太陽能光伏發(fā)電技術現(xiàn)狀與展望

蔡高原

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

關鍵詞：太陽能發(fā)電;光伏電池;應用領域

中圖分類號：TM615文獻標識碼：A文章編號：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，世界各國均將目光轉向能源轉型方面，而在能源轉型的道路上，新能源被認為是能源轉型的重要方向。太陽能發(fā)電作為新能源發(fā)電的重要內(nèi)容之一，具有得天獨厚的優(yōu)勢，被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)撃艿陌l(fā)電技術之一。太陽能資源無處不在，可以直接免費獲取，通過太陽能電池，獲取太陽光照轉化為電能就是太陽能發(fā)電的過程。在太陽能發(fā)電過程中，轉換效率的持續(xù)提升是一項長期研究的課題，同時，太陽能發(fā)電的并網(wǎng)消納也是當前困擾其進一步發(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[1]。

1 太陽能發(fā)電原理概述

光生伏特效應是太陽能發(fā)電的基本原理，而太陽能電池是完成太陽能到電能轉換的載體。太陽能電池是一種含有P-N結的半導體材料，當太陽光照射到P-N結上時，太陽光被吸收，使得P-N結的電子與空穴對被激發(fā)，并使載流子被分離，在內(nèi)部建立電場，當在電場兩側接入一定的負載時，就會在負載上產(chǎn)生電流，整個過程就是太陽能發(fā)電的基本原理。

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

2 太陽能發(fā)電現(xiàn)狀

2.1 太陽能光伏發(fā)電裝機規(guī)模

截至2017年底，全球光伏發(fā)電累計裝機容量已經(jīng)超過402.5GW，全年新增裝機容量超過98GW，同比增長28.95%，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。傳統(tǒng)市場，如美國、日本新增裝機容量分別達到10.6GW和7GW，依然保持強勁發(fā)展勢頭。同時，新興市場也在不斷涌現(xiàn)，光伏應用在亞洲、拉丁美洲進一步擴大，如印度和巴西2017年新增裝機容量分別約為9.1GW和0.9GW。

中國光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚，但呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的勢頭。2002年，我國光伏行業(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)展的主要動力。2017年，我國光伏新增并網(wǎng)裝機量達到53GW，同比增長超過50%，累計并網(wǎng)裝機量高達131GW。截至2017年9月底，全國光伏發(fā)電裝機達164.74GW，位居全球首位，其中光伏電站117.94GW，分布式光伏達到46.8GW。

2.2 太陽能光伏發(fā)電政策

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)過度依賴政府補貼。2018年5月31日，國家下發(fā)的《關于2018年光伏發(fā)電有關事項的通知》（以下簡稱《通知》）指出：“根據(jù)行業(yè)發(fā)展實際，暫不安排2018年普通光伏電站建設規(guī)模。在國家未下發(fā)文件啟動普通電站建設工作前，各地不得以任何形式安排需國家補貼的普通電站建設?！?/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)電項目為納入國家認可的規(guī)模管理范圍，屬于享受2018年補貼的范圍，而2018年5月31日之后并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項目不享受2018年國家光伏補貼。也就是說，在光伏新政發(fā)布后，光伏建設已沒有國家補貼，全額上網(wǎng)的項目、自用比例較少的項目及電價較低的地區(qū)，收益將大幅下降。

2.3 太陽能光伏現(xiàn)狀

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

所謂光伏電池轉換效率，即在照射強度1 000M/cm2、太陽能工作溫度25℃±2℃的情況下，最大輸出功率除以日照強度乘以太陽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換效率分別不低于16%和16.8%[3]。近年來，隨著光伏電池技術的不斷革新，組件的轉換效率不斷提高，如圖1所示。

在光伏電池轉換效率逐步提高的同時，光伏電池的價格也在以平均每月0.3元/片的價格持續(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一步降低光伏發(fā)電度電成本，進一步加速光伏發(fā)電“平價上網(wǎng)”的到來。

