21 世纪我国太阳能利用发展趋势.txt 等待太久得来的东西多半已经不是当初自己想要的了。 一层秋雨一阵凉，一瓣落花一脉香，一样流年自难忘，一把闲愁无处藏。幸福生活九字经： 有希望，有事干，有人爱。女人和女人做朋友，要之以绿叶的姿态，同时也要暗藏红花的心 机。21 世纪我国太阳能利用发展趋势您当前位置为：首页电力论文21 世纪我国太阳能利用发展趋势不详摘要：本文简述了太阳能利用基本概念、我国太阳能资源分布。分别介 绍了国际上太阳能光伏发电技术及产业、太阳能热利用技术及产业等的发展概况和趋势。介 绍了我国太阳能利用技术的发展现状以及同国外的差距，并对我国太阳能利用在未来世纪的 发展提出了设想和建议。关键词：太阳能利用太阳能资源热利用技术光伏发电技术一、引言 太阳能利用指太阳能的直接转化和利用。利用半导体器件的光伏效应原 理把太阳辐射能转换成电能称太阳能光伏技术。把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能热利 用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。二十世纪 50 年代，太阳能利用领域出现了两项重大突破：一是 1954 年 美国贝尔实验室研制出 6%的实用型单晶硅电池，二是 l955 年以色列 Tabor 提出选择性吸收 表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展 时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。70 年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上 许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮。开发利用太阳能成为各国制定可持续发展战略的重 要内容。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。包括太阳能在内的可再生能源在下世纪 将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类的基础能源之一。据预测，到下世纪中叶，可再 生能源在世界能源结构中将占到 50%以上，如图 l 所示。二、资源太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射 出巨大的能量。太阳内部的热核反应足以维持 61010 年，相对于人类发展历史的有限年代 而言，可以说是“取之不尽、用之不竭“的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气 候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗以及 2100 年 以后规划的能源利用量。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量(千焦平米年)和全年日照总 时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐 射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。三、国外发展概况和趋势l、太阳能光伏发电世界光伏组件在过去 15 年平均年增长率约为 15%。90 年代后期，发展更加迅速，最近三年平均年增长率超过 30%，如图 2 所示。l999 年 光伏组件生产达到 200 兆峰瓦，世界光伏发电总装机容量约 1000 兆瓦。在产业方面，各国 一直通过扩大规模、提高自动化程度，改进技术水平、开拓市场等措施降低成本，并取得了 巨大进展。商品化电池效率从 10-l3%提高到 l3-l5%。生产规模从 1-5 兆峰瓦年发展到 5- 25 兆峰瓦年，并正在向 50 兆峰瓦甚至 l00 兆峰瓦扩大；光伏组件的生产成本降到 3 美元 峰瓦以下。发展中国家印度处于领先地位，目前有 50 多家公司从事与光伏发电技术有关 的制造业，其中有 6 个太阳电池制造厂和 l2 个组件生产厂，年生产组件 11 兆峰瓦。累计装 机容量约 40 兆峰瓦。在研究开发方面，单晶硅电池效率已达 24.7%。多晶硅电池效率突 破 19.8%。