发展太阳能光伏发电的意义及前景

西北轻工业学院学报

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发展太阳能光伏发电的意义及前景

宁铎$高继春(E

西北轻工业学院自动控制工程系E陕西咸阳B$#

山东成武县政府E山东成武F$()+$G(#

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摘

要依据国家的能源战略方针E阐述了在我国发展太阳能光伏发电技术及产业的重要

性E并对其现状及前景进行了分析I关键词再生能源G太阳能G光伏发电中图分类号$K3JA

文献标识码?L

不论是从经济M社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视E还是从为世界上(发展太阳能光伏发电均具有重)亿无电人口和一些特殊用途解决现实的能源供应出发E

大的现实意义I

$再生能源替代化石能源是社会发展的必然趋势

　目前E世界能源结构中E人类主要利用的是化石能源E其中石油M天然气M煤炭的消费构成分别为

这些能源资料仅可供全世界大约消费H$NM(DN和(FNI而根据目前所探明的储量和消费量计算E石油将在H天然气将在O煤炭也只够使用($F)年I具体来说E)年内耗尽E)年内用光E()年I我国一

次能源状况也和世界相仿E据国家$目前我国石油剩余可采储量为DKKK年政府白皮书估计E(#FDO亿吨E可供开采(天然气剩余可采储量$可供开采O煤炭剩余可采储量为)年G$F)H亿立方米E)年G可供开采不足百年I$$HA亿吨E

由此可见E在人类开发利用能源的历史长河中E以石油M天然气和煤炭等化石能源为主的时期仅是一个不太长的阶段E化石能源被新能源取代是历史的必然I因此E人类必须未雨绸缪E及早寻求替代能源I同时我们也知道E化石能源的大量开发和利用是造成人类生存环境恶化的主要原因之一E如燃烧化石能源所排放出的二氧化碳和含氧硫化物直接导致了地球温室效应和酸雨的产生I(人$世纪E类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战E在有限资源和环保要求的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题E这就要求我们所寻求的替代能源必须是可再生的清洁能源I

另外E世界上不发达国家还有(其中我国约O由于无电E这些人大)亿人口尚未用上电E)))万人I多仍然过着贫困落后M日出而作M日落而息M远离现代文明的生活I而一些特殊领域E如海上航标M高山气象站M边防哨所等在无常规电源的特殊条件下也希望有一种可再生能源为其提供电源I(太阳能是一种理想的可再生能源

据测算E$年内到达地球表面的太阳能总量是目前世界已探明储量能源的一万多倍I我国属于太阳能能源较为丰富的国家之一E全国国土面积(仅陆地PD以上的地区每年日照时数大于()))小时E

面积每年接受的太阳辐射能就约等于几万个三峡工程发电量的总和I开发利用太阳能的主要途径是

万方数据!收稿日期())(@)$@)O

作者简介宁铎B陕西礼泉人E副教授E研究方向?光电技术$KAA@CE

第$期宁铎等\"发展太阳能光伏发电的意义及前景71?

光伏发电!它具有如下优点\"无噪声!无污染!能量随处可得!不受地域限制!无需消耗燃料!可以无人值守!建设周期短!规模设计自由度大!可就地使用!容易储存!还可以方便地与建筑物相结合等!这些而且使用太阳能光伏发电可以既不为核电站可能优点都是常规发电和其它发电方式所不能比拟的!

发生的核泄露事故而烦恼!也不必为水电站的堤坝可能在战争或地震中崩溃而担忧#

目前!开发利用太阳能已成为世界上许多国家可持续发展的重要战略决策#$联合国%%&年以来!组织召开了一系列会议!讨论和制定了世界太阳能利用的战略规划’国际太阳能公约以及推行可再生能源发电的配额政策(等#百万,$%%-年美国政府颁布了新的发展目标!$%%.年美国政府宣布了/)*+屋顶光伏计划0日本是一个资源贫乏的国家!对光伏发电极为重视!自$月光#%%1年以来先后推出了/计划0环境计划0阳光计划0等!对居民住宅用屋顶光伏发电及公共设施用光伏发电采取了补助造’/’/价$213$2-的优惠政策#

我国太阳能光伏电池的年产量约为1生产能力约为6累计用量约为$同国37645!45!45!外相比有很大差距!光伏发电产业生产规模小!技术水平低!生产成本高!市场培育迟缓!其总体水平落后国外约$十五0规划提出了解决8即无电人口的$的用电问题等目标!这&年#我国/&&万人(&9,给光伏发电产业提供了前所未有的市场和发展机会#1太阳能光伏发电前景广阔

太阳能光伏发电系统的应用可分为以下-种类型\"($,独立光伏发电系统\"

这是目前我国已形成的光伏发电应用市场!且每年以-预计-&9的速度增长!&&-年装机容量将达到:主要市场为\";645　!