3 太陽能光伏發(fā)電應用

3.1 獨立光伏發(fā)電

太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，獨立發(fā)電系統(tǒng)最為簡單，且不會對電網(wǎng)帶來干擾，控制方式較為簡便，常常被應用到電網(wǎng)無法覆蓋到的地方，如山村、野外、海島等。由于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)覆蓋范圍廣，應用難度低，因此，受到廣泛關注和應用，并成為光伏發(fā)電主要應用的研究方向之一。需要注意的是，獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)在應用過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，其簡便實用的特點依然對偏遠地區(qū)的日常用電具有重大的作用。同時，其經(jīng)濟、環(huán)保的優(yōu)勢，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，未來將在太陽能光伏發(fā)電領域占有一席之地。

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)的光伏分布結構看，我國并網(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，特點是裝機規(guī)模大、建設難度小、開發(fā)周期短，但面對我國各行各業(yè)的過度開發(fā)，林地和耕地依然無法承受大規(guī)模光伏電站的建設。面對此種情況，農(nóng)光互補、林光互補和漁光互補發(fā)電系統(tǒng)成為光伏發(fā)電新的開發(fā)方向。同時，面對大規(guī)模光伏過速開發(fā)、并網(wǎng)接入困難、棄光率高的問題，我國大力鼓勵分布式光伏建設，既能有效解決光伏電站開發(fā)中占用大量土地的問題，又能夠有效利用建筑資源。另外，通過推廣光伏扶貧，建設戶用光伏、村級光伏等項目，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)的脫貧致富貢獻力量。

3.3 光伏建筑集成化

在應用太陽能發(fā)電時，光伏建筑集成化技術應運而生。所謂光伏建筑集成化技術，即在建筑建設過程中安裝太陽能薄膜發(fā)電設備，并將大量的薄膜發(fā)電連接送至電網(wǎng)，通過光伏建筑發(fā)電，既能為城市園區(qū)、樓宇內(nèi)用戶提供電力供應，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的重要研究內(nèi)容[4]。

4 太陽能光伏發(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看，分布式光伏的增長速度遠超集中式光伏增長速度。另外，由于分布式光伏具備規(guī)模小、開發(fā)建設手續(xù)少、周期短、就地消納能力強、無需大規(guī)模外部輸送的特點，加上國家對分布式光伏建設的大力支持，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，國家能源局公開發(fā)布《關于實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日起正式進行配額考核。該通知指出，承擔配額義務的市場主體為配售電企業(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、從其他配額義務主體購買的配額完成量或購買綠證折算的配額完成量。配額制的實施，將加速可再生能源市場化進程，為光伏等可再生能源消納提供強有力的保障。

在成本控制方面，技術進步、市場規(guī)模擴大，極大促進了在光伏電池、組件成本不斷下降，讓光伏愈加趨近平價上網(wǎng)的目標。同時，通過2017年光伏發(fā)電領跑基地的建設，進行試點示范，不斷降低光伏發(fā)電的技術和非技術成本。

在光伏扶貧方面，2018年3月26日，國家能源局和國務院扶貧辦發(fā)布了《光伏扶貧電站管理辦法》，有力促進了光伏扶貧工作規(guī)范化，切實保障了光伏扶貧實施效果，推動了光伏扶貧電站建設和運營的規(guī)范化[5]。

5 結論

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

參考文獻：

[1]孔凡太，戴松元.我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來展望[J].中國工程科學，2016（4）：51-54.

[2]范成忠.太陽能光伏發(fā)電技術核心問題與前景展望[J].工業(yè)技術創(chuàng)新，2016（6）：1296-1298.

[3]魏世源，孫偉海，陳志堅，等.太陽能電池效率分析[J].科學通報，2016（16）：1748.

[4]季杰，于志，孫煒，等.多種太陽能技術與建筑一體化的應用研究[J].太陽能學報，2016（2）：489-493.

[5]陳東坡.2017—2018年中國光伏市場回顧與展望[J].電子產(chǎn)品世界，2018（4）：11-13.