蔡高原

摘 要：本文介紹了太陽(yáng)能發(fā)電的基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀，并闡述了太陽(yáng)能發(fā)電的幾種應(yīng)用形式，結(jié)合當(dāng)前的光伏政策信息，分析了太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展方向和發(fā)展前景，并給出了太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能發(fā)電;光伏電池;應(yīng)用領(lǐng)域

中圖分類號(hào)：TM615文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）32-0128-03

Present Situation and Prospect of Solar Photovoltaic

Power Generation Technology

CAI Gaoyuan

（China Datang Group Science and Technology Research Institute Co.， Ltd. Huazhong Branch，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper introduced the basic principle and development of solar power generation， expounded several application forms of solar power generation， and analyzed the development direction and prospect of solar power generation based on the current photovoltaic policy information. Some suggestions on the development of solar power generation were given.

Keywords： solar power;PV cells;application areas

隨著全球環(huán)境的惡化和化石燃料的枯竭，世界各國(guó)均將目光轉(zhuǎn)向能源轉(zhuǎn)型方面，而在能源轉(zhuǎn)型的道路上，新能源被認(rèn)為是能源轉(zhuǎn)型的重要方向。太陽(yáng)能發(fā)電作為新能源發(fā)電的重要內(nèi)容之一，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)撃艿陌l(fā)電技術(shù)之一。太陽(yáng)能資源無(wú)處不在，可以直接免費(fèi)獲取，通過(guò)太陽(yáng)能電池，獲取太陽(yáng)光照轉(zhuǎn)化為電能就是太陽(yáng)能發(fā)電的過(guò)程。在太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中，轉(zhuǎn)換效率的持續(xù)提升是一項(xiàng)長(zhǎng)期研究的課題，同時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電的并網(wǎng)消納也是當(dāng)前困擾其進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一，如何解決“棄光”和消納吸收也成為行業(yè)的痛點(diǎn)[1]。

1 太陽(yáng)能發(fā)電原理概述

光生伏特效應(yīng)是太陽(yáng)能發(fā)電的基本原理，而太陽(yáng)能電池是完成太陽(yáng)能到電能轉(zhuǎn)換的載體。太陽(yáng)能電池是一種含有P-N結(jié)的半導(dǎo)體材料，當(dāng)太陽(yáng)光照射到P-N結(jié)上時(shí)，太陽(yáng)光被吸收，使得P-N結(jié)的電子與空穴對(duì)被激發(fā)，并使載流子被分離，在內(nèi)部建立電場(chǎng)，當(dāng)在電場(chǎng)兩側(cè)接入一定的負(fù)載時(shí)，就會(huì)在負(fù)載上產(chǎn)生電流，整個(gè)過(guò)程就是太陽(yáng)能發(fā)電的基本原理。

通常情況下，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)可以分為交流發(fā)電系統(tǒng)和直流發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能交流發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏電池板、發(fā)電控制器、DC/AC逆變器和交流負(fù)載/電網(wǎng)組成;太陽(yáng)能直流發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏電池板、發(fā)電控制器、DC/DC整流器、蓄電池或直流負(fù)載組成[2]。

2 太陽(yáng)能發(fā)電現(xiàn)狀

2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模

截至2017年底，全球光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)402.5GW，全年新增裝機(jī)容量超過(guò)98GW，同比增長(zhǎng)28.95%，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。傳統(tǒng)市場(chǎng)，如美國(guó)、日本新增裝機(jī)容量分別達(dá)到10.6GW和7GW，依然保持強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭。同時(shí)，新興市場(chǎng)也在不斷涌現(xiàn)，光伏應(yīng)用在亞洲、拉丁美洲進(jìn)一步擴(kuò)大，如印度和巴西2017年新增裝機(jī)容量分別約為9.1GW和0.9GW。

中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚，但呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的勢(shì)頭。2002年，我國(guó)光伏行業(yè)開始起步。2010年后，在歐洲經(jīng)歷光伏產(chǎn)業(yè)需求放緩的背景下，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迅速崛起，成為全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?017年，我國(guó)光伏新增并網(wǎng)裝機(jī)量達(dá)到53GW，同比增長(zhǎng)超過(guò)50%，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)量高達(dá)131GW。截至2017年9月底，全國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)達(dá)164.74GW，位居全球首位，其中光伏電站117.94GW，分布式光伏達(dá)到46.8GW。

