淺述太陽(yáng)能光伏的發(fā)展歷程及應(yīng)用

王建濤

（唐山曹妃甸筑城工程管理有限公司 河北 唐山 063299）

如果從能源角度看：第1次工業(yè)革命（1760～1840）是英國(guó)人用煤炭代替了木柴，建立了煤炭經(jīng)濟(jì)；第2次工業(yè)革命（1870～20世紀(jì)初）是美國(guó)人用石油代替了煤炭，建立了石油經(jīng)濟(jì)。那么正在發(fā)生的第3次工業(yè)革命中，中國(guó)人必將用可再生能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源，建立“光伏經(jīng)濟(jì)”。

1 光伏電池的發(fā)展歷程

人類將太陽(yáng)能用于工業(yè)可追溯到1615 年，所羅門·德·考克斯（法國(guó)工程師）發(fā)明第1臺(tái)利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。其工作原理是利用太陽(yáng)能加熱空氣，使其膨脹做功。而1954 年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成的實(shí)用型硅太陽(yáng)電池，為光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1958年美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星裝備了太陽(yáng)能電池，是太陽(yáng)能電池首次在太空應(yīng)用。1960年硅太陽(yáng)能電池發(fā)電站首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。

進(jìn)入21世紀(jì)，光伏發(fā)電的技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在世界各國(guó)政府相關(guān)政策的推動(dòng)下，光伏發(fā)電的應(yīng)用也得到了日新月異的發(fā)展。

2 光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

漢能控股集團(tuán)董事局主席李河君的順口溜，“太陽(yáng)能，量無(wú)限，面無(wú)邊，照無(wú)時(shí)，蓋無(wú)偏，取無(wú)價(jià)，用無(wú)染”概括了光伏發(fā)電的所有優(yōu)點(diǎn)。

目前大概建設(shè)光伏發(fā)電站及分布式電站的3大條件已經(jīng)具備。首先，經(jīng)過(guò)晶硅技術(shù)得到了很快發(fā)展，晶硅光伏組件的光電轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到了21%。其次，智能電網(wǎng)的發(fā)展和國(guó)家政策的支持、鼓勵(lì)，光伏電站并網(wǎng)會(huì)更加普遍。第三，儲(chǔ)能電池技術(shù)得到了充分發(fā)展。

隨著光伏組件及上下游設(shè)備價(jià)格的下降，平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代將從夢(mèng)想進(jìn)入現(xiàn)實(shí)，分布式發(fā)電站就可以得到普遍認(rèn)可與普及。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2020年左右光伏發(fā)電的度電成本將會(huì)下降到0.31元/kW·h，低于火電的度電成本。

屆時(shí)即使沒(méi)有國(guó)家相應(yīng)的財(cái)政補(bǔ)貼政策，各個(gè)廠礦企業(yè)、家庭也將積極投入資金建設(shè)光伏電站，那么光伏發(fā)電裝機(jī)總量會(huì)發(fā)生從量變到質(zhì)變的過(guò)程，光伏發(fā)電終將會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。

3 光伏產(chǎn)品的應(yīng)用和相關(guān)展望

3.1 分布式發(fā)電站

（1）農(nóng)村太陽(yáng)能計(jì)劃。2015年，國(guó)務(wù)院扶貧辦確定實(shí)施的“十大精準(zhǔn)扶貧工程”之一，即“光伏扶貧”。光伏扶貧既充分利用貧困地區(qū)農(nóng)戶平房屋頂、院落空地或是集體空閑用地，建設(shè)分布式太陽(yáng)能光伏電站，相應(yīng)的費(fèi)用由國(guó)家、企業(yè)和農(nóng)戶（農(nóng)村集體）共同解決，并且農(nóng)戶享有一定的收益權(quán)。

在農(nóng)村屋頂安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，還會(huì)起到明顯的“冬暖夏涼”的隔熱效果。以夏季的降溫效果為例，裝有光伏屋頂?shù)氖覂?nèi)溫度可降低3～5℃，大大降低了室溫。另外還可以降低空調(diào)耗能。

