文/王韜

1 研究背景

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染問題也越來越嚴峻，人們對于化石能源的開采利用已經(jīng)超出一定載荷，除環(huán)境污染問題外還引發(fā)了一定能源危機。太陽能發(fā)電技術的應用則有效改善了這一現(xiàn)象，太陽能作為一種可再生的綠色能源而備受推崇。近年來隨著太陽能發(fā)電技術的快速發(fā)展，國家相應推出了相關政策鼓勵發(fā)展太陽能發(fā)電，在這樣的背景下，我國太陽能發(fā)電領域得到了快速發(fā)展。此外隨著科學技術的進步以及市場需求量逐漸擴大，光伏發(fā)電行業(yè)市場容量也在逐漸提升，政府通過推出各種補貼獎勵政策，有效推動了太陽能發(fā)電企業(yè)的良好發(fā)展。就目前來看，我國在太陽能發(fā)電領域盡管已經(jīng)取得了很好的成績但是仍然存在一些問題，首先是我國在光伏發(fā)電領域技術已經(jīng)相對成熟，但企業(yè)同質(zhì)化問題嚴重，創(chuàng)新性不足。另外由于我國所采用的行業(yè)標準都是引用國際標準，并沒有結合我國市場實際來規(guī)范行業(yè)標準。所以總的來看，我國太陽能發(fā)電行業(yè)只有通過不斷實現(xiàn)技術更新、加強能源與科技的結合以及依賴國家一些鼓勵政策，才可以在未來發(fā)展中取得良好的競爭優(yōu)勢。

2 太陽能發(fā)電技術

太陽能作為一種可再生綠色能源，隨著科學技術的不斷進步，已經(jīng)成為風能之后被廣泛應用到發(fā)電領域的一種可再生能源。通常將太陽能發(fā)電技術分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩類。

2.1 光伏發(fā)電技術簡介

作為太陽能發(fā)電技術中的主要利用方式，其可以利用半導體材料的光伏效應來實現(xiàn)從太陽能到電能的直接轉(zhuǎn)化。根據(jù)所選電池材料以及制造工藝的不同，光伏發(fā)電技術可以分薄膜太陽能電池技術、晶硅太陽電池技術技術、聚光太陽電池技術以及新型太陽能電池技術。其中晶硅電池又分單晶硅電池與多晶硅電池，薄膜電池分非晶硅電池、碲化鎘電池以及銅銦硒電池等。目前市場上最常見的光伏電池多為晶硅太陽電池技術，是當前我國技術成熟度最高、規(guī)模最大的產(chǎn)品類型，現(xiàn)在市面上生產(chǎn)出的單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)在17%左右，使用壽命一般在15年左右，最高可以使用25年，產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應用于空間和地面。薄膜電池與其他太陽能電視相比更適合于沙漠電站，因為薄膜太陽能電池弱光效應更好，且更加方便于建筑光伏一體化，但是衰減較大，轉(zhuǎn)換效率低，且設備技術投資也比較高。聚光電池與其他類別太陽能電池相比轉(zhuǎn)換率更高，但是由于其無法利用漫射輻射，所以成本比較高，常用于航空航天領域。

光伏發(fā)電技術的結構以及基本原理相對簡單，且電站建設周期比較短，設備運行和日常維護也比較簡單，因此能夠進行應用和開發(fā)的地區(qū)相對比較廣泛，另外由于光伏發(fā)電屬于靜態(tài)發(fā)電，無需機械轉(zhuǎn)動，沒有磨損，因此不會產(chǎn)生噪聲。通常光伏發(fā)電的選址會比較容易，建站前期投資較小，一般大型光伏發(fā)電站的建設時長不超過半年。通常光伏電站的系統(tǒng)組件是由逆變器以及光伏組件組成的，因此電站運行不需要燃料，基本上可以實現(xiàn)無人值守，成本比較低。此外，光伏電站的應用形式比較多，主要分為大型并網(wǎng)電站、離網(wǎng)光伏以及分布式建筑光伏，其中大型并網(wǎng)電站的度電成本低，主要建設與平坦開闊陽光充足的地面；離網(wǎng)光伏主要用于解決偏遠地區(qū)電力供應；分布式建筑光伏則依托建筑設立，主要接到配電網(wǎng)中從而完成就地消納。盡管光伏電站有著很多優(yōu)點，但缺陷也比較明顯，太陽能發(fā)電有著一定的間歇性和不穩(wěn)定性，特別是在沒有陽光照射或陽光較少的陰雨天，光伏發(fā)電波動性、間歇性明顯。