2.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電政策

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)過(guò)度依賴政府補(bǔ)貼。2018年5月31日，國(guó)家下發(fā)的《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）指出：“根據(jù)行業(yè)發(fā)展實(shí)際，暫不安排2018年普通光伏電站建設(shè)規(guī)模。在國(guó)家未下發(fā)文件啟動(dòng)普通電站建設(shè)工作前，各地不得以任何形式安排需國(guó)家補(bǔ)貼的普通電站建設(shè)?！?/p>

具體到分布式光伏方面，《通知》規(guī)定，2018年5月31日之前并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為納入國(guó)家認(rèn)可的規(guī)模管理范圍，屬于享受2018年補(bǔ)貼的范圍，而2018年5月31日之后并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目不享受2018年國(guó)家光伏補(bǔ)貼。也就是說(shuō)，在光伏新政發(fā)布后，光伏建設(shè)已沒(méi)有國(guó)家補(bǔ)貼，全額上網(wǎng)的項(xiàng)目、自用比例較少的項(xiàng)目及電價(jià)較低的地區(qū)，收益將大幅下降。

2.3 太陽(yáng)能光伏現(xiàn)狀

根據(jù)太陽(yáng)能光伏電池內(nèi)部電池材料的不同，可以將其分為晶硅電池、薄膜電池、有機(jī)聚合物電池及新一代太陽(yáng)能電池等，如表1所示。

所謂光伏電池轉(zhuǎn)換效率，即在照射強(qiáng)度1 000M/cm2、太陽(yáng)能工作溫度25℃±2℃的情況下，最大輸出功率除以日照強(qiáng)度乘以太陽(yáng)能電池板吸收光面積乘以100%。根據(jù)《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》（2018版）要求，多晶硅電池組件和單晶硅電池組件的最低光電轉(zhuǎn)換效率分別不低于16%和16.8%[3]。近年來(lái)，隨著光伏電池技術(shù)的不斷革新，組件的轉(zhuǎn)換效率不斷提高，如圖1所示。

在光伏電池轉(zhuǎn)換效率逐步提高的同時(shí)，光伏電池的價(jià)格也在以平均每月0.3元/片的價(jià)格持續(xù)下降。至2018年7月，單晶硅片降至3.3元/片，多晶硅片降至2.2元/片;2018年，光伏組件成本下降至2元/W，光伏系統(tǒng)投資成本5元/W左右。光伏組件效率的提升、光伏組件及光伏系統(tǒng)投資成本的下降將進(jìn)一步降低光伏發(fā)電度電成本，進(jìn)一步加速光伏發(fā)電“平價(jià)上網(wǎng)”的到來(lái)。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用

3.1 獨(dú)立光伏發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單，且不會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)干擾，控制方式較為簡(jiǎn)便，常常被應(yīng)用到電網(wǎng)無(wú)法覆蓋到的地方，如山村、野外、海島等。由于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)覆蓋范圍廣，應(yīng)用難度低，因此，受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用，并成為光伏發(fā)電主要應(yīng)用的研究方向之一。需要注意的是，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中也存在致命缺陷，如極易受到天氣、氣候的影響，發(fā)電穩(wěn)定性差。但是，其簡(jiǎn)便實(shí)用的特點(diǎn)依然對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的日常用電具有重大的作用。同時(shí)，其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，未來(lái)將在太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域占有一席之地。

