■文/薛大慶 (哈爾濱達宇通信技術(shù)有限公司)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求，尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題?，F(xiàn)有能源主要有3種，即火電、水電和核電.火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料正面臨著枯竭的危險。另一方面燃燒燃料將排出CO2和硫的氧化物。水電有可能導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞。核電的安全性則一直受到大眾的懷疑。這些都迫使人們?nèi)ふ倚履茉?。目前的新能源主要有兩種，一是太陽能；二是燃料電池。另外，風力發(fā)電也可算是輔助性的新能源。其中，最理想的新能源是太陽能。太陽能是一種清潔的能源，利用太陽能發(fā)電是其中一種利用方式。但是，太陽能發(fā)電也存在著諸多弊端與缺陷。

一 我國太陽能發(fā)電的優(yōu)勢和難點

發(fā)展太陽能發(fā)電的需求主要來自滿足農(nóng)村和邊遠地區(qū)的生產(chǎn)與生活用電和21世紀中持續(xù)發(fā)展我國電力事業(yè)兩個方面。在太陽能發(fā)電上我國具有得天獨厚的有利條件:

(1)豐富的太陽能資源。我國總面積2/3以上的地區(qū)年平均日照時數(shù)在2000h以上,年平均日輻射量在4000MJ/m2以上,要優(yōu)于歐洲和日本,與美國相近。

(2)我國太陽能電池的生產(chǎn)能力超過日本、美國和歐洲,居世界第一位,2007年我國太陽能電池的產(chǎn)量約為1180兆瓦。2007年在全球太陽能生產(chǎn)企業(yè)16強中,我國占據(jù)了6席。

(3)逆變技術(shù)是太陽能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一,由于在大功率開關(guān)器件開發(fā)和逆變技術(shù)的應(yīng)用等方面,我國已取得長足進步,生產(chǎn)出適用于光伏并網(wǎng)、高效率、高可靠性、低污染、低成本的逆變器成為可能。

通過太陽電池進行光電變換具有以下特點：①無枯竭危險，是可再生能源；②絕對干凈（無公害），綠色清潔，無污染；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質(zhì)量高，沒有碳排放；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費的時間短。

太陽能發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響，但可以分散地進行，所以它適于各家各戶分散進行發(fā)電而且要聯(lián)接到供電網(wǎng)絡(luò)上，使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司，不足時又可從電力公司買入。實現(xiàn)這一點的技術(shù)不難解決，關(guān)鍵在于要有相應(yīng)的法律保障?，F(xiàn)在美國、日本等發(fā)達國家都已制定了相關(guān)法律，保證進行太陽能發(fā)電的家庭利益，鼓勵家庭進行太陽能發(fā)電。日本已于1992年4月實現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，已有一些家庭開始安裝太陽能發(fā)電設(shè)備。日本通產(chǎn)省從1994年開始以個人住宅為對象，實行對購買太陽能發(fā)電設(shè)備的費用補助三分之二的制度。

為了我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,有必要解決以下幾個問題:

(1)我國生產(chǎn)太陽能電池的原材料主要依靠進口,而絕大多數(shù)太陽能電池和切片用于出口,這種不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的加工業(yè)局面必須盡快扭轉(zhuǎn)。

(2)太陽能發(fā)電的成本在每千瓦小時3元以上,遠遠高于目前居民電網(wǎng)用店家的每千瓦小時0.5元。這也是發(fā)展太陽能發(fā)電的不利一面。

(3)目前,太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低,比如小尺寸(1 cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19.8%,而大尺寸(1000 cm2)多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為12%,為了降低太陽能發(fā)電的成本必須提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

(4)我國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步于獨立型太陽能發(fā)電設(shè)備(10kW以下),主要用于解決太陽能資源豐富而又無電的邊遠地區(qū)的居民用電。而更大容量(MW級)的并網(wǎng)型太陽能發(fā)電設(shè)備的投產(chǎn)是降低成本的途徑之一。

(5)截止到2005年,我國的風力發(fā)電總裝機容量為1500MW左右,是太陽能發(fā)電總裝機容量的20倍,到2020年規(guī)劃總裝機容量為30000MW,也是規(guī)劃太陽能發(fā)電總裝機容量的15倍。但兩者特點各異。夏季日照足風速低,冬季日照弱風速強;同樣白天日照強時風小,夜晚無光照時風大。太陽能發(fā)電與風力發(fā)電并網(wǎng)是提高電能質(zhì)量和降低成本的另一途徑。

二 太陽能發(fā)電面臨的困難和解決措施

安裝太陽能光電系統(tǒng)（PV）時，需要投入大量的時間與金錢在前期投資上。相關(guān)的廣告一再告訴我們，一旦安裝了太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的用戶將能在未來25年間高枕無憂。但事實真是如此嗎？不幸的是，許多安裝了太陽能光電發(fā)電系統(tǒng)的用戶并不懂得其運作原理，也不知道他們所安裝的系統(tǒng)能達到什么程度的效能。太陽能發(fā)電的不足之處可以歸結(jié)為以下幾點：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)；③發(fā)電不穩(wěn)定，儲存成本高；當前阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是費用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的3千瓦發(fā)電系統(tǒng)，需60萬至70萬元，還未包括安裝的工錢。有關(guān)專家認為，至少要降到10萬到20萬元時，太陽能發(fā)電才能夠真正普及。降低費用的關(guān)鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。由于太陽能系統(tǒng)很容易受環(huán)境的影響，以至于光電板之間出現(xiàn)失配而大幅降低系統(tǒng)的發(fā)電量。當電壓與電流的組合無法匹配時，會造成太陽能光電發(fā)電系統(tǒng)的不匹配，其原因可能是太陽能電池板部分被遮蔽，移動中的云，臨近物體的反射、太陽能電池板的傾斜角度與方向不同，太陽能電池板有污漬、太陽能板數(shù)組系統(tǒng)上的溫度不均。事實上，僅僅遮蔽到一小部分的太陽能電池板就會損失25%~50%的電能。一般情況下，計算發(fā)電量是在太陽能方陣面完全沒有陰影的前提下。如果光伏電池不能被日光直接照射，而只有散射光用來發(fā)電，此時的發(fā)電量比無陰影時減少約10%~20%。

光伏電池組件在使用過程中，如果有一片光伏電池單獨被遮擋，單獨被遮擋的光伏電池在強烈陽光照射時就會發(fā)熱損壞，造成整個光伏電池組件損壞，這就是所謂的熱島效應(yīng)。

防止偶爾的陰影是可能的，可通過在串聯(lián)的組件上接旁路二極管實現(xiàn)。安裝陣列時一定要檢查潛在的陰影情況，并考慮到不同季節(jié)植物的變化和太陽角度的改變。安裝后還要進行維護以防止野草或樹枝的陰影。一般是將光伏電池傾斜放置，使樹枝等不能附著，同時在光伏電池組件上安裝防鳥針。

因各種原因光伏電池組件中的部分電池單體接受太陽光照度不同，引起這些電池單體發(fā)熱而出現(xiàn)能量損耗，嚴重的甚至造成單體損壞。對50WP多晶硅光伏電池在不同陰影情況下的運行特性進行實驗研究表明，當陰影遮蓋面積超過1/2后，光伏電池輸出功率降到原來的1%。因此，光伏電池組件在實際應(yīng)用中應(yīng)加裝旁通二極管和逆流防止二極管，以提高電能利用率并消除陰影對電池組件的破壞作用。

總的說來，作為新能源，要使太陽能發(fā)電真正達到實用水平，一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本，二是要實現(xiàn)太陽能發(fā)電同現(xiàn)在的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。