具体应用系统有独立光伏电站’家用电伏电源’光伏水泵等#<农村\"

具体应用系统有光缆通讯’微波通讯’卫星电视接收站’森林防火电源’边防哨所电=工业领域\"

源’公路信号电源’航标及灯塔电源等#

具体应用系统有\"太阳能庭院灯’太阳能路灯’太阳能汽车’太阳能半导体冷>民用商品及其它\"

太阳帽’太阳能充电器’太阳能计算器等#藏箱’

(-,联网光伏发电系统\"

该系统在国外已步入大规模发电阶段!是当今国际上光伏发电的发展潮流!但在我国目前仍处于酝酿试验阶段#依其特点又可分为-种类型\"($,联网光伏发电系统\"

由于该系统所发电力直接进入电网!省掉了储能的蓄电池组!因而可使其成本下降$79左右#(-,屋顶发电\"光伏发电系统与建筑相结合!构成了光伏发电系统!可并入电网或配备少量蓄电池!同时通过巧妙设计达到了降低建筑造价及光伏发电系统造价的目的!其前景诱人#

目前!制约太阳能光伏发电发展的主要因素是产品价格还比较昂贵!所以!提高光电转换效率!降低光伏发电成本是推广应用的关键#为此!世界各国特别是发达国家不惜投入巨大的人力和物力对其进行了研究!这些研究归纳起来主要分为以下-个方面\"

降低光电池成本的方式!达到提高电池性能($,通过研制高效新型太阳能光伏电池或改进工艺!价格比的目的#如目前单晶硅太阳能光伏电池工业化生产的产品平均光电转换效率已达$多晶69!

硅的光电转换效率也已达到$随着纳米技术的发展及新材料的出现!成本低’工艺简单的:9#同时!薄膜电池’二氧化钛有机纳米电池等新产品将会逐步走出实验室!为太阳能光伏发电事业做出贡献#从而达到(-,通过自动跟踪技术及聚光方式来延长光伏电池光电转换时间和提高其能量密度!降低系统成本的目的万方数据#

随着自动控制技术的发展和完善!在技术上花费很小投资就可以实现光伏电池自动跟踪太阳!从

#+)#

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第(8卷

而充分发挥太阳能电池的发电能力!而采用新材料及聚光\"抛物面型反射式或菲涅尔透镜透射式#技术!则可使太阳光伏电池的发电能力提高为原来的几倍甚至几十倍!在这方面还有许多工作要做!如长寿命$易加工的聚光器材料等%提光伏电池高自动跟踪系统的可靠性以及探讨具有自洁功能$

目前太阳能电池研究居世界领先水平的产品及单位如下表所示&

电池种类单晶硅电池多晶硅电池双结电池3/1.12.456

非晶硅电池

多晶硅厚膜电池

硅带电池

二氧化钛有机纳米电池

转换效率’

()*+,-78,(+*),(*-,-*),-*8,8-研制单位

澳大利亚新南威尔大学

美国./0

日本能源公司美国9::;公司5:0<=2=>?<公司5:@美国公司瑞士联邦科学院

目前客观上很难断言哪一种太阳能电池是最佳选择!且其用途不一!如单晶硅主要用在高功率方面!多晶硅主要用于光伏屋顶!而非晶硅则更多应用在商用电子方面!但可以肯定的一点是!太阳能光

伏发电成本将逐年下降%预计(88A年将由现在的7A元3C元3!(8*8年将降到*+元3>B降到(>B

到那时太阳能光伏发展就具有了和市电竞争的价格优势!从而使光伏发电进入大规模发展>B左右!时期%

光伏发电技术是新能源技术的重要组成部分!是正在发展着的高新技术%在国家能源政策的引导下!随着人们对可再生能源认识的提高以及太阳能光伏发电系统性能价格比的提高!太阳能资源的开发及应用前景将是十分广阔的%　参考文献

