太阳能光伏发电的现状与未来
太阳能光伏发电的现状与未来
03A 石XX
摘要:本文就光伏发电的原理做一些简介并对太阳能光伏发电的一些有缺点做一些简述,并阐述一下太阳能光伏发电的现状并就一些现在提出的关于未来利用太阳能光伏的设想探讨一下未来太阳能光伏发电的前景。
利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑,世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。90年代以来,太阳能光伏发电的发展很快,已广泛用于航天、通讯、交通,以及偏远地区居民的供电等领域,近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。
一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成 :
(一)太阳能电池板:
太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。一般根据用户需要,将若干太阳电池板按一定方式连接,组成太阳能电池方阵,再配上适当的支架及接线盒组成。
(二)太阳能控制器:
太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
(三)蓄电池:
其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来。
一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。
(四)逆变器:
在很多场合,都需要提供220VAC 、110VAC 的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC 、24VDC 、48VDC 。为能向220VAC 的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DC-AC 逆变器。在某些场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DC-DC 逆变器,如将24VDC 的电能转换成5VDC 的电能。
太阳能光伏发电的工作原理:
当太阳光(或其他光)照射到太阳能电池上,电池吸收光能,产生光生电子-空穴对。在电池的内建电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这就是“光生伏打效应”。如在内建电场的两侧引出电极并接上负载,则负载就有“光生电流”流过,从而获得功率输出。这样,太阳的光能就直接变成了可以付诸实用的电能。把上述太阳能电池将光能转换成电能的工作原理可概括下面三个过程。第一,太阳能电池吸收一定能量的光子后,半导体内产生电子-空穴对,称为“光生载流子”,两者的电性相反,电子带负电,空穴带正电;第二,电性相反的光生载流子被半导体p-n 结所产生的静电场分离开;第三,光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集,并在外电路中产生电流,从而获得电能。 光伏发电是利用半导体界面的光
生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
光伏发电的优点:
结构简单.体积小且轻。 易安装,易运输,建设周期短。容易启动, 维护简单, 随时使用, 保证供应。清洁,安全,无噪声。可靠件高,寿命长。太阳能无处不有,应用范围广。降价速度快,能量偿还时间有可能缩短。太阳光普照大地,没有地域的限制无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且无须开采和运输。较少受地域限 制,因为阳光普照大地; 光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短。开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
光伏发电的缺点:
到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W 左右;若按全年日夜平均,则只有200W 左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右,这样的能流密度是很低的。由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。
太阳能光伏发电的现状:
随着21世纪初欧美洲各国开始大力发展太阳能光伏发电技术,大力推行光伏电站的建设,世界光伏工业成现一片美好的发展趋势,更甚在2000年德国推行《新能源法》规定民间自家的光伏发电并入电网并可以以高于公用电的电价卖给电厂以西班牙、法国、美国、日本等发达国家为首的政府支持光伏发电的支持力度最大。2008年,西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策,使其国内光伏产业出现了爆发式发展的态势,一度占据了世界光伏电池产量的三分之一强。2009年德国光伏组件安装量高达3200MW ,占全球总安装量的50.4%。2009年和2010年整个行业高速扩张,欣欣向荣,然而,仅仅过了两年形势便急转直下,2012年全行业更是陷入集体亏损。2013年3月20日无锡尚德宣布破产重组,市场对光伏企业的未来陷入悲观之中。
归其原因还是太阳能光伏产业还不是十分成熟的产业,制作其核心的太阳能电池板的成本太高,且制作时会产生极其严重的污染致使欧美国家纷纷减小了光伏发电的比重,光伏发电的电池板生产技术仍有待提升。而国内在看到光伏产业前期的美好前景的泡沫时错误估计了电池板的海外未来需求量而且光伏产业在国内尚在起步阶段需求量甚低远远不能消化过剩的生产造成国内相关企业纷纷
受到重创,以尚德为首的光伏产业巨头纷纷破产。即使如此光伏产业的未来还是很光明的,在这个能源有限终会枯竭的地球上利用太阳能这清洁无污染无限量的能源是必然会成为未来解决能源危机的的一条必要且重要的途径。
太阳能光伏发电的未来:
化石能源有限在不远的将来终会用尽,在架空的科幻作品高达OO 中在未来化石能源枯竭的背景下人类耗时将近半个世纪造出了太阳光发电系统,其由3条巨大的轨道式升降梯所组成的巨型太阳能发电系统全长五万公里(相当地球半径的4倍)轨道电梯通过粗大的传导缆绳,将大量分布在宇宙空间之中的发电卫星所产生的巨大电力传输到地球表面。轨道电梯就像是将被称作地球的蓝色的团子穿起来的细长的金属针,三根针同时将地球穿在中间,轨道式升降梯的另一个作用就是向宇宙运送物资,客观上说这个计划耗费的人力物力财力太大绝对不可取,但它放弃了选择在广袤的地面上(如撒哈拉沙漠)建造发电系统是有其合理性的。最近几年日本等国家计划在撒哈拉沙漠建造太阳能光伏电站,据统计在撒哈拉沙漠建造如江苏省大小的太阳能光伏电站就能解决全球能源问题,但站在美国气象学家爱德华·罗伦兹的蝴蝶效应:“一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。”的观点上来看一只蝴蝶就可引起气象骤变而使接受大量热量的撒哈拉沙漠中一块如同江苏省的地方的热量被夺去这是撒哈拉沙漠冷热极度不均衡其对地球气象带来的影响实在不可想象。而在远离地球的太空吸收光热能既不会对地球的冷热产生影响也不会减少地球的光照,且在地球上电池板经历风吹日晒损耗会比宇宙快很多。因此,日本清水公司提出了月环计划:在围绕月球6800英里(约合1.1万公里)长的赤道建一条太阳能发电带,然后将电能转化为微波束和激光束发送回地球,最终再由地面发电站将微波束和激光束重新转换为电能。清水公司将这一计划称为“月环”(Luna Ring),认为通过这种方式发的电可以满足全世界的用电需要。虽然不知微波会不会对地球的电磁场及人产生影响但它不受地球的气候影响任何时候都可发电且损耗小但就现在的技术这也这不过仅能局限于纸上谈兵。
综上,虽然太阳能的大量应用仍旧有很长一段道要走,但它的前途必将是光明的。