非晶硅薄膜电池通过双结、三结迭层和 Ge-Si 合金层技术，在克服光衰减和提高效率 上不断有新的突破，实验室稳定效率已经突破 l5%。碲化镉电池效率达到 l5.8%，铜铟硒电 池效率 l8.8%。晶硅薄膜电池的研究工作自 1987 年以来发展迅速，成为世界关注的新热点。2l 世纪世界光伏发电的发展将具有以下特点：1)产业将继续以高增长速率发展。多年来光伏产业一直是世界增长速度 最高和最稳定的领域之一。预测今后 10 年光伏组件的生产将以 20-30%甚至更高的递增速度 发展。光伏发电的未来前景已经被愈来愈多的国家政府和金融界(如世界银行)所认识。许多 发达国家和地区纷纷制定光伏发展规划，如到 2010 年，美国计划累计安装 4.6GW(含百万屋 顶计划)；欧盟计划安装 3.7GW(可再生能源白皮书)；日本计划累计安装 5Gw(NEDO 日本新阳 光计划)，预计其他发展中国家 l.5GW(估计约 10%)，预计世界总累计安装 14-15GW。到下世 纪中叶，光伏发电成为人类的基础能源之一。2)太阳电池组件成本将大幅度降低。光伏发电系统安装成本每年以 9% 速率降低。1996 年平均安装成本约 7 美元峰瓦，预计 2005 年可降到 3 美元峰瓦，相当 于光伏发电成本 0.11 美元千瓦时，2010 年发电成本将降到 6 美分千瓦时。降低成本可 通过扩大规模、提高自动化程度和技术水平、提高电池效率等技术途径实现。考虑到下世纪 薄膜电池技术会有重大突破，其降低成本的潜力更大。因此下世纪太阳电池组件成本大幅度 降低是必然的趋势。3)光伏产业向百兆瓦级规模和更高技术水平发展。目前光伏组件的生产 规模在 5-20 兆瓦年。壳牌公司在德国建立的年产 25 兆瓦多晶硅组件生产厂于今年 4 月份开工。许多公司在计划扩建和新建年产 50-l00 兆瓦级光伏组件生产厂。同时自动化程度、 技术水平也将大大提高、电池效率将由现在的水平(单晶硅 l3%-15%，多晶硅 11%-l3%)向更 高水平(单晶硅 l8%-20%，多晶硅 16%-l8%)发展。4)薄膜电池技术将获得突破。薄膜电池具有大幅度降低成本的潜力，世 界许多国家都在大力研究开发薄膜电池。下世纪薄膜电池技术将获得重大突破，规模会向百 兆瓦级以上发展，成本会大幅度降低，实现光伏发电与常规发电相竞争的目标，从而成为可 替代能源。5)太阳能光伏建筑集成及并网发电的快速发展。建筑光伏集成具有多功 能和可持续发展的特征，建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积，不需要占用昂贵的土 地，省去光伏系统的支撑结构；光伏阵列可以代替常规建筑材料，从而节省安装和材料费用， 例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当；光伏系统的安装可集成到建筑施工过程， 降低施工成本；在用电地点发电，避免传输和配电损失(5-10%)，降低了电力传输和配电的 投资和维修成本；集成设计使建筑更加洁净、完美，更使人赏心悦目，更容易被专业建筑师、 用户和公众接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例，国际社 会十分重视，许多国家相继制定了本国的屋顶计划。2、太阳能热利用1)太阳能热水器。热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普 遍的技术。1998 年世界太阳能热水器的总保有量约 5400 万平米。2l 世纪热水器将仍然是太 阳能热利用的最主要市场之一。2)太阳能建筑。80 年代国际能源组织(1EA)组织 15 个国家的专家对太 阳能建筑技术进行联合攻关，欧美发达国家纷纷建造综合利用太阳能示范建筑。试验表明、 太阳能建筑节能率大约 75%左右，已成为最有发展前景的领域之一。3)太阳能热发电。目前热发电系统主要有三种类型：槽式线聚焦系 统、塔式系统和碟式系统。槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热 工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。塔式系统是利用独立跟踪太阳的定日镜，将阳光 聚焦到一个固定在塔顶部的接收器上，以产生很高的温度。