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万方数据发展太阳能光伏发电的意义及前景

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

宁铎， 高继春

宁铎(西北轻工业学院自动控制工程系,陕西,咸阳,712081)， 高继春(山东成武县政府,山东,成武,274200)

西北轻工业学院学报

JOURNAL OF NORTHWEST UNIVERSITY OF LIGHT INDUSTRY2002，20(1)9次

1.A low cost high efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films1999(353)

2.王长贵 中国光伏发电产业与市场 1999(zk)

1.期刊论文 李萌.Li Meng 再生能源在住宅小区建设工程中的应用实例 -安徽建筑2008,15(2)

文章介绍了太阳能建筑一体化技术和太阳能光伏电技术在\"琥珀名城\"A区的应用情况,为可再生能源技术在本地区住宅中的应用提供借鉴.

2.会议论文 杨春 高功率微波无线能量传输技术的应用 2007

WPT及SSPS技术概述上世纪60年代初美国人W. C. Brown首先提出了微波无线能量传输(WPT)的概念,即以微波为载体在自由空间中无线传输大功率电磁能量。1968年美国人P. E. Glaser在此概念上提出了卫星太阳能电站(SSPS)的概念,即在地球同步轨道上的太阳能卫星把接收到的太阳能转换为电磁能,用大功率微波天线定向发射回地面,地面接收整流天线系统(rectenna)将接收到的能量转换为直流电,从而实现太阳能发电的功能。21世纪人类面临着非常严峻的能源形势,太阳能是取之不尽,用之不竭的可再生的干净能源,大规模开发利用太阳能对解决人类的能源危机十分重要。建造SSPS系统的意义就在于可以帮助人类更有效地开发利用太阳能,解决能源问题。

3.学位论文 刘剑 基于WebAccess及PAC的太阳能热水示范建筑监控系统设计及实现 2008

为开发利用可再生能源，解决日益显著的建筑能源问题，建设部组织的“十一五”国家科技支撑计划“可再生能源与建筑集成技术研究与示范”项目正式启动。其目标在于建成不同建筑气候区的可再生能源与建筑集成示范建筑，对示范工程能源系统进行监测和综合技术经济评价，并通过有效的方式将示范成果推广扩散。而先进的监控系统是研究可再生能源建筑示范成果的重要前提和保障。太阳能作为最有应用前景的可再生能源，相应太阳能集热示范建筑的建设及技术参数监测分析也成为本课题的重要关注点。本文研究的就是其中太阳能热水试验性示范建筑太阳能热水监控系统的设计和实现。

本文首先研究了目前自动监控技术，分别介绍了可编程自动控制器(PAC)、研华WebAccess网际组态软件和动态数据交换技术的概念与特点。然后针对试验性示范建筑太阳能热水系统特点，结合WebAccess三层网络架构，提出了自动远程监控系统的三层控制结构：第一层现场监控层用于直接监视和控制现场设备；第二层本地监控点用于本地人机交互，实现用户对系统的本地实时监控、数据备份和分析；第三层远程监测中心用于远程监控整个系统，实现用户对系统的远程浏览功能。在三层控制结构基础上，对太阳能热水监控系统进行了详细的设计和实现。现场监控层采用研华公司的ADAM—5510EKW/TP型PAC控制器实现对现场设备的监测和控制，并采用智能电表实现对电加热设备的电能监测。本地监控点以工控机和触摸屏为控制平台，通过Ethernet实现与现场PAC控制器的通信，通过485总线实现与智能电表的通信：并基于WebAccess网际组态软件进行人机界面开发，实现了对系统运行状况的监控、数据备份和分析，基于Vc++进行程序设计并实现组态软件与智能电表之间的数据通信，进而实现了对电加热设备用电耗能的界面显示。远程监测点通过WebAccess客户端实现对本地监测点监控节点的访问，并可方便的利用Web浏览器实现对系统的远程浏览功能。

本文采用PAC控制器与智能电表结合、工控机与触摸屏结合、组态软件与VC++结合的方法，使得太阳能热水远程监控系统具有了很好的实时性，为太阳能利用情况及太阳热水系统的运行状况分析打下良好的基础，也为太阳能热水系统广泛应用起到了良好的示范作用。