（2）工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等屋面發(fā)電站。光伏發(fā)電站的弊端之一，即占用土地資源。但是很多工業(yè)企業(yè)的廠房、倉(cāng)庫(kù)的屋頂閑置，企業(yè)可以投入部分資金利用已建成的廠房、倉(cāng)庫(kù)屋頂建設(shè)屋面太陽(yáng)能光伏發(fā)電站。電站能夠?yàn)槠髽I(yè)提供部分甚至全部的電力需要，剩余的電量可以直接銷售給電網(wǎng)公司，不僅能夠節(jié)省用電成本，還能給企業(yè)帶來(lái)可觀的收益。

對(duì)于已建的廠房、倉(cāng)庫(kù)，當(dāng)初可能沒(méi)有考慮光伏組件的承重問(wèn)題（普通玻璃基光伏組件，屋頂承重要考慮50kg/m2左右），但是應(yīng)用漢能的柔性薄膜光伏組件即可解決此問(wèn)題。

（3）山地沙漠戈壁。為了解決地面光伏電站占用土地資源的問(wèn)題，同樣可利用山地、戈壁和沙漠土地。正泰新能源公司投資的內(nèi)蒙古庫(kù)布其光伏項(xiàng)目在幾年后，由于太陽(yáng)能電池板的遮擋減少了水的蒸發(fā)量，荒漠竟然長(zhǎng)出了草。此項(xiàng)目對(duì)中國(guó)的荒漠化建設(shè)具有參考意義。

（4）漁光互補(bǔ)。按照“漁光互補(bǔ)”的理念規(guī)劃建設(shè)，在確保漁業(yè)園區(qū)建設(shè)的同時(shí)，能促進(jìn)光伏能源的開(kāi)發(fā)，上面發(fā)電，下面養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)蝦。有利于充分發(fā)揮“土地”的綜合效益。射陽(yáng)縣依據(jù)自身的水環(huán)境優(yōu)勢(shì)，在射陽(yáng)湖畔建設(shè)了20MW漂浮式光伏電站。與傳統(tǒng)的漁光互補(bǔ)項(xiàng)目相比，該項(xiàng)目最大的亮點(diǎn)在于將光伏發(fā)電組件安裝在睡眠漂浮體上，上層發(fā)電、下層進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖，具有不占用土地資源、減少水量蒸發(fā)、水冷作用光伏組件發(fā)電量高等特點(diǎn)。

3.2 移動(dòng)能源

（1）發(fā)電紙。發(fā)電紙即太陽(yáng)能發(fā)電紙，是指光伏組件做成柔性組件，可以像紙張一樣柔軟、彎曲。非常適合騎行、遠(yuǎn)足等野外愛(ài)好者。在戶外運(yùn)動(dòng)時(shí)，掛在背包上、自行車上即可為手機(jī)、pad等移動(dòng)設(shè)備充電。可以根據(jù)用戶需求做成不同發(fā)電規(guī)格的產(chǎn)品，而且可以折疊方便攜帶。發(fā)電紙也可以鑲嵌在帳棚頂、公文包上。

（2）ofo、摩拜等共享單車。2016年下半年共享單車站在了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的風(fēng)口浪尖上，但是我關(guān)心的是用什么樣的產(chǎn)品為智能鎖提供能源，干電池？光伏組件的“黑科技”改變了人們的觀念，漢能集團(tuán)充分發(fā)揮其光伏組件輕、柔，可靠、安全，能效轉(zhuǎn)化率高、弱光發(fā)典性好等優(yōu)勢(shì)，為共享單車定制了5.5W的太陽(yáng)能組件，為智能鎖中內(nèi)置的電子芯片供應(yīng)源源不斷的綠色能源。

光伏移動(dòng)能源+互聯(lián)網(wǎng)共享單車的發(fā)展，不僅能夠給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更能帶來(lái)社會(huì)效益。此種模式的發(fā)展能夠調(diào)動(dòng)起每個(gè)公民的環(huán)保意識(shí)，推動(dòng)人們生產(chǎn)生活方式的綠色變革，為治理霧霾等環(huán)境污染問(wèn)題貢獻(xiàn)力量。

（3）交通安全產(chǎn)品。交通安全產(chǎn)品設(shè)置在道路中的數(shù)量較多，而且分布非常分散。在一些高速公路、偏遠(yuǎn)山區(qū)鋪設(shè)市電的成本較高，從而致使對(duì)交通信號(hào)燈、指示燈等的供電較為困難。光伏組件光電轉(zhuǎn)化率和儲(chǔ)電設(shè)備技術(shù)的提高，促使光伏發(fā)電組件在相應(yīng)的交通安全產(chǎn)品供電上得到了普遍應(yīng)用。

