李雅瓊

（武威市工業(yè)發(fā)展研究中心，甘肅 武威 733000）

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

1.1 照明

實(shí)際生活中，我們經(jīng)常利用光伏發(fā)電技術(shù)和照明領(lǐng)域相結(jié)合起來(lái)，達(dá)到照明能源的綠色可持續(xù)。就比如路上隨處可見的太陽(yáng)能路燈，它可以在白天通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)把從太陽(yáng)光中收集的能量存儲(chǔ)在蓄電池中，在夜間需要照明的時(shí)候利用蓄電池來(lái)點(diǎn)亮燈泡。高速公路上的路燈十分適合利用光伏發(fā)電技術(shù)。

1.2 建筑光伏一體化

光伏發(fā)電技術(shù)在生活中也可應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為建筑內(nèi)部所需的其他能量，提供給制冷、通風(fēng)和熱水系統(tǒng)。此種應(yīng)用形式主要有兩種：一種是把光伏方陣和建筑搭配，例如在建筑屋頂上放置光伏板或者在墻面上安裝光伏板等；另一種是把光伏方陣集成為建筑的一部分，例如直接采用特殊光伏裝置來(lái)充當(dāng)建筑屋頂、幕墻、遮陽(yáng)板等。

我國(guó)在應(yīng)用建筑光伏一體化領(lǐng)域，有十分豐富的經(jīng)驗(yàn)，其中最具代表性的建筑就是“鳥巢”。上海世博會(huì)期間，又應(yīng)用建筑光伏一體化技術(shù)建造了中國(guó)國(guó)家館，其屋頂采取間接鋪設(shè)光伏組件，具有十分良好的節(jié)能效果。

1.3 與其他技術(shù)聯(lián)合互補(bǔ)

將光伏發(fā)電和其他技術(shù)相結(jié)合，可以擴(kuò)大光伏技術(shù)的實(shí)用性。把光伏發(fā)電和溫室大棚相結(jié)合來(lái)為大棚供電，晴天光伏板轉(zhuǎn)化使用不完的能量可以儲(chǔ)存到蓄電池組中，陰天時(shí)蓄電池組供電，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。光伏器件安裝時(shí)，為避免遮擋溫室大棚的光照，可以放置在大棚的一側(cè)，如圖2 所示。

2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)存在的問題及建議

2.1 出現(xiàn)“棄光”現(xiàn)象

當(dāng)系統(tǒng)采用多種能源來(lái)進(jìn)行供電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)光伏和其他供電能源相矛盾而不得已放棄光伏能源，暫停光伏機(jī)組，來(lái)減少發(fā)電量，這種現(xiàn)象被稱為“棄光”，也就是光伏發(fā)電量已經(jīng)超越了該電力系統(tǒng)的最大傳輸量和負(fù)荷消納總量。

產(chǎn)生“棄光”的原因有很多，主要有并網(wǎng)沖突和消納難兩方面。

1）并網(wǎng)沖突。在我國(guó)東北、西北和華北等地，長(zhǎng)期以來(lái)主要以煤炭資源為主來(lái)進(jìn)行火力發(fā)電。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的興起和政府的高額補(bǔ)貼，再加上日照充足，這些地區(qū)大量組建太陽(yáng)能光伏發(fā)電站。能源的多種使用，導(dǎo)致電力系統(tǒng)調(diào)峰能力不足。

2）消納難。隨著新能源的興起，企業(yè)發(fā)電的裝機(jī)規(guī)模越來(lái)越大，傳統(tǒng)輸電通道的資源被占用，當(dāng)?shù)赝耆珶o(wú)法消納如此多的電量，使得當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)會(huì)限制光伏電站的并網(wǎng)容量，對(duì)能源的調(diào)用和優(yōu)化都產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。要解決“棄光”，可以建立跨區(qū)域輸電通道將富裕電量輸送到中東部用量需求較高的地區(qū)和增強(qiáng)就地消納能力，還可以推行“配額制”，根據(jù)所在地區(qū)的需求量，合理控制光伏發(fā)電站數(shù)量。

2.2 原材料有限，產(chǎn)業(yè)技術(shù)有待提高

2011 年，我國(guó)的多晶硅產(chǎn)量達(dá)到9 萬(wàn)t，為滿足需求，進(jìn)口達(dá)到6.5 萬(wàn)t。截至2018，我國(guó)的多晶硅產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到25.9 萬(wàn)t，進(jìn)口14 萬(wàn)t?？梢钥闯?，雖然隨著國(guó)家的發(fā)展，我國(guó)的產(chǎn)量已經(jīng)上升很多，但仍有較多需要進(jìn)口的原材料，這將仍會(huì)制約我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)。

在產(chǎn)業(yè)技術(shù)方面，應(yīng)該積極對(duì)新技術(shù)進(jìn)行探索，提高創(chuàng)新能力，攻克技術(shù)難點(diǎn)。政府需加強(qiáng)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的支持，更大力度的吸收人才，與高校、企業(yè)合作，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研一體化，為行業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

2.3 綜合能耗較大

盡管光伏發(fā)電時(shí)較為綠色節(jié)能，但是制造光伏板的原材料需要消耗大量能量，影響了光伏產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。除此之外，光伏電池在下列環(huán)節(jié)也消耗了大量能量。

2.3.1 組件方面

太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)過(guò)程，從沙灘到成品，需要消耗大量的能源，此外，太陽(yáng)能電池板要想到用戶的手中，還需要其他的一些材料，如高交聯(lián)度的EVA 膠膜、高透光率的鋼化玻璃、高強(qiáng)度的背板材料等，這些材料配合電池板，再經(jīng)過(guò)焊接、層壓等工藝，需要消耗大量能源，而且良品率較低。