4.会议论文 祝永强 攀枝花的能源现状及建议 2007

中国能源消费现状根据国家统计局计算,2006年全年能源消费总量24.6亿吨标准煤,比上年增长9.3％。其中,煤炭消费量23.7亿吨,增长9.6％;原油3.2亿吨,增长7.1％;天然气556亿立方米,增长19.9％;水电4167亿千瓦小时,增长5.0％;核电543亿千瓦小时,增长2.4％。主要原材料消费中,钢材4.5亿吨,增长17.2％;铜372万吨,下降4.0％;铝865万吨,增长32.1％;乙烯939万吨,增长23.9％;水泥12.0亿吨,增长

14.5％。国内生产总值能源消耗1.21吨标准煤,比上年下降1.23％。 根据当今石化、煤炭等不可再生的能源开发与使用的力度，许多不可再生的能源将会枯竭，如石油化工能源，将在几十年至一百年间衰竭。这一响亮的警钟提示我们，为了子孙后代的生存发展，我们必须节约能源，提高攀枝花能源效率，并积极寻求可利用再生资源。 太阳能作为洁净、可再生能源得到了世界各国的高度重视，太阳电池材料与生产工艺得到很大发展。专家预计，到21世纪中叶，太阳能发电将在整个能源结构中占20％-50％。在全球范围光伏并网发电系统将在地面得到大规模推广应用。太空光伏电站也有望在不久的将来实现。攀枝花市修建太阳能发电站使用的土地不成问题。太阳能照明众多优点，以太阳能路灯为例:太阳能路灯灯具造型美观，用于市政建设，与城市和谐一致，无疑会是城市的一个亮点。太阳能灯具的寿命可达十几年，电池组件的寿命更是高达二十几年。高效环保，利用太阳电池组件将太阳辐射能转换成电能无需其它能源供给，零排放，无污染，对于节约地球上有限的不可再生资源和绿色环保具有深远的社会意义。高安全性，没有触电危险及电缆被盗割风险，12V,24V低压产品对人体无伤害，灯体之间高强度连接，抗风强度高。 2007年4月6日，西南油气田公司分别与凉山州、攀枝花市签订了合作开发麻风树生物质能源产业的框架协议，以为生物柴油提供原料保障为基础进行综合开发，共同建设麻风树生物质能源产业基地。

5.期刊论文 何祚庥.HE Zuoxiu 寻求建筑结构节能和可再生能源节能的结合 -城市发展研究2009,16(8)

我国建筑节能问题有可能获得技术上的突破,短期内可大幅度降低太阳能供电、供热成本.采用太阳能光伏电池方面的技术已处在领先水平.如何加强这方面工作,从政策上给予强有力的支持急需政府作出政策性规定.积极推进建筑结构节能和再生能源节能的结合.

6.学位论文 宋大余 发展可再生能源的激励机制 2005

可再生能源指在自然界中能够得到有规律补充、可循环再生的能源，包括太阳能、风能、海洋能、水能、地热能以及生物质能等，具有在使用时大气污染和温室气体排放为零或接近为零的特点，是人类未来能源结构的基础和希望所在。发展可再生性能源，一方面可以缓解由于使用化石能源带来的相关环境污染问题，补充现有能源的不足，调整现有能源的利用结构；另一方面从长远的观点来看，还可以解决化石能源消耗面临枯竭性问题，促进经济、社会、环境和谐发展。

发展和利用可再生能源，可以减少温室气体排放，起到净化环境效用，具有生态服务功能价值，因此，为激励可再生能源产业的发展，政府可采用庇古税制(津贴)方案，包括财政补贴、税收减免、代理购买以及金融支持等措施。由于可再生能源应用技术(除水电)还处于发展起步阶段，其电力产品成本偏高，与常规化石能源电力产品相比不具备市场竞争力，解决其产品市场出口通道是政府扶持可再生能源产业一个重要措施。发达国家对于再生能源发电电力入网的配额制是政府为培育可再生能源市场、使可再生能源发电量达到一个有保障的最低水平而采用的强制性政策手段，其成功经验值得借鉴。

发展再生能源中建立产权激励机制是非常重要的一种机制，它能够调动经济主体的积极性并持续地投入到再生能源产品的开发与生产中来；建立明晰的产权制度关系，再生能源经济主体谋取合法的经济利益才能够得到保障，其利益分配机制才能够顺利实行；建立完善的产权和产权交易制度还可以形成多种形式的资本在再生能源产业市场上有进有退、合理流转的机制，优化资源在再生能源市场中的配置，促进各种资本在再生能源产业市场上有序地运行；明晰的产权制度可以约束再生能源企业按市场经济规则运行，明确责、权、利关系，激励其以“经济人”身份追求自身利益最大化。