2.2 光熱發(fā)電技術簡介

光熱發(fā)電主要是通過實現(xiàn)光能到熱能再轉(zhuǎn)化為電能這一過程的一種發(fā)電技術，其從功能轉(zhuǎn)化本質(zhì)上來看與傳統(tǒng)熱電站類似，主要不同在于輸入能源。利用該技術將低密度太陽能經(jīng)聚光器轉(zhuǎn)為高密度能力，經(jīng)過傳熱介質(zhì)實現(xiàn)太陽能到熱能的轉(zhuǎn)化，利用熱力循環(huán)完成發(fā)電功能。光熱發(fā)電分聚光光熱發(fā)電、太陽能半導體溫差發(fā)電以及太陽能熱聲發(fā)電等。目前最具有商業(yè)發(fā)展前景的是聚光光熱發(fā)電，進一步可以分為以槽式光熱發(fā)電和線性菲涅爾式光熱為主的線聚系統(tǒng)以及以塔式光熱發(fā)電和碟式光熱發(fā)電為主的點聚焦系統(tǒng)。

光熱發(fā)電系統(tǒng)主要是由聚光吸熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)以及熱力循環(huán)系統(tǒng)共同組成的，其聚光比以及集熱溫度共同決定了光熱發(fā)電的集熱效率。有研究表明，帶儲熱系統(tǒng)的光熱發(fā)電站年利用率比沒有帶儲熱系統(tǒng)的高25%-65%，所以光熱發(fā)電能夠利用儲熱系統(tǒng)實現(xiàn)更高負荷需求，這也是光熱發(fā)電最明顯的優(yōu)勢之一。此外，光熱發(fā)電系統(tǒng)對于電網(wǎng)友好性更強，能夠與其他熱能發(fā)電方式相結合，實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)，從而有效克服了光伏發(fā)電的波動性和間歇性。最后光伏發(fā)電由于在能量轉(zhuǎn)化過程中能夠得到熱能，所以可以對這些熱能進行綜合利用，從而有效提高能源的利用率，常見的包括海水淡化、采暖制冷一體化等。

3 光伏發(fā)電技術綜合評價及應用前景

3.1 光伏發(fā)電技術綜合評價分析

從開發(fā)條件上來說，光伏發(fā)電過程不受水資源的約束，且能夠利用太陽能總輻射，可以利用的太陽輻射比光熱發(fā)電多，且在太陽輻射較低的地方也可以通過光伏發(fā)電的方式實現(xiàn)正常發(fā)電功能，對地形要求不高，體積較小。

從發(fā)電技術水平來說，目前晶硅太陽能電池發(fā)電技術已經(jīng)十分成熟，成本也相對較低，作為光伏發(fā)電主流產(chǎn)品已經(jīng)進入到了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)模式，薄膜太陽能電池發(fā)電技術成本較低，但由于其光電轉(zhuǎn)換效率較低，仍處于推廣階段。從光伏電池的效率看看，國內(nèi)外市場上可以見到的單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率大多在23%左右，屬于轉(zhuǎn)換效率最高的產(chǎn)品，商用多晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率則是在18.3%左右。目前我國光伏并網(wǎng)逆變器的光電轉(zhuǎn)換率最高已經(jīng)提到了98.5%，且性能可靠，波形的失真率能夠在3%以內(nèi)，極大提高了太陽能發(fā)電的能力。

