太陽能的主要利用形式和光伏發(fā)電的運行方式

太陽能電池發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電比較具有許多優(yōu)點，如 無噪聲、無污染，能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、無機械轉(zhuǎn)動部 件、故障率低、維護簡便、可以無人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無需架設(shè)輸電線路、可以方便地與建筑物相結(jié)合等。因此，無論從近期還是遠期，無論 從能源環(huán)境的角度還是從邊遠地區(qū)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域需求的角度來考慮，太陽能電池發(fā)電都具有吸引力。目前，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的障礙是其成本高，預(yù)計到21世紀中葉，太陽能電池發(fā)電的成本將會下降到同常規(guī)能源發(fā)電 相當(dāng)。屆時，太陽能電池發(fā)電將成為人類電力的重要來源之一。

目前太陽能的利用形式主要有光熱利用、光伏發(fā)電利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。光熱利用具有低成本，方便，利用效率較高等優(yōu)點，但不利于能量的傳輸， 一般只能就地使用，而且輸出的能量形式不具備通用性。光化學(xué)轉(zhuǎn)換在自然界中以 光合作用的形式普遍存在，但目前人類還不能很好地利用。光伏發(fā)電利用以電能 作為終表現(xiàn)形式，具有傳輸極其方便的特點，在通用性、可存儲性等方面具有 前兩者無法替代的優(yōu)勢。但由于太陽能電池的原料一硅的儲量十分豐富、太陽電 池轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、生產(chǎn)成本的不斷下降，都促使太陽能光伏發(fā)電在能源、 環(huán)境和人類社會未來發(fā)展中占據(jù)重要地位。

由于太陽光資源具有分散性，而旦隨處可得，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)特別適 合于作為獨立的電源使用，例如邊遠地區(qū)的村莊及戶用供電系統(tǒng)、太陽能電池照 明系統(tǒng)，太陽能電池水泵系統(tǒng)以及大部分的通信電源系統(tǒng)等都屬此類。

太陽能電 池發(fā)電系統(tǒng)還可以同其它發(fā)電系統(tǒng)組成聯(lián)合供電系統(tǒng)，如“風(fēng)一光互補系統(tǒng)”、 “風(fēng)一光一柴一蓄互補系統(tǒng)”等。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)成本低，又由于風(fēng)能和太陽 能資源具有互補性，互補發(fā)電系統(tǒng)可以大大提高供電的穩(wěn)定性，其價格比起獨立 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)至少可減少1/3。除此之外，太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)還可以與 電網(wǎng)相聯(lián)構(gòu)成并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

并網(wǎng)系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電通過并網(wǎng)逆 變器直接饋入電網(wǎng)，從而可以大大減少蓄電池的存儲容量。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可分為 “可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)”和“不可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)”。“不可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)”中不 帶儲能系統(tǒng)，饋入電網(wǎng)的電力完全取決于日照的情況；“可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)”帶 有儲能系統(tǒng)，可根據(jù)需要隨時將太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)并入或退出電網(wǎng)。實踐證明， 并網(wǎng)電站可以對電網(wǎng)調(diào)峰、提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性、改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和 消除電網(wǎng)雜波均能發(fā)揮有效作用，很有應(yīng)用前景。

太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展及前景

太陽能電池早用于空間技術(shù)，至今宇宙飛船和人造衛(wèi)星的電力仍然基本上 依靠太陽能電池系統(tǒng)來供給。70年代以后，太陽能電池在地面得到廣泛應(yīng)用， 目前已遍及生活照明、鐵路交通、水利氣象、郵電通信、廣播電視、陰極保護、 農(nóng)林牧業(yè)、軍事國防、并網(wǎng)調(diào)峰等各個領(lǐng)域。功率級別，大到10MW的太陽能 電池發(fā)電站，小到手表、計算器的電源。隨著太陽能電池發(fā)電成本的進一步降 低，它將進入更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如海水淡化、光電制氫、電動車充電 系統(tǒng)等；對于這些系統(tǒng)，目前世界上已有成功的示范。太陽能電池發(fā)電終的 發(fā)展目標，是進入公共電力網(wǎng)的規(guī)模應(yīng)用，包括中心并網(wǎng)光伏電站、風(fēng)一光互 補電站、電網(wǎng)末稍的延伸光伏電站、分散式屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)等。展望太陽能 電池發(fā)電的未來，人們甚至設(shè)想出大型的宇宙發(fā)電計劃，即在太空中建立人造。