2.3.2 基建方面

單一的太陽(yáng)能電池板的發(fā)電量低，往往采用多個(gè)太陽(yáng)能電池板組合的方式進(jìn)行發(fā)電，常見的太陽(yáng)能發(fā)電站。建造太陽(yáng)能發(fā)電站需要大量的建筑材料，如鋼筋、砂石、水泥、電纜等，同樣的生產(chǎn)、運(yùn)輸這些東西也要消耗大量能源。通常來(lái)說(shuō)，一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站的發(fā)電效率只占到所接收太陽(yáng)光能量的12%～17%，同時(shí)還要考慮到設(shè)備的老化，發(fā)電效率隨著時(shí)間會(huì)逐漸下降。所以說(shuō)從單位發(fā)電量的生產(chǎn)成本來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能發(fā)電站的前期投資大，回報(bào)周期長(zhǎng)，單位電價(jià)高。

這對(duì)上面的幾個(gè)問題，國(guó)家層面應(yīng)該對(duì)光伏制造業(yè)展開整頓治理，設(shè)立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)工業(yè)與信息化部于2021 年推出了《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》這一文件，旨在從生產(chǎn)與項(xiàng)目立項(xiàng)、工藝技術(shù)路線、智能制造和綠色制造、環(huán)境保護(hù)、質(zhì)量管理、安全生產(chǎn)和社會(huì)責(zé)任、監(jiān)督與管理這7 個(gè)方面對(duì)相關(guān)的企業(yè)單位制定行業(yè)規(guī)范。

3 水上光伏技術(shù)

以往光伏發(fā)電系統(tǒng)都是建立在地面、屋頂或者山坡上，對(duì)地點(diǎn)的選取、周圍的環(huán)境以及電網(wǎng)的搭設(shè)提出了一些要求。而水上光伏發(fā)電技術(shù)建立在水面上，脫離了固定在地面的搭設(shè)思路，釋放了土地資源，此外水面光伏發(fā)電系統(tǒng)可以固定在浮箱上，漂浮在湖泊、水庫(kù)等的水面上，可以減少水面的蒸發(fā)量，保護(hù)水資源；而且水面的反射率高，加上水面的波動(dòng)使得一部分反射的太陽(yáng)光可以反射到太陽(yáng)能電池板上，提高了發(fā)電效率，相同的日照條件下，水面的溫度要低于陸地，有利于太陽(yáng)能電池板的散熱，減緩了老化速度。

目前，常用的水上光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括兩類：一類是樁基固定式太陽(yáng)能電站，它的結(jié)構(gòu)與地面形式的太陽(yáng)能發(fā)電站類似，區(qū)別在于它的樁基在水面之下，這種水上太陽(yáng)能發(fā)電站的施工難度大，建設(shè)成本高；另一類是水面漂浮型發(fā)太陽(yáng)能發(fā)電站，這種發(fā)電站在水面之下沒有樁基，發(fā)電站直接安裝在水面的浮箱上，適合水域較深的湖泊、水庫(kù)。浮箱采用密度較小的材料，為了保證浮箱的穩(wěn)定性，可以參考古人的智慧——“鐵索連環(huán)”，將一個(gè)個(gè)的浮箱連接在一起，使用船錨的形式固定在水面上，所發(fā)的電能通過(guò)水底電纜進(jìn)行傳輸。這種方式也面臨著一些問題：受風(fēng)的影響較大、發(fā)電站的運(yùn)行維護(hù)較困難、浮箱的壽命以及對(duì)環(huán)境的影響等。

3.1 水上光伏電站的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)的地面光伏發(fā)電站來(lái)說(shuō)，水上光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率高，平均高出1.58%；此外水面空曠，不占用土地，對(duì)環(huán)境的影響小，同時(shí)水面的溫度較低，有助于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的散熱，有利于延長(zhǎng)它的壽命；水面太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)還能夠降低湖泊的蒸發(fā)，保護(hù)水資源，限制水中藻類的生長(zhǎng)，有利于生態(tài)保護(hù)；水面上塵埃較少，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電板的遮蔽較少，有利于保持較高的發(fā)電效率。

3.1.2 缺點(diǎn)

水上光伏發(fā)電系統(tǒng)由于長(zhǎng)期漂浮在水面，受風(fēng)力的影響較大，由于水面無(wú)遮擋物，同樣的條件下，水面的風(fēng)力往往會(huì)大于陸地；由于浮箱長(zhǎng)時(shí)間漂浮在水面上，因此浮箱材料必須不溶于水，而且還要耐腐蝕、耐光照、耐老化、壽命長(zhǎng)；由于水面通常濕度較大，加上空氣中的成分，會(huì)對(duì)電線，鋼結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生腐蝕，因此水上光伏發(fā)電系統(tǒng)必須做好防水，同時(shí)還要選擇耐腐蝕的支架。

4 展望與建議

相較于傳統(tǒng)的地面太陽(yáng)能發(fā)電站，水上太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)不僅能夠減少湖泊的蒸發(fā)，保護(hù)水資源，而且裝機(jī)所需時(shí)間短、成本低，發(fā)電效率高，節(jié)約土地資源。當(dāng)然他也有受風(fēng)的影響較大，維護(hù)困難，封裝更為苛刻等缺點(diǎn)。綜合來(lái)看，水上太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)還是具有較大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)海面也是它大展拳腳之地，如果研制出能夠在海面穩(wěn)定工作的水上天陽(yáng)能發(fā)電站，不失為一項(xiàng)偉大的技術(shù)創(chuàng)新，可以大大緩解能源危機(jī)。