3.2 并網(wǎng)式光伏發(fā)電

所謂并網(wǎng)式光伏發(fā)電，即其發(fā)出的電能直接與公共電網(wǎng)相連接，將電能傳輸至電力系統(tǒng)，滿足人們的用電需求。

從并網(wǎng)的光伏分布結(jié)構(gòu)看，我國(guó)并網(wǎng)式光伏發(fā)電以地面大型集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)為主，特點(diǎn)是裝機(jī)規(guī)模大、建設(shè)難度小、開發(fā)周期短，但面對(duì)我國(guó)各行各業(yè)的過(guò)度開發(fā)，林地和耕地依然無(wú)法承受大規(guī)模光伏電站的建設(shè)。面對(duì)此種情況，農(nóng)光互補(bǔ)、林光互補(bǔ)和漁光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)成為光伏發(fā)電新的開發(fā)方向。同時(shí)，面對(duì)大規(guī)模光伏過(guò)速開發(fā)、并網(wǎng)接入困難、棄光率高的問(wèn)題，我國(guó)大力鼓勵(lì)分布式光伏建設(shè)，既能有效解決光伏電站開發(fā)中占用大量土地的問(wèn)題，又能夠有效利用建筑資源。另外，通過(guò)推廣光伏扶貧，建設(shè)戶用光伏、村級(jí)光伏等項(xiàng)目，一方面為電力匱乏地區(qū)、貧困地區(qū)提供電力保障，另一方面也為地區(qū)的脫貧致富貢獻(xiàn)力量。

3.3 光伏建筑集成化

在應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)，光伏建筑集成化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。所謂光伏建筑集成化技術(shù)，即在建筑建設(shè)過(guò)程中安裝太陽(yáng)能薄膜發(fā)電設(shè)備，并將大量的薄膜發(fā)電連接送至電網(wǎng)，通過(guò)光伏建筑發(fā)電，既能為城市園區(qū)、樓宇內(nèi)用戶提供電力供應(yīng)，又能將多余的發(fā)電量反售至電網(wǎng)，減少電能損失，并增加收益。而在光伏建筑集成化的研究過(guò)程中，可以在建筑屋頂，建筑外立面，用具有光伏發(fā)電能力的“發(fā)電玻璃”取代普通鋼化玻璃。如何更好地提高“發(fā)電玻璃”的光電轉(zhuǎn)化效率，降低材料的生產(chǎn)成本，并兼具安全性和美觀性，是光伏建筑集成化技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容[4]。

4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電前景與展望

在發(fā)展模式上，從集中式和分布式的格局來(lái)看，分布式光伏的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超集中式光伏增長(zhǎng)速度。另外，由于分布式光伏具備規(guī)模小、開發(fā)建設(shè)手續(xù)少、周期短、就地消納能力強(qiáng)、無(wú)需大規(guī)模外部輸送的特點(diǎn)，加上國(guó)家對(duì)分布式光伏建設(shè)的大力支持，使得新增光伏發(fā)電主要集中在分布式光伏上。

在消納吸收方面，國(guó)家能源局公開發(fā)布《關(guān)于實(shí)行可再生能源電力配額制的通知》，首次提出將自2019年1月1日起正式進(jìn)行配額考核。該通知指出，承擔(dān)配額義務(wù)的市場(chǎng)主體為配售電企業(yè)和電力用戶。其配額完成量主要有三種方式：從區(qū)域內(nèi)或區(qū)域外電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)購(gòu)入的可再生能源電量、自發(fā)自用的可再生能源電量、從其他配額義務(wù)主體購(gòu)買的配額完成量或購(gòu)買綠證折算的配額完成量。配額制的實(shí)施，將加速可再生能源市場(chǎng)化進(jìn)程，為光伏等可再生能源消納提供強(qiáng)有力的保障。

在成本控制方面，技術(shù)進(jìn)步、市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，極大促進(jìn)了在光伏電池、組件成本不斷下降，讓光伏愈加趨近平價(jià)上網(wǎng)的目標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)2017年光伏發(fā)電領(lǐng)跑基地的建設(shè)，進(jìn)行試點(diǎn)示范，不斷降低光伏發(fā)電的技術(shù)和非技術(shù)成本。

在光伏扶貧方面，2018年3月26日，國(guó)家能源局和國(guó)務(wù)院扶貧辦發(fā)布了《光伏扶貧電站管理辦法》，有力促進(jìn)了光伏扶貧工作規(guī)范化，切實(shí)保障了光伏扶貧實(shí)施效果，推動(dòng)了光伏扶貧電站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的規(guī)范化[5]。

5 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)光伏行業(yè)取得了巨大成績(jī)，同時(shí)，仍具備較大的發(fā)展?jié)摿?。在今后的發(fā)展的中，圍繞太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭的優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展就近開發(fā)、就近利用，推動(dòng)清潔能源消納，堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展必將成為光伏行業(yè)的發(fā)展使命。

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