太陽能發(fā)電

太陽能發(fā)電主要分為太陽能光伏發(fā)電和太陽熱能發(fā)電兩種。2011年全球新增太陽能發(fā)電裝機(jī)容量約2800萬千瓦，累計裝機(jī)容量達(dá)6900萬千瓦，當(dāng)年全球太陽能產(chǎn)值為930億美元。歐盟在太陽能發(fā)電方面居于領(lǐng)先地位，但美國和中國的發(fā)展勢頭迅猛。今年3月美國太陽能產(chǎn)業(yè)協(xié)會和GTM市場調(diào)研公司共同發(fā)布的報告預(yù)計，到2016年美國占全球太陽能板市場的份額將由2011年7%提升至15%。屆時，美國與中國可能將成為全球兩大領(lǐng)先的太陽能市場。

太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類，前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種，后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。

單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高可達(dá)23％，在太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高，但其制造成本高。單晶硅太陽能電池的使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽能電池，因此得到大量發(fā)展，但多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池要短。

提高太陽能發(fā)電競爭力的途徑，就是要提高其光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。因此，硅太陽能電池的研發(fā)主要圍繞以下兩個方面進(jìn)行：一是提高太陽光輻照能轉(zhuǎn)化為電能的光電轉(zhuǎn)換效率；二是大幅度降低單瓦成本。

2010年美國能源部啟動了“太陽計劃”，旨在降低太陽能發(fā)電的均化成本，計劃到2020年在沒有補(bǔ)貼的前提下將其降為每千瓦50到60美元。就公用事業(yè)電站項目的太陽能發(fā)電而言，其安裝成本必須降至每瓦1美元，其中太陽能電池模塊的成本為每瓦0.5美元，并入常規(guī)電網(wǎng)的成本為每瓦0.1美元，軟性成本（包括安裝、許可證的獲取和其他成本等）為每瓦0.4美元。據(jù)美國SunRun發(fā)布的一份報告顯示，地方審批流程這一項就使每戶住宅的光伏安裝成本增加2500多美元，降低這類軟性成本也有利于提高太陽能的競爭優(yōu)勢，而“太陽計劃”的目標(biāo)之一就是致力于降低軟性成本以降低模塊成本。

由于產(chǎn)能過剩、全球經(jīng)濟(jì)不景氣，以及工程和制造技術(shù)的創(chuàng)新，硅太陽能模塊的售價自2008年第2季度以來大幅降低：從原來的每瓦4美元降為每瓦1美元。隨著未來技術(shù)創(chuàng)新步伐的加快，其售價將會降為每瓦0.8美元，2020年將降為每瓦0.5美元。相比之下，軟性成本的降幅不大。

薄膜太陽能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽能電池。薄膜太陽能電池可以使用質(zhì)輕、價低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度不到1微米，便于運(yùn)輸和安裝。然而，沉淀在異質(zhì)基底上的薄膜會產(chǎn)生一些缺陷，因此現(xiàn)有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的規(guī)模化量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率只有12%到14%，而其理論上限可達(dá)29%。如果在生產(chǎn)過程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會增加電池的壽命，并提高其轉(zhuǎn)化效率。這就需要研究缺陷產(chǎn)生的原因，以及減少缺陷和控制質(zhì)量的途徑。太陽能電池界面也很關(guān)鍵，需要大量的研發(fā)投入。

此外，也需要設(shè)計一套在線監(jiān)測和控制系統(tǒng)，以改進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量控制，并將之作為一種長期性措施。目前，碲化鎘薄膜太陽能板的成本最低（大約為每瓦0.7美元）。未來20到25年，所有新型太陽能發(fā)電技術(shù)都將受惠于財政貼息政策，因此光伏發(fā)電技術(shù)必將有相當(dāng)大的發(fā)展空間，這將增強(qiáng)該項技術(shù)的市場競爭力。如果能夠?qū)⒐怆娹D(zhuǎn)化率從17%提高到20%，太陽能電板的成本和某些軟性成本將會大幅度降低，這將會給未來的市場帶來變革性的重大影響，其影響可以與將多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高到18%以上相媲美。

高效多結(jié)太陽能電池技術(shù)也非常引人注目。高效多結(jié)太陽能電池是指針對太陽光譜，在不同的波段選取不同帶寬的半導(dǎo)體材料做成多個太陽能子電池，最后將這些子電池串聯(lián)形成多結(jié)太陽能電池。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)競爭異常激烈，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，任何一項技術(shù)只有在商業(yè)化規(guī)模上能將太陽電池板的成本降為每瓦0.5美元，才有實(shí)際應(yīng)用價值。

太陽熱能發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電，其均化成本可以降為每千瓦時50到60美元。太陽熱能發(fā)電系統(tǒng)有三類：拋物槽式聚焦系統(tǒng)、塔式聚焦系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換效率大約為30%到35%。聚焦式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)主要是水、水蒸汽和熔鹽等，這些傳熱工質(zhì)在接收器內(nèi)可以加熱到攝氏450度然后用于發(fā)電。此外，該發(fā)電方式的儲熱系統(tǒng)可以將熱能暫時儲存數(shù)小時，以備用電高峰時之需。

拋物槽式聚焦系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式發(fā)射鏡將陽光聚集到管形的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在熱換氣器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用一組獨(dú)立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚集到一個固定塔頂部的接收器上以產(chǎn)生高溫。

為了實(shí)現(xiàn)均化成本為每千瓦時50到60美元的目標(biāo)，必須提高熱機(jī)的效率。這需要將傳熱工質(zhì)的溫度加熱到攝氏600度，需要研制性能更好的拋物柱面太陽能反射鏡和發(fā)電塔。此外，也需要研發(fā)太陽能聚熱器使用的低成本、耐高溫新型材料。如果能將太陽聚熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)的溫度加熱到攝氏600度以上，太陽熱能發(fā)電將能與天然氣混合循環(huán)發(fā)電技術(shù)相媲美。

另一個有潛力的途徑是將太陽能光伏發(fā)電和熱能發(fā)電有機(jī)地結(jié)合起來�？蓪⒕酃馓�陽輻射中的可見光譜過濾出來用于光伏發(fā)電，其余光譜用于熱能發(fā)電；此外，由于太陽熱能發(fā)電極少能完全利用聚光太陽輻射，這也為光伏發(fā)電和太陽能聚熱器的有機(jī)整合提供了可能性。

利用太陽熱能發(fā)電需要及時準(zhǔn)確預(yù)測太陽輻射量的變化情況，以適應(yīng)計劃配電的需要。同時還需要開發(fā)相應(yīng)的電力儲能技術(shù)，以克服太