從發(fā)電經(jīng)濟性來看，由于國際上太陽能電池產(chǎn)能過剩的緣故，我國對于光伏電站初始投資也在市場波及下降到了1.2-1.8萬元/kW。此外根據(jù)投資條件差異，建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本大概在1.25-2.00元/kWh，大規(guī)模的則在0.81-1.5元/kWh。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2020年之前光伏電站成本下降空間依然有限，到2020年我國光伏發(fā)電成本可以降到0.6-0.8元/kWh，到2030年可以達到0.6元/kWh以下。

從接網(wǎng)要求來看，光伏發(fā)電容量因子大概在 0.11（1000kWh/m2）-0.23(2000kWh/m2）。由于光伏電站的不穩(wěn)定性以及間歇性等原因，通常大規(guī)模光伏并網(wǎng)會對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡產(chǎn)生一定影響，當非理想天氣出現(xiàn)時，光伏電站發(fā)電量明顯減少，通常情況下光伏發(fā)電最大發(fā)電時間在北京時間中午12點-15點。

從電網(wǎng)的適應性方面考慮，當光伏電網(wǎng)接入后負面影響較多，首先是電能質(zhì)量會產(chǎn)生不良影響，光伏發(fā)電波動性很容易會影響到電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動和閃變。另外由于太陽輻射強度的不確定性會使得電網(wǎng)調(diào)度難度增大。此外還有電網(wǎng)穩(wěn)定控制問題和配電網(wǎng)運行控制規(guī)劃問題，光伏電網(wǎng)的介入會對配電網(wǎng)規(guī)劃帶來很大挑戰(zhàn)。

從政策和發(fā)展環(huán)境來看，目前我國政策積極鼓勵進行新能源開發(fā)利用，此外稅收減免也是促進新能源開發(fā)利用重要手段。

所以綜合來看，光伏發(fā)電開發(fā)條件、發(fā)電經(jīng)濟性、政策環(huán)境以及發(fā)電技術等方面都有著很明顯的優(yōu)勢，但是其結網(wǎng)要求相對較高，存在一定缺陷。

3.2 光伏發(fā)電技術應用前景

從開發(fā)條件來看光伏發(fā)電重點開發(fā)地區(qū)應該設在太陽能資源相對較好的地點，可以在我國荒漠地區(qū)建立一些荒漠電站，開發(fā)潛力較大，我國目前適合建設荒漠電站地區(qū)主要集中于西北荒漠地區(qū)。除了這種大型的地面站以外，還可以將其設置在屋頂上，我國屋頂建筑面積約400億平方米，以1%計算，大概有3300-6600萬kW的開發(fā)簽離，如果屋頂光伏系統(tǒng)電網(wǎng)末端接入，不用考慮到輸送影響，而由于城市太陽輻射相對較小，因此發(fā)電效率與荒漠相比較低。

從未來發(fā)展趨勢來看，到2020年我國光伏發(fā)電技術應當已基本成熟，逐漸開始實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，且光伏電的成本也會明顯下降，在一定程度上提高了光伏發(fā)電市場競爭力。2020-2030年間光伏發(fā)電將基本進入到規(guī)模化生產(chǎn)，此期間國家政策支持可能會逐漸減弱甚至取消。2030-2050年光伏發(fā)電將進入到平穩(wěn)發(fā)展階段，但由于本身光伏發(fā)電特點，規(guī)模擴大會受到一定限制。

4 結語

隨著人們對環(huán)境問題的關注越來越深，太陽能作為一種可再生綠色能源受到了人們的廣泛關注。通常將太陽能發(fā)電分光伏和光熱兩種模式，本文主要探討了光伏發(fā)電的綜合特點，從光伏發(fā)電開發(fā)條件、發(fā)電經(jīng)濟性、政策環(huán)境、發(fā)電技術以及接網(wǎng)要求等方面進行了綜合分析評價，并對其未來發(fā)展進行了簡單預測和展望。