛

在各国政府对再生资源的重视和大力支持下，太阳能光伏产业得到了快速的发展。有数据显示，2013年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2013年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。

2.2 有晶体硅依然为电池材料主体

太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%-24%，是目前普遍使用的光伏发电材料。但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术也成熟，但光电转换效率相对较低，多晶硅光电池的转换效率最高才达18.6%，与单晶硅相比多晶硅的转换效率少多了；而薄膜电池是一种可粘接的薄膜，有以下优势：（1）生产成本低，所以可以大批量生产；（2）发光效率更好地利用太阳能，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。

随着技术的进步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场，但现在只占市场的9.3%，随着薄膜光伏电池技术不断进步，薄膜光伏电池的市场份额将快速增长相对而言有更大的发展空间，未来薄膜电池会有更好的发展前景。

3 太阳能光伏发展的趋势

3.1 提高光电转换效率，降低电池材料成本

3.1.1 提高光电转换效率的材料

在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池，从理论研究看，在阳光集中辐照时，利用希泽光电效应可能达到的光电转换效率的极限值为63.2%，但只有使用理想的材料才能达到。若使晶体结构中形成的缺陷能准确无误地出现在所需要的地方，实际上也很难做到。

德国科学家正在进行这方面的实验，他们在单晶硅中掺入稀土金属元素铒（Er）来制造太阳电池，以测试它对转换效率可能产生的影响，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一个13nm厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23.3%。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19.44%。

3.1.2 降低目前主流光伏电池材料的成本

降低硅材料用量是降低价格的主要途径。目前，太阳电池材料主要以硅材料为主，但是硅材料还面临着许多问题，多晶硅产业上游环节技术壁垒高、投入大、量产时间长、市场风险高，因此不仅要寻找更为方便易行的硅材料提纯技术以扩大生产，而且要采用新技术，在获得同样电能的基础上减少硅材料用量。而与晶体硅电池相比，薄膜电池在效率与成本方面改善的空间更大，多晶硅价格的上涨会增加薄膜电池的成本优势。

3.2 提高光伏发电的面积

3.2.1 提高建筑光伏发电面积

大量的建筑屋顶都是没有充分的利用，应建立建筑相结合的并网光伏系统，主要形式是城市并网发电的屋顶并网光伏系统。在我国东部沿海经济发达地区，用电量大，对光伏发电能力需求强；同时目前我国光伏产业主要集中在东部省份，光伏产业对当地经济的发展起着重要作用，在城市建设屋顶并网发电系统（BAPV）及光伏建筑一体化集成光伏系统（BIPV），对于城市的供电与节能起到很好的作用。《可再生能源中长期发展规划》提出，到2020年安装建筑光伏2万套，累计安装100万千瓦。

3.2.2 提高地面光伏发电

在世界各地的沙漠、戈壁、荒漠都可以大面积的利用，比如在我国有约264万平方公里的荒漠资源，其中干旱区荒漠化土地面积为250多万平方公里；主要分布在光照资源丰富的西北地区，其年总辐射在1600-2300千瓦时/平方米。在内蒙古的鄂尔多斯、甘肃的河西走廊绿洲边缘、新疆的塔克拉玛干沙漠边缘、晋西北及陕北等靠近电力线路和负荷中心，还有很好的旅游资源，可以作为大型并网光伏项目的起步区域。随着电力输送技术和储能技术的发展，大规模沙漠、戈壁、荒漠光伏电站将必然成为未来的电力基地。

3.2.3 光热发电

太阳能光热发电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。采用太阳能光热发电技术，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。光热发电产业布局应当注重资源优势、优势的合理利用，有条件的可综合利用多种可再生能源，互补发电，甚至也可考虑与热电站联合运行。

4 我国光伏发电发展中需要解决的突出问题

4.1 经济性问题

目前，太阳能电池的成本为整个系统成本的主要部分。降低硅材料的生产费用，是降低太阳电池成本的关键。多晶硅电池的材料成本比单晶硅电池的材料成本低，应作为研究的重点。主要研发的问题有：多晶硅材料制备的新技术、快速掺杂表面处理技术、提高硅片质量的新技术新工艺等。最大功率点跟踪控制技术的日益完善，也会为光伏发电提供更强的竞争实力。