碟式系统是由许多镜子组成的抛 物面反射镜，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到 750左右，驱动发 动机进行发电。四、我国太阳能利用的概况和 21 世纪发展思考l、光伏发电我国太阳电池的研究始于 1958 年，1959 年研制成功第一个有实用价值 的太阳电池。l971 年 3 月首次成功地应用于我国第二颗卫星上，1973 年太阳电池开始在地 面应用。1979 年开始生产单晶硅太阳电池。80 年代中后期，引进国外太阳电池生产线和关 键设备，初步形成生产能力达到 4.5 兆瓦的太阳能光伏产业。其中单晶硅电池 2.5 兆峰瓦， 非晶硅电池 2 兆峰瓦。工业组件的转换效率单晶硅电池为 11-l3%，非晶硅电池为 5-6%。我国光伏组件生产逐年增加(图 3)，成本不断降低，市场不断扩大，装 机容量逐年增加，1999 年底累计约 15 兆峰瓦(图 4)。应用领域包括农村电气化、交通、通 讯、石油、气象、国防等。特别是光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、 电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。西藏有 7 个无 水能资源无电县采用光伏电站供电，社会经济效益非常显著。在研究开发方面开展了单晶硅、多晶硅电池研究以及非晶硅、碲化镉、 硒铟铜等薄膜电池研究，同时还开展了浇筑多晶硅、银铝浆、EVA 等材料研究，并取得可 喜的成果，其中刻槽埋栅电池效率达到国际水平。20 年来我国光伏产业已经形成了较好的基础，但在总体水平上我国同 国外相比还有很大差距，表现为：生产规模小。我国太阳电池制造厂的生产能力约为 0.5-1MWp年，比国外生产规模低一个多数量级；技术水平较低。电池效率、封装水平与 国外存在一定差距；专用原材料国产化经过“八五“攻关取得一定成果，但性能有待进一步 改进，部分材料仍然采用进口品；成本高。目前我国电池组件成本 30 元Wp，平均售价 42 元Wp，成本和售价都高于国外产品。市场培育和发展迟缓，缺乏市场培育和开拓的 支持政策、法规、措施。2l 世纪我国光伏发电的发展可考虑两种模式，即年增长率约 15%的常规 模式和在政策法规驱动下年增长率约 25%的快速模式。根据光伏工业自身的发展经验，生产 量和规模每增加一倍，成本下降约 20%，而价格通常比成本高 30%；发电成本考虑了总系统 价格、经济寿命(折旧期)、利率、运行和维护费用、保险费用等因素。按照这种估算，2010 年我国光伏组件年生产量将分别达到 11 兆瓦和 27 兆瓦，发电成本分别为 1.14 和 0.96 元， 装机容量分别达到 80 和 140 兆瓦。2030 年光伏组件年生产量分别达到 l75 和 2320 兆瓦， 发电成本分别为 0.57 和 0.28 元，总装机容量分别达到 l700 和 11，700 兆瓦。光伏技术的 发电成本在 2020 年估计在每千瓦时 0.5-1.0 元，在相当大的市场上开始具有竞争力，在 2030 年左右，则在几乎整个电力市场上都具有竞争力。联合国专家组针对世界光伏技术和 产业的发展作了更详细的分析和预测，结果更为乐观：2005-2015 年发电成本在 0.045- 0.09l 美元千瓦时，在相当大的市场上开始具有竞争力，在 20l5 年以后，发电成本低于 0.045 美元千瓦时，则在几乎整个电力市场上都具有竞争力。2、太阳能热利用技术1)热水器太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛、产业化发展最迅速的领 域，1979-1998 年间平均年增长率 35%。1987 年通过引进铜铝复合吸热板技术并与我国自行 研制成功的铝阳极化选择性吸收涂层技术相结合，使我国太阳能热水器产业进入现代化生产 阶段。80 年代后期，我国先后研制成功全玻璃和热管式真空管集热器并实现了产业化。 1998 年全国热水器产量约 400 万平米，总安装量约 1400 万平米，占世界第一位。亚太银行 专家对我国太阳能热水器的利用给出估计：10%的住宅安装太阳能热水器(2 平米每户)， 热水负荷的 75%由太阳能供给，每年可节约 3l0 亿度电(相当于 l050 万吨标煤)，相当于减 排 3850 万吨 CO2。说明太阳能热水器的经济、环境和社会效益非常好。2)太阳能建筑我国 70 年代开始被动太阳能