太阳能光伏产业的发展及应用

2022-04-29韩加

国际商业技术 2022年5期

摘要：我国的光伏产业近几年有了很大的提高，各种类型的太阳能电池层出不穷。光伏发电的技术也在日益更新，发展情况良好，前景广阔，太阳能电池的工作原理原理基本相似，在各行业的应用也越来越广泛。

关键词：太阳能电池;光伏发电;发展;应用

近年来随着我国经济的快速发展，我国对能源的需求量也越来越多。但传统能源如煤炭，石油等不可再生资源储量有限，能源问题已成为制约国际社会经济发展的瓶颈。越来越多的国家开发太阳能资源，发展太阳能光伏产业，寻找求经济发展的新动力。太阳能是一种十分清洁的能源，在开发和利用过程中不会产生较大污染，也不会影响生态平衡。因此，太阳能是一种十分合适的新能源，开发和利用太阳能对人类发展有十分重要的意义。现阶段，太阳能发电主要有光热（光能先转换为热能，热能再转换为电能）和光电（太阳能直接转化为电能）两种方式。目前，光伏发电作为一种该新兴能源发展前景良好，国家也大力提倡。

一、中国光伏产业发展情况

1.中国光伏产业过去的的发展历程

从中国对太阳能光伏产产业的发展历程来看，可以分为四个重要的阶段。

1.1初始阶段（1984年-2000年）

初始阶段是中国太阳能光伏产业发展的雏形阶段。在“六五”与“七五”规划期间，基于光伏产业的优越性，国家开始对光伏产业以及市场给予强力的支持，各级政府均在光伏产业领域投资。在此期间，中国的一些太阳能电池厂开始从国外引进技术先进的生产设备。这个阶段是中国光伏产业发展萌芽期，总体来说发展缓慢。

1.2起步阶段（2001年-2008年）

在这个阶段中国光伏产业有了平稳的发展。各太阳能公司陆续建成了数个生产线。在这期间，光伏产业的发展成本逐渐下降，使得太阳能光伏产品逐渐向工业领域与民用领域发展，并且得到了政府的进一步支持。国家开始了一系列扶持项目，并且在科技的推动下，光伏发电技术进一步成熟，集中式光伏发电开始迅速发展。

1.3金太阳阶段（2009年-2012年）

从2009年开始，中国启动了“金太阳工程项目”，此阶段的光伏发展发展以大型光伏电站为主，分布式只是初步发展。国家的财政补贴力度增大，同时促进了大型光伏电站和分布式光伏的迅速发展。2011年新增分布式装机同比增长高达245.8%，2012年同比增长率达到了79.7%。

（4）快速发展阶段（2013年-至今）

“十二五”期间中国光伏发电行业取得突破性进展，2013年中国太阳能电池产量达到了40GW。2016年11月，国家能源局推出《太阳能发电发展“十三五”规划》，在规划中提到了未来五年太阳能产业发展目标，即装机量要达到101亿千瓦以上[1]。

2.中国光伏发电的发展现状

我国是一个幅员辽阔的大国，拥有丰富的太阳能资源，全国各地每年受到的太阳辐射量也不同，以西北地区和青藏高原最为丰富，有着良好的发电自然条件。

光伏发电的发展较其他绿色能源起步都晚，但发展速度可观。据中电联数据，2014-2021年期间我国太阳能发电量总体呈逐年增长态势，2021我国太阳能发电量为3270亿千瓦时，相比2020年增长25%。

国家能源局数据显示，2021年我国新增光伏并网装机容量为5488万千瓦，达到历史新高。从新增装机布局看，装机占比较高的区域为华北、华东和华中地区，分别占全国新增装机的39%、19%和15%。

总体来看，截至2021年，我国光伏累计装机容量达3.06亿千瓦，而这一数据在2013年仅为0.19亿千瓦，2013-2021年年均复合增速达41%。

二、太阳能光伏发电

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术[2]。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件，由于他们利用各种势垒的光生伏特效应，所以也称为光伏电池，其核心是可释放电子的半导体[3]。

1.太阳能电池的类别

太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定的光强，瞬间就可输出电压和在回路的情况下产生电流。太阳能电池通过以光化學或光电效应把太阳能直接转化为电能的一种装置，目前，其发展主要趋势是以光电效应为原理，而以光化学效应为原理的仍在研发时期。

1.1光电太阳能电池

包括单晶硅、多晶硅太阳能电池;硅基、铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）薄膜太阳能电池等。

1.2光电化学太阳能电池

包括染钙钛矿结构太阳能电池、料敏化太阳能电池（DSSC）等[4]。

太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池是发展最成熟的，在应用中居主导地位。

2.光伏发电工作原理

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅和非晶硅电池等。单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。

2.1光电效应太阳能电池的工作原理

太阳光照射在半导体P-N结上，形成新的电子-空穴对，在电场的作用下，空穴由 N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。

2.2太阳能发电原理

太阳能发电有两种方式，一种是光-热-功转换方式，另一种是光-电转换方式[5]。

光-热-功转换方式是通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热系统将所吸收的热能转化为蒸汽，这是个光-热转换过程;蒸汽再驱动发电机发电，这个过程是个热—功转换过程。

光—电直接转换方式。该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。

三、太阳能光伏电池的应用及趋势

太阳能电池在很多领域有广泛应用：

1.电源

小型电源：用于边远无电地区生活用电;光伏水泵：解决无电地区的水饮用、灌溉;太阳能净水器：解决无电地区的饮水、水质净化问题。

2.交通

航标灯、交通信号灯、交通警示灯等。