综合借鉴发达国家发展再生能源产业的成功经验，为激励我国再生能源产业发展，完善我国再生能源产业政策，增加再生能源产品在我国能源利用结构中的比例，真正实现能源可持续利用目标，我国政府应从再生能源产品市场激励机制、可再生能源电力产品定价机制、可再生能源产业投资主体市场公平竞争机制、政府对可再生能源产业经济补偿激励政策、再生能源产业资源流动机制以及再生能源产业管理与服务体系联动机制等方面做出进一步的完善和提高，激励再生能源市场规模化、产业化，为实现我国经济社会可持续发展的目标而努力。

7.期刊论文 英国重点发展清洁可再生能源/法国制定可再生能源发电计划/埃及将兴建中东首座太阳能发电厂/荷兰助力开发西部再生能源/国家环保总局提出环境与经济社会协调发展措施/厦门在建国内最大的海水淡化项目 -节能与环保2003(3)

8.期刊论文 周四清.马超群.李林 太阳能光伏产业可持续发展理论研究思考 -科技进步与对策2007,24(7)

从太阳能光伏产业发展出发,结合产业组织理论与可持续发展理论,提出太阳能光伏产业可持续发展理论研究体系,包括太阳能光伏产业可持续发展的基本内涵、资源配置、理论模式、运行机制等;我国太阳能光伏产业发展的物质基础、技术基础、现状、障碍及风险预测预警机制;从核心竞争力、核心技术研发及全球化等方面实现我国太阳能光伏产业可持续发展战略路径选择.太阳能光伏产业可持续发展理论的研究,对深化再生能源健康发展、规范可再生能源市场、保障能源安全、丰富产业经济学与能源经济学具有重要的理论与实践价值.

9.会议论文 赵建华 中电电气(南京)光伏公司太阳电池生产与研发的进展 2006

随着全球能源供应及环境保护双重压力不断增加,国际、国内都在大力发展可再生能源,尤其光伏发电具有安全可靠、无污染、资源丰富等特点,发展迅速,正逐步由补充能源向替代能源过渡.为满足市场需求,2004年10月澳大利亚博士团队利用自身的技术优势与中国最大的干式变压器制造商--中电电气集团合作,成立中电电气(南京)光伏有限公司,专业从事硅太阳电池的研发、制造及售后服务工作,目前已形成100MW生产能力,计划在2006年年底以前达到200MW,2008年达到600MW,建成国内最大、世界领先、发展潜力良好的太阳能光伏研发产业基地.

10.期刊论文 刘锐锋.张晓萌 太阳能技术在民用建筑热水系统中的应用 -低温建筑技术2010,32(3)

通过相关资料,介绍了太阳能技术的概念和特点,进而引出其应用在民用建筑热水系统中的优越性.以某工程为例,对太阳能热水系统的组成和集热器的计算进行阐述.最后,总结了太阳能热水系统的效益.

1.闫士职.尹梅.李庆.张伟鹏 太阳能光伏发电并网系统相关技术研究[期刊论文]-电子元器件应用2009(1)

2.王效华.张东凤 户用风光互补发电系统设计与经济评价[期刊论文]-农业工程学报 2008(10)3.侯聪玲 太阳能最大功率跟踪技术研究[期刊论文]-现代商贸工业 2008(03)

4.张东凤 离网型风光互补发电系统的匹配与效益分析——以金湖县宝应湖为例[学位论文]硕士 20065.杨海柱 小功率光伏并网发电系统最大功率跟踪与孤岛问题的研究[学位论文]博士 20056.王培珍 光伏阵列故障状态的识别研究[学位论文]博士 2005

7.程明 新能源与分布式电源系统(下)[期刊论文]-电力需求侧管理 2003(04)8.宁铎 折面形抛物柱太阳能聚光器[期刊论文]-西北轻工业学院学报 2002(04)

9.宁铎.刘莉萍.李莉 家用太阳能聚光器自动跟踪系统的设计[期刊论文]-西北轻工业学院学报 2002(02)

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