同步衛(wèi)星光伏電站。1997年8月在加拿大蒙特利爾召開了第四屆國際空間太 陽能電站會議，提出了一些構(gòu)想，但付諸實施，恐非短期所能實現(xiàn)。但美國、 日本已制訂了試驗性發(fā)射計劃（容量等級為lOOOKWp數(shù)量級）。因為大氣層外 的陽光輻射比地球上要高出30%以上，而且由于宇宙沒有黑夜，衛(wèi)星電站可以 連續(xù)發(fā)電。一組11kmX4km的太陽能電池板，在空間可產(chǎn)生8000MW的電力， 一年的發(fā)電量將高達700億千瓦時。

空間電站可以將所發(fā)出的電通過微波源源 不斷地傳送回地球供人們使用。日本一批學(xué)者認為：在地球上的沙漠和荒原地 區(qū)架設(shè)太陽能電池陣列，用高溫超導(dǎo)電纜聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)便可解決全球能源供應(yīng)，不必再使用原子能核電站。美國普林斯頓大學(xué)能源和環(huán)境研究所的一批學(xué)者認為： 在下一個十年內(nèi)以光電為基礎(chǔ)的電解水制氫和儲氫技術(shù)將趨于成熟，他們經(jīng)計 算后提出，如在新墨西哥州或亞利桑那州一塊直徑為386km的環(huán)形地區(qū)設(shè)置太 陽能電池制氫，便可提供相當(dāng)于美國1986年的全部礦物燃料消耗的能量。

由于晶體硅原料領(lǐng)域的發(fā)展（例如超薄晶體硅太陽電池的開發(fā)和使用更便宜 的太陽能級材料）和太陽能電池更好的生產(chǎn)過程的發(fā)展，將使得晶體硅電池在 將來會變得更為便宜；此外，效率也將進-步得到提高。

薄膜太陽能電池，例如非晶硅太陽能電池，由于其廉價的生產(chǎn)成本而在消費 領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。但它的效率低（約5—8%）、生產(chǎn)規(guī)模小、穩(wěn)定性差、原料 利用率低，均限制了它的應(yīng)用。然而，如果效率能被提高，穩(wěn)定性問題能被解決 的話，這種太陽能電池仍將是將來的一個重要發(fā)展方向。

基于鐐神化合物和其他III-V族成分的薄片太陽能電池正處于早期的發(fā)展 階段，由于它的效率有可能達到30%而顯得尤為重要，但是這種類型的太陽能 電池在2005年以前還不可能得到廣泛應(yīng)用。

由于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的重要性，在研究開發(fā)、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)及市場開 拓方面成為世界各國特別是發(fā)達國家激烈競爭的主要熱點。太陽能的光電利用已 經(jīng)在世界范圍內(nèi)形成新興產(chǎn)業(yè)，技術(shù)也在日新月異地發(fā)展，效率的提高和價格的 下降己呈必然趨勢。澳大利亞新南威爾士大學(xué)已研制出q = 24%的單體（4X 4cm）硅太陽能電池。80年代以來，即使世界經(jīng)濟總體情況處于衰退和低 谷時期，光伏技術(shù)一直保持以10%-15%的遞增速度發(fā)展。90年代后期，世界市場 出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，發(fā)展更加迅速。1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)122MW，比1996年增長了 38% （1996年88. 5MW）,超出光伏界專家樂觀的估計。