4 展望

4.1 分布光伏電站與充電樁結(jié)合

因?yàn)榧彝テ嚨钠占埃罅课矚獬蔀槌鞘袃?nèi)的霧霾的主要污染源，電動(dòng)汽車的發(fā)展可以解決此問(wèn)題。

目前業(yè)內(nèi)人士正在開(kāi)展光伏組件新的應(yīng)用方式：分布式光伏與充電樁的結(jié)合。這種結(jié)合可謂是天衣無(wú)縫。電動(dòng)汽車減少汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染，而電動(dòng)汽車用電的來(lái)源也是清潔的，實(shí)現(xiàn)真正的環(huán)保發(fā)展。美國(guó)特斯拉公司所有的超級(jí)充電站將由太陽(yáng)能供電。

4.2 光伏電站與交通設(shè)備結(jié)合

美國(guó)人扎克伯格做起了太陽(yáng)能發(fā)電的飛機(jī)，并試飛成功。

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第十一研究院自主研發(fā)的新型彩虹太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)在西北某地圓滿完成臨近空間（2萬(wàn)m高空）飛行試驗(yàn)。我們相信太陽(yáng)能飛機(jī)終將會(huì)量產(chǎn)，走入人們的視野。漢能表示與福耀玻璃合作開(kāi)發(fā)的光伏車頂已取得成功，此產(chǎn)品能夠提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。相信不久的將來(lái)，我們能夠看到會(huì)發(fā)電的汽車車頂。

4.3 光伏組件外套

隨著新材料、新技術(shù)的擴(kuò)張，我們能夠想象到，我們穿的衣服就是由光伏組件所制成。

4.4 光伏瓦

我們都知道古代建筑多采用“瓦”做屋頂。我們可以想象，將光伏組件鑲?cè)搿巴摺敝校龀鼋ㄖ男聵?gòu)件。那樣光伏組件與建筑的結(jié)合將重新定義。

4.5 光伏路面

據(jù)政府網(wǎng)站數(shù)據(jù)，2016年全國(guó)高速公路總里程已突破13萬(wàn)km。按照雙向4車道考慮，再加上路肩3m，則寬度至少約14m，則可實(shí)用面積越1820km2。如果能夠?qū)⒏咚俾访孀龀赡軌虬l(fā)電的太陽(yáng)能路面，則可節(jié)約大片土地資源。據(jù)悉在山東濟(jì)南，由我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)研發(fā)與鋪設(shè)的全球首段光伏高速公路已完成，已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)試。據(jù)了解，路面的最上層為類似毛玻璃的半透明新型材料，能夠保證汽車輪胎不打滑，還能夠保證充足的透光率。并且在路面下預(yù)留了電磁感應(yīng)線圈，隨著以后電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)的配備，電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中就能夠充電。

5 結(jié)語(yǔ)

從國(guó)家能源局網(wǎng)站了解到，2017年上半年，光伏發(fā)電裝機(jī)約1.02億kW，占全部電力裝機(jī)的11.9%，同比增長(zhǎng)了500%（2016年上半年光伏發(fā)電裝機(jī)約2000萬(wàn)kW）。可預(yù)判，以后光伏電力裝機(jī)將以幾何的形式增長(zhǎng)。

太陽(yáng)能時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。不久的將來(lái)，太陽(yáng)能不僅是傳統(tǒng)能源的補(bǔ)充，終將代替是人類發(fā)展史上的必然。這是一個(gè)不可抗拒的歷史潮流，也是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，太陽(yáng)能才是人類未來(lái)的希望所在。

參考文獻(xiàn)：

[1]李河君.中國(guó)領(lǐng)先一把.北京：中信出版社,2014.

[2]陳明忠.我國(guó)農(nóng)村地區(qū)廣發(fā)發(fā)電應(yīng)用前景的分析.城市建設(shè)理論研究（電子版）.北京.2017.08.

[3]王士元.光伏技術(shù)在交通安全產(chǎn)品中的應(yīng)用發(fā)展.交通節(jié)能與環(huán)保.上海：2010.02.